了得網工業技術_硬組織修復材料與技術

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《硬組織修復材料與技術》內容豐富、翔實，語言簡練、準確，力求通俗易懂。《硬組織修復材料與技術》可作為高等院校以及科研院所相關專業的教師和研究生的重要參考書，也可供納米醫藥、生物醫學工程、再生醫學以及相關研究領域的科技人員及企業工程技術人員參考。

內容簡介

因疾病、創傷、人口老齡化及自然災害等原因導致臨床上對骨修復、頜面及口腔修復等硬組織修復材料的需求巨大。納米技術的發展為組織再生材料的設計構建提供了新的思路和手段。《硬組織修復材料與技術》以作者研究團隊近年來的研究成果為基礎，較繫統地介紹了多級微納結構組織修復材料的微納制造新技術及其應用於硬組織再生修復的研究進展和發展現狀，以及納米顆粒的生物學新效應。其中，第1～4章重點介紹多級微納結構硬組織修復材料設計和構建；第5章介紹生長因子在多級微納結構材料中的固載與控釋；第6章介紹微納結構材料在體內非骨環境中構建骨修復體的效果；第7章介紹微納結構材料在口腔頜面部修復中的應用；第8～11章著重介紹人工關節和種植牙等金屬材料表面微納塗層技術及其修復效果；第12章介紹納米顆粒的抗腫瘤生物效應。

作者簡介

《納米科學與技術》叢書序
前言
第1章多級微納結構生物材料
1.1引言
1.2高嶺土增強大孔-介孔微納支架的制備與性能
1.2.1高嶺土增強大孔-介孔微納支架的制備
1.2.2高嶺土增強大孔-介孔微納支架的性能
1.2.3高嶺土增強大孔-介孔微納支架的細胞相容性和成骨活性
1.3“大孔-微孔-介孔”三級微納結構硅基支架材料以及高活性BMP-2的固載
1.3.1大孔-微孔-介孔三級微納結構硅基支架的制備
1.3.2大孔-微孔-介孔三級微納結構硅基支架的性能
1.3.3大孔-微孔-介孔三級微納結構硅基支架的細胞相容性及成骨活性
1.4具有多級結構表界面的高分子基復合支架
1.4.1表面塗層大孔-介孔復合支架的制備《納米科學與技術》叢書序
前言
第1章多級微納結構生物材料
1.1引言
1.2高嶺土增強大孔-介孔微納支架的制備與性能
1.2.1高嶺土增強大孔-介孔微納支架的制備
1.2.2高嶺土增強大孔-介孔微納支架的性能
1.2.3高嶺土增強大孔-介孔微納支架的細胞相容性和成骨活性
1.3“大孔-微孔-介孔”三級微納結構硅基支架材料以及高活性BMP-2的固載
1.3.1大孔-微孔-介孔三級微納結構硅基支架的制備
1.3.2大孔-微孔-介孔三級微納結構硅基支架的性能
1.3.3大孔-微孔-介孔三級微納結構硅基支架的細胞相容性及成骨活性
1.4具有多級結構表界面的高分子基復合支架
1.4.1表面塗層大孔-介孔復合支架的制備
1.4.2表面塗層大孔-介孔復合支架的性能研究
1.4.3表面塗層大孔-介孔復合支架的細胞相容性及成骨活性
1.5大孔-微孔-介孔三級微納結構復合支架的制備及其修復兔臨界骨缺損的研究
1.5.1大孔-微孔-介孔三級微納結構復合支架的制備
1.5.2大孔-微孔-介孔三級微納結構復合支架修復兔臨界骨缺損研究
1.6總結與展望
參考文獻
第2章骨組織材料的微納制造
2.1研究背景與問題的提出
2.2生物材料的微納米化及實現途徑
2.2.1納米粉體材料
2.2.2模板誘導與自組裝制備生物材料
2.2.3生物材料的微球化技術
2.3骨組織修復支架材料的微納制造
