骨组织修复重建

2024-07-28

骨组织修复重建（共6篇）

1.骨组织修复重建篇一

生物材料——骨组织工程讨论组织工程（Tissue Engineering）是近年来正在兴起的一门新兴学科，组织工程一词最早是由美国国家科学基金会1987年正式提出和确定的。它是应用生命科学和工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下结构与功能关系的基础上。研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态生物替代物的科学。

组织工程的核心就是建立细胞与生物材料的三维空间复合体，即具有生命力的活体组织，用以对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。共基本原理和方法是将体外培养扩增的正常组织细胞，吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的生物材料上形成复合物，将细胞-生物材料复合物植入机体组织、器官的病损病分，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的在形态和功能方面与相应器官、组织相一致的组织，而达到修复创伤和重建功能的目的。骨组织构建

构建组织工程骨的方式有几种：①支架材料与成骨细胞；②支架材料与生长因子；③支架材料与成骨细胞加生长因子。

生长因子通过调节细胞增殖、分化过程并改变细胞产物的合成而作用于成骨过程，因此，在骨组织工程中有广泛的应用前景。常用的生长因子有：成纤维细胞生长因子（FGF）、转化生长因子（TGF-ρ）、胰岛素样生长因子（IGF）、血小板衍化生长因子（PDGF）、骨形态发生蛋白（BMP）等。它们不仅可单独作用，相互之间也存在着密切的关系，可复合使用。目前国外重点研究的项目之一，就是计算机辅助设计并复合生长因子的组织工程生物仿真下颌骨支架。有人采用rhBMP-胶原和珊瑚羟基磷灰石（CHA）复骨诱导性的骨移植、修复大鼠颅骨缺损，证实了复合人工骨具有良好的骨诱导性和骨传导性，可早期与宿主骨结合，并促进宿主骨长大及新骨形成。用rhBMP-胶原和珊瑚复合人工骨修复兔下颌骨缺损，结果显示：

2个月时，复合人工骨修复缺捐赠的交果优于单纯珊瑚3个月时，与自体骨移植的修复交果无明显差异。

目前，用组织工程骨修复骨缺损的研究，已从取材、体外培养、细胞到支架材料复合体形成等都得到了成功。有人用自体骨髓、珊瑚和rhBMP-2复合物修复兔下颌骨缺损，结果表明：术后3个月，单独珊瑚组及空白对照组缺损未完全修复；珊瑚-骨髓组和珊瑚-rhBMP-2组及单独骨髓组已基本修复了缺损；而骨髓、珊瑚和rhBMP-2复合物组在2个月时缺损即可得到修复。我们用骨基质成骨细胞与松质骨基质复合物自体移植修理工复颅骨缺损的动物实验，也取得了满意的治疗效果。

带血管蒂的骨组织工程是将骨细胞种植于预制带管蒂的生物支架材料上，将它作为一种细胞传送装置。我们将一定形状的thBMP-

2、胶原、珊瑚复合物植入狗髂骨区预制骨组织瓣，3个月时，复合物已转变成血管化骨组织。

组织工程骨的构建又可以分为体内构建和体外构建两种形式，体内构建是将成骨细胞-支架复合物植入体内，修复骨缺损。体外构建则是通过体外组织培养的方法应用水降解支架材料，接种成骨细胞，构建骨组织。体外构建虽然具有一些在体内构建难以实现的优点，但是在传统的静态培养条件下不能建造出厚度大于0.7cm的骨组织。生物反应器和灌注培养系统的先后出现，改善了细胞、组织在体外培养的条件，有助于模拟体内环境、获得营养、排除代谢产物和物质交换，和促进组织工程产品实现商品化。

一、骨组织工程支架材料

1、人工骨的支架材料功能

人的骨头在人体中起一支撑人体重量，维持人体力学平衡的功能，因此，人工骨的组织工程支架材料必须具备以下两个功能。

（1）有一定机械强度以支撑组织的高强度材料，以保证材料植入人体后，有支撑体的重量，不改变骨骼形状。

（2）有一定生物活性可诱导细胞生长、分化，并可被人体降解吸收。

在组织工程出现以前的第一种功能的材料为非降解性材料，仅起到支撑固定的作用。存在的一个问题是：在骨头愈合后，必须进行第二次手术取出这种材料。

第二种功能的材料主要是给细胞提供三维生长空间，其本身具有生活性，可诱导细胞分化生长和血管的长入，以形成活的骨组织，使其具有人骨的功能和作用。

以上两面三刀个对骨支架材料要求的条件可以归结为：组织工程支架材料是具有一定强度并具有生物活性的可降解材料。

2、人工骨支架材料研究进展

人工骨支架材料可分为两类，即生物降解和非生物降解型。

早期的人工骨支架材料都是非生物降解型的，这类材料有：高聚物（碳素纤维，涤纶，特氟隆），金属材料（不锈钢，钴基合金，钛合金），生物惰性陶瓷（氧化铝，氧化锌，碳化硅），生物活性陶瓷（生物玻璃，羟基磷灰石，磷酸钙）等。

这些材料的特点是机械强度高（耐磨、耐疲功、不变形等，生物惰性（耐酸碱、耐老化、不降解）。但存在二次手术问题，因此人们开始研究使用可生物降解并具有生物活性的材料，这类材料有纤维蛋白凝胶、胶原凝胶、聚乳酸、聚醇酸及其共聚体、聚乳酸和聚羟基酸类、琼脂糖、壳聚糖和透明质酸等多糖类。

目前研究和使用的骨组织支架材料是降解材料或降解和非降解材料的结合。组织工程面临的挑战

利用细胞和合成聚合物建造新器官存在着可怕的障碍，但却是可以克服的。

组织工程正成为医学科学中欣欣向荣的新领域，仅仅在几年前，大多数科学家认为人类组织只能通过从捐献者那里直接移植或利用由塑料、金属和计算机芯片制造的完全人工部件进行替换。许多人认为完整的生物人工器官——由活细胞与自然的或人工的聚合物融合创造的混合物——永远不能制造出来，人类移植器官的短缺问题只能通过某种程度利用来自动物的器官而获得解决。

