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新型骨修复材料:柔性自支撑羟基磷灰石/纳米碳材料复合膜

随着现代医疗技术及交通运输工具的发展,人口老龄化进程加快、交通事故频发,人类对于骨替代材料的需求日益增加。羟基磷灰石具有良好的生物相容性和骨诱导活性,在骨外科及牙科等领域具有广泛的应用。在某些临床应用中,如长骨骨折修复、髋臼缺陷填充、脊柱融合等领域,需要具有骨诱导活性的柔性补丁或条带,以便与形状各异的移植部位相结合。单纯的羟基磷灰石柔性薄膜强度较差、难以制备。现有研究及临床应用多采用羟基磷灰石和聚合物的复合膜。然而,一方面,这种复合膜的制备需要用到有机溶剂,可能会对细胞及宿主组织产生不利作用;另一方面,聚合物容易包裹羟基磷灰石,阻碍了其与成骨细胞的接触,从而降低了复合结构的生物活性。因此,研究人员一直致力于寻找一种理想的具有柔性、力学稳定且生物相容的羟基磷灰石复合膜。

新型骨修复材料:柔性自支撑羟基磷灰石/纳米碳材料复合膜

近期,清华大学朱宏伟团队与以色列特拉维夫大学Noam Eliaz团队合作开发了一种柔性自支撑的羟基磷灰石/碳纳米材料复合膜,该材料具有良好的生物相容性和生物活性。首先,研究人员精心设计了一种石墨烯介孔结构/碳纳米管复合膜。该复合膜具有较大的比表面积和高导电性,可作为电化学沉积的基底生长羟基磷灰石涂层。在此基础上成功制备出定向排列的具有六棱柱结构的羟基磷灰石晶体。通过对纳米碳膜表面进行氮掺杂和氧等离子刻蚀,增加了电沉积时的形核位点,进一步提高了涂层的均匀性,减小了六棱柱晶体的直径,使其更接近于人体原始骨组织的尺寸(<100 nm)。细小的晶体尺寸能够提供较大的表面积,有利于离子和分子的吸附,促进了组织的快速修复。

在该柔性自支撑复合材料表面培养人类胎儿成骨骨原细胞(hFOB cell),与无涂层情况下的培养情况相比,羟基磷灰石涂层可以促进细胞在表面发生良好的粘附和增殖,表现出极高的生物相容性和生物活性。另外,在体外生物矿化实验中,羟基磷灰石/碳纳米薄膜复合材料能够促进磷酸钙层在表面的沉积,诱导骨的形成。该羟基磷灰石/碳纳米材料复合膜强度高、可弯折、制备简单、成本低,作为新型骨修复材料在牙釉质修复、股骨裂纹修复、脊柱融合、髋臼缺陷填充等非承载骨修复领域具有潜在应用价值,是对现有骨修复材料的一个良好补充。

相关成果在线发表在Advanced Functional MaterialsDOI:10.1002/adfm.201602088)上。清华大学的博士生张儒静与特拉维夫大学的博士生Noah Metoki为论文的共同第一作者。

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