2.3.1骨組織修復支架的制造方法
2.3.2組織工程支架材料的數字化設計和制造
2.4總結與展望
參考文獻
第3章納米骨修復材料的仿生制備
3.1引言
3.2有機-無機復合骨修復材料的制備策略
3.2.1混合成型
3.2.2共沉積
3.2.3靜電紡絲
3.2.4凝膠表面沉積
3.2.5礦化自組裝凝膠體
3.3膠原納米骨修復材料
3.3.1膠原骨修復材料的發展
3.3.2礦化膠原策略
3.3.3膠原的自組裝特性
3.3.4二維纖維組裝結構
3.3.5三維類細胞外基質
3.3.6膠原溶液中的礦化行為
3.4膠原納米骨修復材料的仿生合成
3.4.1膠原-羥基磷灰石骨修復材料
3.4.膠原納米骨修復材料
3.5膠原納米骨修復材料制品的構建技術
3.5.1基於合成羥基磷灰石粉體構建骨修復材料制品
3.5.2基於合成礦化產物構建納米骨修復材料制品
3.5.3基於復合凝膠體構建膠原納米骨修復材料制品
3.6總結與展望
參考文獻
第4章介孔生物活性玻璃和骨修復
4.1生物活性玻璃的發展
4.1.1熔融法制備生物活性玻璃
4.1.2溶膠凝膠法制備生物活性玻璃
4.1.3介孔生物活性玻璃
4.2介孔生物活性玻璃的制備及性能
4.2.1EISA法制備介孔生物活性玻璃
4.2.2兩步酸催化法制備介孔生物活性玻璃
4.2.3不同形貌的介孔生物活性玻璃
4.2組分的介孔生物活性玻璃
4.2.5不同基團功能化的介孔生物活性玻璃
4.2.6幾種特殊的介孔生物活性玻璃
4.3介孔生物活性玻璃的應用
4.3.1藥物和生長因子的負載
4.3.2組織工程支架
4.3.3與其他材料的復合
4.4總結和展望
參考文獻
第5章成骨相關生長因子的固載與控制釋放
5.1成骨相關生長因子簡介
5.1.1骨形態發生蛋白-2
5.1.2血管內皮生長因子
5.1.3成纖維生長因子
5素摻雜對rhBMP-2成骨活性的影響
5.2.1含硅磷酸鈣骨水泥支架材料的制備
5.2.2CSPC材料對細胞行為的影響
5.2.3硅對rhBMP-2結構和活性的影響
5.2.4CSPC/rhBMP-2支架體內異位誘導成骨研究
5.3生長因子在零維材料表面的固載與控釋
5.3.1rhBMP-2在納米氧化硅球表面的固載
5.3.2rhBMP-2吸附在氧化硅表面的二級結構的研究
5.3.3吸附在納米二氧化硅上的rhBMP-2的生物活性
5.4生長因子在一維納米表/界面的固載
5.4.1單壁碳納米管
5.4.2生長因子在單壁碳納米管上的固載
5.4.3碳納米管表面BMP-2的微觀結構分析
5.4.4吸附在單壁碳納米管上的rhBMP-2的生物活性變化
5.5生長因子在二維材料表面的固載與控釋
5.5.1納米羥基磷灰石塗層的制備
5.5.2rhBMP-2在HAP納米塗層表面的吸附
5.5.3ALP活性
5.5.4摻鎂納米HAP塗層
5.6生長因子在介孔載體中的固載與控釋
5.7地塞米松與rhBMP-2的協同誘導成骨活性的研究
5.7.1地塞米松和BMP-2協同誘導多能干細胞的成骨分化及其機理
5.7.2地塞米松和BMP-2協同誘導C2C12細胞成骨分化
5.7.3ph響應的殼聚糖/MSNs負載Dex和BMP-2
5.8其他成骨相關生長因子的控釋
5.8.1血管內皮生長因子的控釋
5.8.2多生長因子緩/控釋繫統
5.9總結與展望
參考文獻
第6章利用三維多孔支架在體內非骨環境構建骨修復體
6.1體內非骨部位誘導成骨
6.1.1骨誘導現像的歷史衍化