然而，现在世界各地实验室进行的创新性和富于想象力的工作表明，制造生物混合器官是完全可行的。开发组织工程产品的生物技术公司的销售额己接近40亿美元，并且每年的开支为此额的25％以上。不过，在这些投资通过可靠地减轻许多组织中的疾病所引起的人类痛苦而得到回报之前，组织工程必须克服某些重大的困难。

现成的细胞确定细胞的可靠来源是组织工程的首要前提。动物细胞是个可能的来源，但确保它们具有安全性依然是个令人关注的问题，因为免疫系统对其排斥的可能性很高。基于这些原因，人类细胞是首选对象。

最近，对人类胚干细胞一一能够发育成一系列组织从而形成人的细胞——的鉴别提供了解决此问题的一种方法。但是，从能够操纵培养中的胚干细胞到能够生产可用于创造或修复特定器官的完全分化细胞，研究人员还有很长的路要走。

一个更直接的目标是从组织中分离出所谓的起源细胞。这种细胞向专化方向走了几步，但因为它们尚未完全分化，因而具有足够的灵活性可以补充几种不同类型的细胞。例如，克利夫兰临床诊所Arnold I.Caplan及其同事已从人类骨髓中分离出起源细胞，这种细胞在实验室中经过促导能够形成构成骨的成骨细胞或组成软骨的软骨细胞。与此类似的是，北卡罗来纳大学查珀尔希尔分校Lola Reid已在成人的肝中鉴别出了小卵形起源细胞，这种细胞在培养物中经过操纵后能够形成成熟的肝细胞(此细胞产生胆汁并消除毒素)或者衬垫胆管的上皮细胞。

培养“万能供体”细胞系可能又是一种方法。为了得到这种细胞，科学家要除掉或利用其他分子去盖住细胞表面的将供体细胞视为“异己”的蛋白质。马萨诸塞州Diacrin公司现正采用这种策略制造人类移植可以接受的某些类型的猪细胞。Diacrin公司还计划利用“掩盖”技术使细胞在不相配的人供体之间进行移植。该公司已获主管部门批准，就某些肝病开始进行掩盖人类肝细胞的人类试验。

从原理上讲，这些万能供体细胞不会遭到受体排异；它们能从来自许多不同组织的多种类型细胞中产生，并在培养物中不停生长直至需要之时。但尚不清楚万能供体细胞在大规模临床试验中的表现如何。

寻找生产细胞和组织的最佳途径远非一帆风顺的事情。科学家只鉴定出了几种引导胚干细胞和起源细胞分化为专化细胞的生化信号，我们还不能从骨髓中分离出于细胞和起源细胞的培养物而同时又不让结缔组织细胞如成纤维细胞混入其中。(成纤维细胞是不需要的东西，因为它们分裂迅速并会超过干细胞培养物的生长。)

此外，科学家必须开发出在所谓生物反应器中大量培育细胞的更加先进的方法，生物反应器是安装了将营养物、气体(如氧气和二氧化碳)和废物控制在适当数量水平的搅拌器和传感器的培养室。现有的方法产生的细胞数量常常太少，或者产生的组织片常常比需要的薄。不过，新的解决方案已经出现。几年来，研究人员努力培育足够厚的软骨片以适合于医疗应用，例如取代膝盖中损伤的软骨。但是一旦软骨生长超过了一定的厚度，中心的软骨细胞就会离生长载体过远而吸收不到营养物和气体，无法对生长调节化学和物理信号作出反应，或者不能排去废物。麻省理工学院Gordana Vunjak—Novakovic和Lisa Freed在生物反应器中的三维聚合物载体中培养软骨细胞，从而解决了这一问题。该载体相对疏松的结构和生物反应器的搅拌作用确保所有细胞均匀地附着于载体材料并得到培养媒体的滋润。随着组织在生物反应器中的生长，使其机械特性达到最佳将是极为关键的问题，因为许多组织在受到扩展、拉动或压缩作用时会作出反应，进行重构或改变它们的总体结构。例如，当组织工程软骨在把正在发育的组织暴露给流体作用力的变动的转动器皿中进行培养时，它就会变得更大，从而包含更多的形成细胞外基质的胶原和其他蛋白质基质。基质是类似蜘蛛网的网状结构，作用是支撑细胞生长和构成组织。)以这种方式培育的软骨，包含了细胞外基质蛋白质，从而使其更稳固，更持久，对外力更易作出生理反应。

同样，加州大学圣迭戈分校John A.Frangos也揭示，在生物反应器中搅拌的珠状胶原媒体上培育的成骨细胞比在平坦的静止盘中培育的成骨细胞形成更多的骨无机物。现在杜克大学的Lawrn E．Niklason证实，如果让组织工程小动脉的培养基产生脉动(类似于搏动心脏所产生的血压)，那么这些由内皮细胞(血管衬)和平滑骨细胞构成的管状组织工程小动脉就能展现更接近于自然管的机械特性。另外几个小组(包括我们小组在内)正在开发培养骨骼肌和心肌的方法，这些组织随着物理应力而变得越来越强健。

全关节植入材系由一金属像钛合金、不锈钢，钴铬合金和由超高分子量聚乙烯聚合的关节表面所组成。另外，弥补物可藉由骨泥来支撑与固定，其成分为聚甲基乙基酸甲酯（PMMA）。植入失败是由于骨泥松脱和随后发生植入材连接皮质骨相互移动。植入材松脱的原因，包括植入材与邻近的组织之间发生摩擦和微小移动形成磨损粒子，磨损粒子被发现于环绕植入材四周的组织中，此和局部发炎反应相关，将导致纤维组织形成或骨组织吸收和并发弥补物松脱。

