可降解生物医用玻璃的有机无机杂化增韧

有机无机杂化有望将无机材料优异的生物活性与有机材料良好的机械力学性能相结合，在生物医学领域具有广泛的应用前景。本课题涉及的生物医用材料主要用于人体骨组织修复及替换，针对目前使用的生物医用材料的局限性，将柔性有机链段共价引入硅酸盐网络中以改善其断裂韧性不足的缺点。重点解决当前此类杂化材料存在的两大不足：有机无机相降解速率不匹配及钙离子在无机相中的分布不均匀性。针对性措施为使用不降解的有机链段，材料整体降解速率只由无机相决定；使用甲氧基乙醇钙替代硝酸钙做钙前驱体，或者在前驱体中引入少量植酸，以实现低温下钙离子在无机相中的均匀分散。制备方法是将含有柔性有机链段的硅前驱体引入溶胶凝胶底物，在原位进行溶胶凝胶而制得杂化材料。本课题将重点对有机无机相的相对含量、无机相的组成、有机柔性链段的化学结构及链段长度等对材料机械力学性能、降解行为及体外生物活性等的影响进行详细研究。

生物活性玻璃由于其良好的骨诱导性及骨传导性，目前已经作为骨填充材料广泛应用于临床受损骨组织的修复。但其机械力学性能特别是韧性上的不足限制了其应用，特别是在大块承重部位修复中的应用。.通过将生物活性玻璃粒子与高分子材料复合可以改进材料的力学性能。但常见颗粒主要通过球磨得到，粒径在微米级且存在较严重的团聚现象，因此文献中报道的类似复合体系在机械力学性能上始终无法与松质骨匹配。本项目通过溶液法成功制备了一系列不同粒径的纳米生物活性玻璃胶体分散体系，其粒径分布较窄，并与明胶高分子进行溶液共混，冷冻干燥后得到生物活性复合材料多孔支架，其孔隙率及孔径与松质骨接近。同时发现上述复合支架力学性能及生物活性均随着颗粒粒径减小而增加，能够达到松质骨的水平。复合支架在与模拟体液接触后迅速生成羟基磷灰石(HA)，极大促进了成骨细胞的粘附、增殖和分化，动物实验表明其能促进受损骨组织的修复。.为了进一步提高材料的力学性能，本项目发展了低温溶胶凝胶法原位制备了生物活性有机无机杂化块状材料。主要使用了甲氧基乙醇钙替代硝酸钙做钙前驱体以避免高温去除硝酸根的步骤，并采用亲水性的末端烷氧基硅改性聚乙二醇(PEG)作为有机相以避免以往疏水性高分子带来的生物活性受损的问题。结果表明：有机无机杂化材料中有机组分与无机组分间发生了化学键合，其断裂伸长率有了显著增加，且机械力学性能接近人皮质骨水平。杂化材料的生物活性与生物活性玻璃类似，在模拟体液中1天内能在表面形成羟基磷灰石，材料细胞相容性良好。进一步的改进工作仍在进行中。