6.1.2骨誘導性概念
6.1.3骨發生和骨形成
6.1.4骨生長因子的作用
6.1.5三維多孔組織工程支架
6.1.6骨修復體的體內組織工程培養技術
6.2具有骨誘導性的生物材料
6.2.1材料化學因素的作用
6.2.2支架宏觀孔隙結構特征的作用
6.2.3支架表面微納米結構特征的影響
6.3材料骨誘導性機制
6.3.1異位骨形成的生理介導機制
6.3.2異位骨形成的激發機制假說
6.3.3材料誘導成骨的動物模型因素
6.3.4植入部位與誘導成骨的關繫
6.3.5材料理化特征誘導成骨機制
6.4體內構建自然骨特征的骨修復體
6.4.1體內骨組織工程化
6.4.2血管化的重要性
6.4.3生物力學特征
6.4.4骨缺損修復的動物實驗及臨床研究
6.5挑戰與展望
6.5.1體內非骨環境構建骨修復體面臨的挑戰
6.5.2展望
參考文獻
第7章口腔頜面部骨組織再生的研究與應用
7.1概述
7.2種子細胞
7.2.1成骨細胞在頜骨組織再生中的應用研究
7.2.2間充質干細胞在頜骨組織再生中的應用研究
7.3成骨誘導因子
7.3.1BMP-2在頜骨再生中的應用研究
7.3.2PDGF在頜骨再生中的應用研究
7.3.3NELL-1在頜骨再生中的應用研究
7.4生物支架材料
7.4.1材料離子組成在頜骨再生中的應用研究
7.4.2微納結構修飾材料在頜骨再生中的應用研究
7.4.3新型蛋白緩釋支架材料在頜骨再生中的應用
7.5血管化及骨結合研究
7.5.1血管化
7.5.2骨結合
7.6總結與展望
參考文獻
第8章納米氧化鈦塗層制備及其抗菌和成骨性能調控
8.1鈦體繫
8.2納米氧化鈦塗層制備
8.2.1等離子體噴塗制備納米氧化鈦塗層
8.2.2水熱反應制備氧化鈦塗層
8.3納米氧化鈦塗層性能調控
8.3.1紫外輻照調控納米氧化鈦塗層抗菌和成骨性能
8.3.2離子交換調控氧化鈦塗層的成骨性能
8.3.3銀注入調控氧化鈦塗層抗菌性能
8.4總結與展望
參考文獻
第9章仿細胞外基質納米梯度復合塗層的制備與性能
9.1引言
9.1.1金屬植入體表面改性研究的進程
9.1.2細胞外基質的作用
9.1.3膠原在金屬材料表面的嫁接
9.2膠原/磷酸鈣納米梯度復合塗層電化學制備及其物化性能
9.2.1電化學沉積(制備)參數影響
9.2.2復合塗層物化性能
9.3膠原/磷酸鈣納米梯度復合塗層電化學沉積機理
9.3.1塗層微納結構分析
9.3.2沉積機理
9.4膠原/磷酸鈣納米梯度復合塗層生物學效應
9.4.1塗層生物學效應
9.4.2負載抗菌藥物塗層生物學效應
9.4.3負載BMP塗層生物學效應
9.5總結和展望
參考文獻
第10章納/微米多層鍍技術及其在體內植入物中的應用
10.1引言
10.2納米?微米多層鍍技術
10.2.1多層鍍薄膜的基本概念
10.2.2多層鍍薄膜的特性
10.2.3多層膜的強化機制
10.3納微米多層鍍技術的常用方法
10.3.1離子束輔助沉積
10.3.2電子束真空蒸鍍
10.3.3多弧離子鍍
10.3.4磁控濺射
10.4微納米鍍技術在體內植入物中的應用
10.4.1鍍層技術在封堵器和血管支架中的應用
10.4.2在人工晶體中的應用
10.4.3在口腔科中的應用
10.4.4骨科中的應用
10.4.5在抑菌中的應用
10.5總結與展望
參考文獻
第11章牙種植體表面處理技術及臨床應用
11.1光滑表面與粗糙表面
11.1.1光滑表面種植體