由全关节置换手术中产生金属离子的迁移释放和巨噬细胞影响附近及远处的淋巴结组织曾被报导。含有钴和铬或钛合金和聚乙烯粒子的巨噬细胞被证实与粒子迁移至淋巴结和并发淋巴结扩散有关。另外，聚甲基丙烯酸甲酯骨泥粒子藉由一慢性发炎反应证实与无菌的松脱有关。松脱的机制应包含粒子促使巨噬细胞活化和可导致骨头的再吸收发炎的介质释放。在观察于失败的全关节成形术的骨泥界面纤维薄膜，它包含有巨噬细胞，其细胞系与细胞内及细胞外的聚甲基丙烯酸甲酯粒子有关，巨噬细胞对微粒的反应藉由不同的可能机构将导致骨头的吸收，活化巨噬细胞将释放发炎介质，如含细胞浆移动及胶原酵素，其过程造成骨破坏。小的粒子(小于12μm)可被吞噬对骨的再吸收的关键因素。无论大或小的粒子均不对巨噬细胞产生毒性，这使人联想到延长发炎及纤维变性是与植入材的吞噬作用有关。一研究发现在膝关节比髋关节手术失败中大粒子发现频率较高，这反应了胫骨和膝盖骨聚乙烯植入材的碎裂与剥离比髋臼聚乙烯植入材有较高之比例。

一般来说，氢氧基磷灰石的沈淀会使长骨末端发生矿化软骨，且会在软骨生成的期间，让膜状骨形成细胞时外母体组织直接发生沈淀。这种即视之为矿化作用或钙化作用（因为钙就好比是跟磷酸盐与氢氧根离子会发生沈淀的状况一样）。然而，钙化也发生在多元化的循环系统及非循环系统化医学设备装置上。而且它是导致内瓣膜损坏的主要原因。一般非正常的矿化叫做异位，如心脏瓣膜一般所发生的组织钙化。

在正常钙化期间，骨骼母细胞会从无分别的原始间叶或无分别的软骨细胞产生一个胶状母质之骨骼基质，以及它们会间接透过减少含有磷灰石矿物之母材囊泡来控制其矿化。而我们可在鸟类的肌腱上首先看到磷灰石局限于基质囊泡中，紧接着是在细胞质外基质，然后是在邻近的胶原纤维。有机的骨质矿化，很明显地是以胶原TypeⅠ的分子组织结构为基础排列方式，进而演变成1/4紧缩排列，这是因为矿物晶体一般在形成时会反映出胶原纤维的周期性排列结构（Arsenault, 1988）。另外，TypeⅠ胶原所扮演之角色以及软骨的钙化控制，涉及了胶原TypeⅠ及TypeⅩ之蛋白质醣和C-为蛋白酵素（Boskey, 1989）。蛋白甘油脂的突破或是改变它们软骨或骨头上的结构，都会增加钙化以及外层细胞的结构（Buckwalter, 1987）。

从先前治疗过患有戊二醛的猪动脉血管中得知，钙化是其临床上人工心脏血管主要损坏的原因，而且它亦是为了治疗患有戊二醛的牛心囊所组成之血管发生病变的重要因素。所以作为猪动脉血管，其在12～15年期间，损坏率高达50%的比率；而若损坏率超过75%时，则会导致钙化狭阻或钙化撕裂（Levy et al., 1991）。并且临床上与实验研究提到动力机械应力与应变会促进钙化的发生，尤其是在小叶叶面屈曲的区域面积。于是最早出现矿物沈淀是为了使被移植入的连结细胞以及细胞外的胶原组织可限定在固定的地方。当细胞植入期间增加，则与其有关的细胞大小及数目便会随即增加，而呈现出切割形式的胶原纤维。

有一个理论提及到，辅助型血管发生钙化的最早结论涵盖了经由曝露过的戊二醛所引起的细胞净化，以致细胞对钙化调整的能力丧失。这会导致钙离子反而流入细胞内。尔后，又会引起磷与膜壁器官高度的反应。好比粒腺体会形成磷灰石一样。碱性活性磷酸酯脢，一般来讲就是在磷脂释出磷酸盐溶液中使磷酯接合剂发生水解，是出现于事先治疗过牛的心囊细胞组织中。(Levy et al., 1991)。而碱性磷酸酯脢的活性闭塞会降低生物修复后所伴随而来的细胞组织钙化。骨科植入材料

组织移植和合成的高分子材料备用来治疗损伤的机件和韧带，而关节置换主要是金属和高分子材料，固定组件包括骨板和螺丝用来强化骨头破裂，这些装置由金属制成，高分子材料尚在实验性地研究阶段。自然的组织和器官能藉由重建(remodel)其微观结构或巨观结构以调整到新的状况。因此，组织的机械疲劳是最小的，除非疾病妨碍自然恢复过程或者超过它们恢复的能力。

一般相信，成骨和蚀骨的活性(osteogenic and osteoclastic activity)与骨头在体内的正常活性有关，因此，成骨和蚀骨的活性能根据在体内施加的净力和动力而达到平衡，即如果施加较多荷重时，平衡会倾向较成骨活性以抵抗荷重，反之亦然(Wolff’s law)，如所示，当然，植入物施加过多荷重使细胞伤害胜过增强其活性。

从历史的观点来说由铁、金、银、铂等制成的各种金属装置如线材和轴钉都因植入后的感染而无法成功地大量使用。近代植入物的发展大多集中在长骨和关节的修复。在1900年代初期，英国的Lane使用钢设计骨折平板，如，匹兹堡的Sherman将Lane骨板改进，消除尖角来减少应力集中，并且使用韧性和延展性较佳的钒合金钢，钒钢在临床上使用数年，但因在体内的腐蚀问题而被放弃。接着在1924年由Zierold发现StelliteÒ(Co-Cr基合金)是用作骨骼植入中最惰性的材料。之后18-8(18 wt% Cr, 8 wt% Ni)和18-8sMo(2-4 wt% Mo)不锈钢以其抗蚀性而受采用，18-8s Mo在生理时盐水溶液中特别具抵抗力。后来，另一种称为VitalliumÒ的不锈钢(19 wt% Cr, 9 wt% Ni)引入医疗中。(VitalliumÒ的名称现在用为Co-基合金。)其它的金属如钽在1939年引入，但因机械性质不佳而在整型外科中未能普及。

线、轴钉和螺丝(wires, pins, and screws)

固定是以压力或张力的方式达成，骨头应该被坚固地固定使其在恢复过程不会受到不必要的微观和巨观运动妨碍，外科技术通常包含使用金属固定装置，几乎所有的装置是用金属合金制成。

线

最简单但最多用途的植入物是各种金属线，用来将骨头的碎片固定在一起，线也用来固定髋关节置换中的大转子或长骨处长的倾斜或螺旋状骨折。金属的疲劳腐蚀是一般的问题，会使线在体内变弱，线的扭曲和打结会快速地使问题恶化，因为应力集中效应减少25%或更多的强度，变形区由于高应变能而比为变形区容易腐蚀，线的分类如。

轴钉

Steinman轴钉也是多用途的植入物，且当用骨板有困难或当用其它方法无法得到适当的稳定性时，通常用针来做内固定，轴钉的尖端设计在锁到骨头时能容易贯穿骨头，轴钉的凹槽和螺丝的不同处是在其凹槽的角度和螺丝相反，为三种尖端设计。

螺丝

螺丝广泛用于骨头碎片的固定或骨折平板的结合，说明不同设计的头和各部份，基本上分为二类：一是自攻型(self-tapping)和非自攻型(non-self-tapping)。不同的螺丝设计并不影响支撑力(holding power)(或拉出强度(pull-out strength))，可是V-形螺纹其螺纹和骨头间的放射状应力转移稍小于拱壁螺纹(buttress thread)，显示后者较经得起纵向荷重。

切削刀口的倾斜角也是螺丝设计的要素几乎所有的骨螺丝是以正倾斜角制成，虽然需要较高的切削力，但是切削温度较低，负倾斜角则相反，故较硬的金属能承受较大切削负荷时，可以负倾斜角制造。

拉出强度或支撑强度是在特定螺丝的选择上重要的因素，可是尽管设计上的差异，拉出强度只跟螺丝的尺寸(直径)有关，如所示，较大的螺丝有较高的拉出强度。

直接毗邻螺丝的组织最初通常会坏死并且再吸收，但假如螺丝确定固定后，死的组织会被活的组织取代，当微观或巨观运动存在时，胶质的纤维组织会形成被膜包覆住螺丝，这就是为什么病人恢复的骨头的负载需延缓直到螺丝和骨头确定固定。

骨板

皮质骨板

各种形式和尺寸的骨板示于。因为肢体中肌肉产生的力量很大，形成大的弯曲动量(bending moment)，所以骨板必须要坚固，特别是股骨和胫骨平板，各种装置弯曲动量对弯曲角(旋转)示于，骨板无法承受最大的弯曲动量，因此在治疗早期需限制病人的活动。骨头和骨板用螺丝适当固定是重要的，太紧可能造成骨头坏死和螺丝变形，使变形区因为腐蚀而失败。为使用骨板装置将折骨的两端压在一起，使用自压缩式(self-compresion)的骨板和螺丝系统亦能有相同的效果。

海绵骨板

固定海绵骨时必须小心，因为其密度低且其刚性(stiffness)和强度远低于皮质骨，长骨末端固定的范例如所示，折骨以螺丝、骨板、螺栓和螺帽固定，但是大量使用反而增加感染的机会。有时海绵骨可以用简单的骨钉固定，如。因此固定方式的选择主要由外科医生决定，且选择性很大。

骨髓内装置

骨髓内装置是用来固定长骨的骨折，且紧紧地插入骨髓腔中，这种植入物内有弹簧能在骨头腔内产生弹力(elastic force)以避免装置旋转和牢固地固定骨折。

关节置换

人体之关节皆包括两个对立之平滑、软骨构造的关节面，其间以黏性的关节液填充润滑，可减少承受负荷时之摩擦力，而关节运动系由其附近之韧带、腱及肌肉之交互作用造成。有些关节如膝关节，其滑动平面间尚有纤维状、梁形之半月软骨，主要功能为使传递力量于较大的面积，减少关节所承受之应力。在各种程度的活动中关节的受力，由于肌肉和人体活动的杠杆几何使最大的受力可以达到体重的8倍，因此生物机械分析需要应用到植入物的设计上，考虑会施加到植入物的荷重，才能设计具有足够强度和刚性的植入物。导致关节置换的主要因素是长骨间的关节表面退化，并且在行动中经常造成疼痛，临床上称之为退化性关节疾病，在其末期可以由X-光中关节内的距离缩小和关节部位在移动和转动时发生剧烈疼痛来加以诊断。关节置换，又称为关节成形术(arthroplasty)，包含了人工支撑材料的置换，维持与骨头的相对位置，并且在病人的生活中不会被磨掉，置换包含对关节运动的运动学、一般关节支撑的荷重、构成人工关节可使用的材料和自然材料与人工材料的交互作用等的了解。

关节置换的广泛使用起源于Charnley在1960年代初期使用PMMA(polymethylmethacrylate)在植入物与骨头的固定上，到了1987年估计每年约有287,000的髋部和膝部产品，而每年约有5%的植入物会失败。

造成植入物失败的主要问题包括：组成部分从骨头松脱造成疼痛和无法动弹；脱臼或其它机械性的不稳定；感染；和由于组成部分的撞击或韧带限制造成的运动范围受限制。因此植入物和骨头间的界面接触破坏式临床失败的主因。

大部分的全关节置换是由金属(Ti-Al-V或Co-Cr合金)和高分子(超高分子量聚乙烯UHMWPE和PMMA)所组成，各种置换的确实设计是依据各种关节的构造决定。

髋关节置换

早期治疗髋关节障碍只包含髋臼杯(acetabular cup)或股骨头(femoral head)，现在多使全髋关节置换(total hip replacement, THR)，髋臼和股骨头的表面都加以置换，如图4-3所示，髋关节置换是由股骨部分和髋臼部分所组成，股骨部分为一球头嵌在骨干上，髋臼部分具有一骨臼能让球头置于其中，Co-Cr和Ti-Al-V被用来制造股骨部分，UHMWPE则覆盖骨臼，每一制造商都有各种骨干长度和设计类型。

THR的外科植入过程如下：切除患病的股骨头，将股骨的骨髓管钻孔并钻大使植入物的骨干得以插入，骨臼的软骨也需要钻孔，将准备好的PMMA骨水泥填入股骨的骨髓管中再插入骨干，髋臼部分也是以骨水泥黏合后，将人工球窝关节(ball-and-socket joint)接合便完成,为各种类型的髋关节植入物。