11.1.2粗糙表面種植體
11.1.3種植體表面處理方式
11.2種植體表面納米改性
11.2.1納米表面幾何形貌
11.2.2納米化鈦種植體表面的生物學性能
11.2.3抗菌性納米化鈦種植體表面的制備與性能
11.2.4常用鈦種植體表面納米化方法
11.3納米表面種植體的臨床應用
11.3.1SLA表面與SLActive表面
11.3.2OsseoTite表面與NanoTite表面
11.4TiO2納米管表面
11.4.1TiO2納米管陣列
11.4.2體外誘導羥基磷灰石形成的能力
11.4.3TiO2納米管表面成骨細胞相容性
11.4.4TiO2納米管作為模板的再修飾研究
11.5總結與展望
參考文獻
第12章羥基磷灰石納米顆粒的抗腫瘤生物效應
12.1羥基磷灰石納米顆粒的可控制備
12.1.1溶膠-凝膠法合成球形納米羥基磷灰石
12.1.2液相沉澱法合成短棒狀納米羥基磷灰石
12.1.3微波-超聲液相法合成介孔納米羥基磷灰石
12.1.4納米羥基磷灰石的熒光標記
12.2羥基磷灰石納米顆粒的抗腫瘤活性及其機理
12.2.1羥基磷灰石納米顆粒抗腫瘤活性的粒徑效應
12.2.2羥基磷灰石納米顆粒對不同類型腫瘤細胞的抑制作用
12.3其他無機納米顆粒的抗腫瘤生物效應
12.3.1二氧化硅納米顆粒抗肝癌細胞活性及其機理
12.3.2雄黃納米顆粒抗肝癌細胞活性及其機理
12.4總結與展望
參考文獻
索引
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前言

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第1章多級微納結構生物材料
1.1 引言
利用生物材料對組織器官進行再生修復是再生醫學的重要研究方向?但目前組織修復材料生物活性不足,由此而導致的修復速度慢?修復效果不理想是臨床普遍存在的共性問題?如何通過材料手段構建具有快速修復功能的組織修復材料,對於提高修復水平?解決臨床治療難題具有重要意義?
組織再生過程中,相關細胞的“快速啟動”?“定向分化”以及由生物材料與細胞共同構成的微環境的“營養傳輸”是決定修復速度和修復質量的關鍵?因此,構建快速修復組織再生材料的核心即在於如何啟動細胞的快速響應行為?調控干細胞的定向分化以及保障修復過程的血管新生和營養傳輸?單一結構的生物材料很難完成上述復雜的功能?“多級微納結構”的設計思路應運而生,微米級連通網絡結構將保證組織順利長入和營養輸送;而納米介孔結構則有助於通過生長因子的負載控釋以及促進體內細胞的黏附和分化?多級結構協同調控細胞行為,進而促進組織修復?
介孔材料具有可調的納米介孔孔道結構?大的比表面積和孔容等特點,自問世以來,表現出廣泛的應用前景?特別是以MCM-41和SBA-15為代表的有序介孔硅基材料,其高比表面積以及表面富含活性硅羥基的結構與生物活性玻璃相似,植入宿主體內後可以快速降解並且表現出優良的骨融合效果,因而成為生命科學領域的研究熱點[1-6]?近十餘年關於組織再生材料的研究已經證明支架材料的微觀結構對於組織修復影響很大,特別是孔徑大小和孔的連通性直接影響修復質量[7,8]?目前眾多的研究關注於如何構建單一尺度的支架材料?將介孔硅基納米材料引入組織再生材料的構建中,不僅提供了納米尺度的介孔結構,使得支架材料呈現多級孔徑結構,而且還可能產生一些新的生物學效應,為促進組織再生提供新的材料構建思路?