髋关节置换最困难的问题是植入物的固定，因为植入物位于海绵骨上，海绵骨的强度远弱于密质骨，也没有足够的小梁支撑所增加的荷重，另外植入物造成距骨区和股骨干(侧面)末端应力集中使得已经变弱的骨头再吸收，使用骨水泥能够提供所需的固定效果。

骨水泥不只提供植入物和骨头早期的贴附，同时能分散荷重，减少植入物在骨头上的应力集中，可是在邻近区域的骨头应力由于植入物存在而减小，如所示，在此区中减小应力所形成的应力遮蔽效应会造成近端区域的骨头再吸收而导致骨干的松脱或骨折，一般全髋关节植入在年长的病人中能维持10年。有时骨水泥本身也会产生问题，单体蒸气会阻碍身体机能降低血压，高放热的聚合反应会提高局部温度造成细胞坏死，准备骨水泥填入空间造成的大量骨髓内腔会妨碍骨头的正弦曲线，使组织坏死和脂肪栓塞。

髋关节的球头和臼杯之间的摩擦也会产生问题，特别是在大荷重时，摩擦力矩对Co-Cr合金髋关节就显得很重要，不锈钢-PE和Co-Cr合金-PE的组合比全金属系统能减少摩擦力矩和磨耗。虽然早期的髋关节置换感染机率高，但是手术过程的改善和术后使用抗生素有效的减少感染率

膝关节置换

膝关节置换的发展和接受度比髋关节慢，因为膝关节的几何形状和运动的生物力学较复杂，而且稳定性较低，膝关节退化的发生率高于其它关节。膝关节植入物可分为绞链式和非绞链式，自然的膝盖截面，典型的人工膝关节，植入物的选择需依据膝盖的健康情况、疾病类型和范围、与病人的活动范围。如同髋关节置换，膝关节置换的主要问题是松脱和感染，金属的背衬是以UHMWPE制成来减少磨耗问题，多孔被覆的植入物能够避免骨水泥带来的问题，多孔的表面允许骨组织内长(ingrowth)达到较佳的固定效果。在膝关节植入物中胫骨高丘表面的磨耗情形极为重要，亦是造成松脱的主因。

人工关节的问题

人工关节的主要问题是磨耗、腐蚀、和感染，磨耗和腐蚀所造成的松脱与金属离子释出问题在第四章已有介绍，被覆陶瓷涂层是公认能有效减轻影响的表面改质方法，如Al2O3与ZrO2之被覆已证实可减少磨耗及腐蚀；自Charnley提出无菌技术(clean-room techniques)的手术后，将原本10%的术后感染率降至2%以下，现代外科技术蓬勃发展，能够有效降低术后感染的发生。

在全髋关节置换中，除了人工球头与髋臼部位因磨耗导致松脱外，人工骨干与骨头的固定不良亦会造成松脱，使用PMMA骨水泥是主要的固定方式，但是PMMA所产生的问题,同时受到许多注意，因此无骨水泥(cementless)的固定方式备受瞩目。

Smith在1963年提出骨头能长入多孔陶瓷中，一些研究者发现如果多孔材料的孔洞尺寸为200 mm或更大时，骨组织能渗入约2000 mm，骨头内长到孔洞中可以分散机械荷重和减少因为应力集中的骨头坏死，增加固定效果，这些材料包括烧结的Ti和Ti-6Al-4V合金粉末、在Co-Cr棒上烧结Co-Cr合金粉末等。

控制表面活性的玻璃、玻璃陶瓷、和陶瓷材料是无骨水泥固定的另一选择，在此方法中植入物和骨头间藉直接化学键结固定，达到最佳的生物式固定，因此Hench依生物兼容性将生医材料分为四类：(1)近惰性(nearly inert)；(2)多孔性(porous)；(3)生物活性(bioactive)；(4)可吸收性(resorbable)，磷酸钙陶瓷具有极佳的生物活性，其中又以氢氧基磷灰石的性质最受瞩目，目前本实验室正积极地开发其电化学沈积制程，希望能改善电浆喷涂所产生的高温相分解和附着不佳等缺点，刮痕试验显示可抵抗12-30 N之荷重，大幅改善附着力。齿科材料（Dental Materials）

随着科技医疗的进步，现在的社会日益趋向高龄化。人类的希望是虽然年纪不断增长，身体的各个器官能够避免随之衰退老化。但是，有时候人会因一时不小心跌倒而骨折，或因为蛀牙而必须拔牙，因此免不了需要一些替代性的材料。

近年，生命科学(life science)的概念愈来愈普遍，生命现象相关使用之材料，亦即生医材料(biomaterials)的研究也愈形广泛。包括人工器官和牙科修复补缀物，当然也包括医药用材料和遗传工程使用之材料。

牙科材料(dental materials)包括间接材料和直接材料，制作牙科修复补缀物过程中使用的补助材料，因为与身体没有接触，称为间接材料。换言之，口腔内长期间使用的材料称为直接材料。直接材料所需性质包括：身体安全性、耐久性、机能性、适合性、审美性、操作性（成形性）、材料的安全性、经济性。

为了发挥修复补缀物适合性的最大限度和高的材料的尺寸精度，特别是作为间接材料，为了确保尺寸精度，必须膨胀、收缩等的变化要少。此外，也应考虑操作性和经济性。

为了牙齿的欠损和异常的回复和正常化，制作各式各样的修复补缀物，牙科材料的用途和分类。生物用金属材料现况

作为医疗用材料包括：钛、不锈钢、钴合金、形状记忆合金、无机材料和高分子等各式各样之材料被使用。因为生医材料是使用于生物体，会与体液或其它组织接触，受力情形也比较复杂，因此，对材料的要求也非常严格，以下是生医材料必须具备的性质：

(1)

良好的耐蚀性

(2)

生化稳定性

(3)

适当的机械强度

(4)

容易加工制造

(5)

容易操作

(6)

价格合理

其中一般作为生物植入用金属材料包括：不锈钢、钴铬合金、钛及钛合金。其机械性质。

从1920年后就开始使用不锈钢作为生物材料，最初是所谓18-8不锈钢，后来又有所谓SUS316和SUS316L被开发使用。现在所使用的不锈钢规格，其中F1314及F1586是经过氮化处理改良力学的性质。不锈钢因为比较便宜，且容易取得，因此被广泛使用，但是作为生物材料其耐蚀性并非非常良好，长时间埋入体内会造成腐蚀现象，又因为含有镍元素会引起过敏。