1.2 高嶺土增強大孔-介孔微納支架的制備與性能
近年來,介孔硅基材料用於組織修復支架的制備方面取得了較大的進展?但是,溶膠-凝膠法制備的介孔硅基支架存在收縮率大?強度低?成型困難等缺點,大大地限制了其在臨床上作為組織修復支架的制備和應用[9,10]?
1.2.1 高嶺土增強大孔-介孔微納支架的制備第1章多級微納結構生物材料
1.1 引言
利用生物材料對組織器官進行再生修復是再生醫學的重要研究方向?但目前組織修復材料生物活性不足,由此而導致的修復速度慢?修復效果不理想是臨床普遍存在的共性問題?如何通過材料手段構建具有快速修復功能的組織修復材料,對於提高修復水平?解決臨床治療難題具有重要意義?
組織再生過程中,相關細胞的“快速啟動”?“定向分化”以及由生物材料與細胞共同構成的微環境的“營養傳輸”是決定修復速度和修復質量的關鍵?因此,構建快速修復組織再生材料的核心即在於如何啟動細胞的快速響應行為?調控干細胞的定向分化以及保障修復過程的血管新生和營養傳輸?單一結構的生物材料很難完成上述復雜的功能?“多級微納結構”的設計思路應運而生,微米級連通網絡結構將保證組織順利長入和營養輸送;而納米介孔結構則有助於通過生長因子的負載控釋以及促進體內細胞的黏附和分化?多級結構協同調控細胞行為,進而促進組織修復?
介孔材料具有可調的納米介孔孔道結構?大的比表面積和孔容等特點,自問世以來,表現出廣泛的應用前景?特別是以MCM-41和SBA-15為代表的有序介孔硅基材料,其高比表面積以及表面富含活性硅羥基的結構與生物活性玻璃相似,植入宿主體內後可以快速降解並且表現出優良的骨融合效果,因而成為生命科學領域的研究熱點[1-6]?近十餘年關於組織再生材料的研究已經證明支架材料的微觀結構對於組織修復影響很大,特別是孔徑大小和孔的連通性直接影響修復質量[7,8]?目前眾多的研究關注於如何構建單一尺度的支架材料?將介孔硅基納米材料引入組織再生材料的構建中,不僅提供了納米尺度的介孔結構,使得支架材料呈現多級孔徑結構,而且還可能產生一些新的生物學效應,為促進組織再生提供新的材料構建思路?
1.2 高嶺土增強大孔-介孔微納支架的制備與性能
近年來,介孔硅基材料用於組織修復支架的制備方面取得了較大的進展?但是,溶膠-凝膠法制備的介孔硅基支架存在收縮率大?強度低?成型困難等缺點,大大地限制了其在臨床上作為組織修復支架的制備和應用[9,10]?
1.2.1 高嶺土增強大孔-介孔微納支架的制備
本課題組以嵌段共聚物EO20PO70EO20(P123)和聚氨酯泡沫為雙模板,結合溶膠-凝膠和蒸發誘導自組裝過程,通過物理摻雜高嶺土增強劑並嚴格控制硅基支架溶膠黏度的方法(圖1.1),制備出具有良好力學性能(6MPa以上)的硅基大孔-介孔骨修復支架?高嶺土為天然硅鋁鹽,由高比表面積的高嶺土微球組成,常作為黏結劑和分散劑用於制藥和醫藥領域[11]?研究表明采用這種方法制備的支架材料能得到高連通孔隙率的宏觀大孔,同時保留了材料內部高比表面積的微觀介孔結構,並表現出較好的力學性能?其大孔孔徑可通過聚氨酯泡沫密度調整;介孔孔徑則通過表面活性劑和反應條件進行調節?
圖1.1 高嶺土增強介孔硅基活性支架的制備
1.2.2 高嶺土增強大孔-介孔微納支架的性能
表1.1為不同高嶺土含量的支架材料的化學組分,其中5%?10%?20%分別為高嶺土在600℃高溫燒結後的多孔支架中的固含量?

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