钴铬合金比不锈钢耐蚀性优良，所以在生医使用也比较广泛，ASTM生医用钴铬合金的规格，钴铬合金因为硬度高、耐磨耗性优良，所以被使用于人工关节用材料，但是也由于硬度高，增加了加工的困难度。人工关节是复杂的形状，在初期是采用脱蜡法(lost wax)，精密铸造制作。F75即是为此用途的铸造合金。F75是最初的时候，为了改良铸造性而添加镍，但是镍会有引起过敏的疑虑，现在的已减量在1wt%以下。另外铸造的组织中容易产生缺陷，为了可以锻造制作而设计F799，之后对于与F75相同组成的合金，以加工及热处理的方法，改良组织并增加强度，进而开发设计了F1537。

商业纯钛(commercial pure titanium, cpTi)的耐蚀性优良，亦是生物亲合性良好的生医材料，根据不纯物的含量而分为4级，从1级至4级不纯物的含量增加，降伏强度亦随之增加，但伸长率随之减少。为了纯钛强度的不足，于是有了Ti-6Al-4V合金的开发，被作为生医用。ASTM钛与钛合金规格。

牙科用铸造合金

经过铸造以及机械加工之嵌体(inlay)、牙冠牙桥(crown-bridge)、牙钩(clasp)、金属床(metal denture)、矫正装置等，因为是在口腔内长期使用之金属，必须符合一些性质的要求，诸如：对患者和医生无害、具有符合在口腔使用目的之机械强度和硬度、在口腔内不腐蚀变色和机械性质不劣化、铸造与加工之操作性佳等。满足以上条件的合金是以金为主要成分，即所谓金合金，牙科铸造用金合金根据硬度分为4类。

金的含量(Carat)为主体贩卖之铸造用金合金，金的含量必须在50at%以上，以保证足够的耐蚀性。还有所谓白金加金，添加白金的做作用不仅不造成耐蚀性的降低，又可增加金合金的机械强度。在陶瓷烧付用金合金方面，应具备下列之性质：合金的固相点比陶瓷的烧成温度高、合金的热膨胀系数比陶瓷稍大、合金具有高的弹性系数、合金中不含对陶瓷烧付色调不良影响的元素。

随着贵金属价格的上升，由于经济成本和为了改善合金的性质，于是有以Ni-Cr和Co-Cr的基底合金(base metal)被开发应用作为牙科修复材。

牙科金属对人体的影响

牙科与一般治疗不同的是不仅将疼痛除去，医疗就结束了。许多的情形，例如龉齿和拔牙伴随的是身体的一部份损失，必须加以修复使其复原，此时会使用有机、无机等许多材料。这其中有的会装置在口腔使用10年以上或更久的时间，例如一些补缀装置物(牙冠、牙桥、假牙等)，包含制作过程有20种以上的金属被使用。口腔内对于使用的金属而言，是相当严苛的腐蚀环境，即使是由贵金属作成的牙冠等，也会有极微量的金属释出。释出的金属对人体的影响到底如何，在许多的释出极微量情形是身体可以接受，但是一些情形即使是微量的金属也会发生过敏，产生局部或全身的伤害。

金属与牙科医疗

现在在牙科约有20种金属被使用，若包含半金属有30多种。这其中介绍如下：

(1)

印模材：包含Zn、Pb、Si等元素，印模材是在病人的口腔中使用，除了对病人有影响之外，与印模材接触机会大的操作者或助理人员也有影响。

(2)

牙冠牙桥等：

牙冠牙桥等的补缀修复物，除了使用金合金之外，还使用包括：Au-Ag-Pd合金、银合金、Co-Cr合金、Ni-Cr合金、钛等。充填用的汞齐合金而言，包括Hg、Ag、Sn、Cu、Zn、In、Pd等元素，近来Ga亦被添加使用。矫正装置物而言，使用Co-Cr、Ni-Ti等合金，在外科或植入用主要是使用纯钛或钛合金。

(3)黏接材：

对粉末的主成分，Zn被使用最多。其它添加元素包含Mg、Bi、Ba、Al、Cu等。

(4)器具：

研磨器具中，Diamond point 含有Ni、Cr元素，Tungsten-carbide bar 含有W、Co、Mo等元素，Steel bar含有Fe、Co、Cr等元素。其它器具如钳子类，或Hand instrument等含有Fe、Co、Ni、Cr等，其它亦有Ti被使用。

8.4.2 在口腔内牙科用金属

(1)口腔环境：

在过去认为口腔内唾液中的蛋白于金属表面覆盖，具有保护模的作用，可视为不容易腐蚀的环境。但是，口腔内被认为是相当严酷的腐蚀环境。其原因如下：

a.唾液是保持在36℃ 左右的电解质。b.存在微生物会产生硫化氢和氧。

c.相邻牙齿的隙缝和复杂的咬合面形态会产生间隙腐蚀现象。亦会产生氧的浓度电池和氧化还原电池现象。

d.边缘牙肉存在发炎症状会伴随组织液的酸性化。

e.咬合力会造成应力腐蚀。

f.咬耗、磨耗破坏金属表面的钝化膜，经常露出新鲜面。

g.体液和食品中的氯离子会破坏氧化膜。

h.口腔内有多种的合金存在，造成异种金属存在。

(2)关于由口腔内牙科用金属的金属释出：

虽然口腔内是像以上所叙述的腐蚀环境，在口腔内金属的腐蚀量是相当微量，因此要测量并不容易。

释出金属离子对人体的影响

口腔内离子化的金属，对局部身体或全身有各种的影响。在局部方面，产生齿肉、口腔粘膜的发炎和变色。口腔内的发炎，多与齿垢和外伤等有关，如果仅把金属的影响除去是不可能的。不过，动物的皮下等合金埋入的许多实验中，根据合金的种类，周围组织变化有差异来看，在口腔内发生的炎症，无法否定金属的影响。

离子化的金属，吞下后大部分从消化管被排泄，但是极少的一部份被吸收，分布于局部或全身组织中。另一方面，在高温熔解金属，或在切削金属时，所产生的蒸气和粉末，从呼吸器官被吸进体内。在此情况下，可以推论，进入体内的金属与造成身体炎症、过敏或变异原性，变色等的伤害有关。

仍待解决之问题

由过去的研究报告了解，金属材料被广泛应用作为牙科材料，但也发现许多问题。如钛铸造包埋材的问题，金属离子在溶液中释出的问题，纯钛在含氟离子溶液中腐蚀的问题。

精密铸造用包埋材之性质探讨，有见于纯钛铸造逐渐备被重视应用于牙科，但是铸造用的包埋材尚存在一些问题，例如高温反应快，金属铸造收缩等问题。传统的高温铸造用磷酸盐系包埋材含有氧化硅，因为使用磷酸盐系包埋材会造成钛铸造体表面有显著的氧化层生成，所以有氧化硅之外的耐化材被开发研究。包括有MgO、CaO、ZrO2、Al2O3等，使用这些氧化物作为耐火材主要是考虑与融熔的钛反应性低。

牙科用的金属材料在口腔中存在有腐蚀与离子释出问题，有些离子已经被证实对人体有害，可利用电解沉积的方法，将氧化锆陶瓷镀在钴铬合金表面上，减少金属离子释出与增加抗蚀性。

纯钛具有优良的抗蚀性，但是在含氟溶液中抗蚀性将变差，因此也可同样利用电解沉积的方法，将氧化锆或氧化铝陶瓷镀在纯钛表面上，增加其抗蚀性。wgcui(站内联系TA)软组织置换

（Soft Tissue Replacement）

生医材料是指人工合成的物质，可用来替换生命系统的一部份，且当其接触活组织时，会有生物功能。所以研究生医材料的最终目的是：（1）替换因疾病或外伤而造成功能损失的身体部份，（2）协助伤口痊愈，例如缝线、骨板等，（3）改进器官与组织的功能，例如心律调整器或眼内晶体（4）校正有缺陷、不正常的组织与器官，例如胰导素唧筒。从以上的应用项目可了解“生医材料应用于器官或系统上的研究”不仅止于研究材料本身之结构、原理及性质（如简单的化学或电力的功能）且为能达到人体内肝脏复杂的生化生理功能、脑部及感觉器官等复杂之电波及电化学、以及内分泌腺体特异因子的作用等，生医材料之相关研究是永无止境的。wgcui(站内联系TA)生物医用复合人工骨修复材料的应用研究（钟宁

李玉宝）

生物医用材料是用于和生物系统结合，治疗或替换生物机体中的组织、器官或增进其功能的材料［1］。长期研究与应用发现，传统医用金属材料、高分子材料和一些生物陶瓷材料在体内表现为生物惰性，植入体内不与组织发生键合，与组织结合不牢固，容易松动而导致失败［2］。而生物活性无机生物材料虽然具有良好的生物相容性和生物活性，能够和自然骨组织形成牢固的生物性键合，且有高的强度和耐磨、耐蚀性、化学稳定性等，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的抗疲劳与抗破坏强度不高，它只能应用于不承受负荷或仅承受小的纯压应力负荷的情况［3］。因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。利用不同性质的材料复合而形成的复合生物材料，不仅可兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能。复合生物材料由此引起了人们极大的兴趣和广泛的关注。生物医用复合材料是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造。特别是模仿了自然骨的组成和结构的生物活性无机材料和有机高分子材料所形成的复合材料［4］。这种复合材料的出现和发展，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径，为人工器官和人工修复材料的开发与应用带来了新的希望。1 临床对人工骨修复材料的要求

1.1 生物医用材料必须满足的要求植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求:（1）具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象;（2）具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组分不引起生物体的生物反应;（3）具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能;（4）具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限制［5］。

1.2 自然骨的生物力学特点在人的运动系统中骨与关节是受力载体，骨与关节承受各种外力，在骨内产生应力，并经骨进行传导。由于应力性质不同，骨骼发生一系列的生物力学适应性改变，如应力应变，应力塑形，应力改建等。骨只有在不断地适应承受外力产生应力刺激的力学环境中，才能不断地进行骨结构自身的塑形和改建，也只有不断进行骨结构塑形和改建，骨才能适应外部环境的变化。功能活动不但直接决定着骨的形态、尺寸大小和结构方式，而且还使骨的强度、刚度、稳定性始终适应于功能活动的需要［6］。骨的生物力学研究结果表明，充足的血供和完整的受力骨结构的生物学基础和不断地承受外力，产生应力，传导应力的力学环境是活骨存在和改建的主要条件。如果骨的血运和骨的完整性被破坏，或者骨的正常力学环境被部分替代，就会发生骨折延迟愈合或骨质疏松［7］。1.3 临床对人工骨的要求生物相容性好，无毒副作用;有良好的韧性、强度、刚度、抗疲劳性;长期稳定或与骨折愈合同步降解吸收;便于消毒而不变形、不变性、不变质;轻便、价廉、易于加工、可塑形［8］。

1.4 骨折内固定系统对人工骨的要求人工骨进行小的骨块填充和修补，其要求并不高，更为重要的作用在于大块骨缺损、整段骨缺损的替换和重建，这对人工骨的要求就非常高。由于生物医用材料的特殊性，参与大块骨缺损、整段骨缺损的替换和重建，涉及到的不仅是材料本身的特性，更大程度上应注意到人工骨仅是骨折内固定系统中的一部分，骨折内固定系统对人工骨提出了更高的要求。骨折复位后固定是骨折维持稳定的关键，内固定必须具备两个基本功能:一是维持骨折复位后正常几何形态，而不移位即稳定性;二是对轴向传导的应力不发生遮挡效应［9～10］。

刚度即对抗变形的能力，要维持骨折复位后正常几何形态，就要求内固定装置的刚度大于骨骼的刚度。固定的目的是维持骨折复位、重建后的稳定，在愈合早期内固定系统要能对抗外力而不发生变形，必须具有足够的刚度。如何不借助其它材料就能做到愈合早期的坚强固定，这对人工骨的研究开发是一个重点和难点。随着骨折愈合过程的进展，骨骼的刚度逐渐提高恢复到骨折前刚度，装置也就失去固定作用。目前广泛使用的不锈钢内固定系统的弹性模量（7200GPa）远远大于股骨弹性模量（20GPa）。大多数人工骨的弹性模量远远超过股骨的弹性模量［11］。

骨的替换和重建，其牢固的固定是极其关键的，但牢固固定与应力遮挡是一对矛盾。生物医用复合材料人工骨其弹性模量已可做到与人骨相当，有望解决应力遮挡这一传统医用金属材料无法克服的问题，为骨折愈合的研究展现了良好的前景。可吸收人工骨的应用具有重要的意义，但由于降解吸收与强度又是一对矛盾，故在临床使用上仍十分有限。同时，与骨折愈合同步降解的人工骨，因人体的部位、个体差异以及诸多不可预期的原因，尚难达到理想状态［12］。2 生物无机与有机高分子复合骨修复材料

自20世纪70年代末，羟基磷灰石作为新型生物材料问世以来，已越来越引起医学界及相关学科浓厚兴趣。由于羟基磷灰石是由与人体硬组织无机质相近的物质组成的，因此羟基磷灰石是骨和牙齿种植中很具潜力的生物材料。由于纯羟基磷灰石脆性较大，强度较低，所以人们都在通过各种途径对它进行改性制成复合材料，生物有机高分子基复合材料，尤其生物无机与高分子复合材料的出现和发展，为人工器官和人工修复材料、骨填充材料开发与应用奠定了坚实的基础［13，14］。

自然骨是由磷灰石和高分子胶原纤维构成的无机/有机复合材料，具有良好的力学性能。基于仿生的概念，人们期望能研制出一种机械强度和韧性好，弹性模量接近自然骨的生物活性材料，一些聚合物具有较好的韧性和接近人骨的弹性模量，但缺乏生物活性。磷酸钙无机材料是构成人骨无机质的主要成分，因而与自然骨组织有天然的亲和性，磷酸钙无机材料生物相容性好，能与周围骨组织形成牢固的键合，但该种材料的脆性大、抗折强度低和成型困难［15］。磷酸钙无机材料与高聚物复合，可以将二者性能充分结合起来，可望得到力学性能好（强度、韧性好），弹性模量与人骨相近且具有良好生物相容性和生物活性的骨修复和重建生物材料。目前常见的生物无机与有机高分子复合材料主要有:羟基磷灰石（HA）、磷酸三钙（TCP）、A-W玻璃陶瓷（BGC）和生物玻璃（BG）与增强高密度聚乙烯（HDPE）、聚酰胺（PA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）及聚乳酸和聚乙醇酸的共聚物（PLGA）等高分子化合物的复合材料［16，17］。HDPE-HA复合材料随HA掺量的增加，其密度也增加，弹性模量可从1GPa提高到9MPa，由于该复合材料的弹性模量处于自然骨杨氏模量范围之内，具有极好的力学相容性，并且具有引导新骨形成的功能。AW玻璃陶瓷和生物玻璃增强HDPE复合材料具有与HA增强HDPE复合材料相似的力学性能和生物学性能，复合材料在37℃的SBF溶液中体外实验研究表明，在其表面可形成磷灰石层，通过控制和调整AW玻璃陶瓷和生物玻璃的含量，使其满足不同临床应用的要求。聚乳酸具有良好的生物相容性和可降解性，但材料还缺乏骨结合能力，对X线具有穿透性，不便于临床上显影观察。将聚乳酸与HA颗粒复合有助于提高材料的初始硬度和刚性，延缓材料的早期降解速度，便于骨折早期愈合。随着聚乳酸的降解吸收，HA在体内逐渐转化为自然骨组织，从而提高材料的骨结合能力和材料的生物相容性;此外还可提高材料对X-射线的阻拒作用，便于临床显影观察［18］。3 HA/胶原复合骨修复材料

胶原是机体生命的最根本的基质，它具有以脯氨酸等中性氨基酸和含有碱性或酸性侧链的氨基酸蛋白质的结构和特性。选用与自然骨有机质更接近的胶原与HA复合，这样植入材料就能和受骨的骨胶原末端的胺基和羟基相结合，形成具有生物活性的化学性结合界面，从而发挥其正常的生理功能。目前研究已证实，胶原与多孔羟基磷灰石陶瓷复合，其强度比HA陶瓷提高2～3倍，胶原膜有利于孔隙内新生骨生长，植入狗的股骨后仅4周，新骨即已充满所有大的孔隙。胶原与颗粒状HA复合已成为克服牙槽嵴萎缩的最理想材料。HA-胶原复合材料已得到广泛、深入的研究与开发［19］。

当HA与胶原质量比为4.5∶1时，HA形成时间可由4.5～5h缩短到2.5～3h。研究表明脱矿胶原基质对溶液中的Ca、P具有诱导吸附作用，并符合传统的成核理论，胶原表面的非均相成核可降低HA晶核的临界能或表面能，胶原纤维在溶胶中的出现缩短了HA形成的最初时间。冷冻干燥后的复合材料SEM分析表明，HA晶粒沉积在胶原纤维表面，胶原纤维为HA的形成提供了成核的模板或成核的位置，并能降低其成核能，对HA形成起到加速作用。复合材料的抗弯强度达7～12.5Mpa，弹性模量为0.2～1.7GPa，HA-胶原复合材料的断裂功为0.51kj/m 2，与HA陶瓷和自然骨相比，高于纯HA（0.07kj/m 2），而略低于自然骨［20］。

天津市口腔医院曾对控制析出法制备的纳米尺寸羟基磷灰石胶原复合人工骨材料进行修复家兔颅颌面实验性穿通型骨缺损研究。纳米羟基磷灰石晶体/胶原复合骨材料中，胶原蛋白占总质量的35%，与天然骨成分接近，结构和形貌图谱分析亦与天然骨类似。该复合材料植入动物体内实验表明:术后10周发现骨创区形成一薄层骨片，中心区0.2cm为骨性连合，形成硬纤维膜。术后12周，复合材料形成的骨创区形成骨性桥接，骨创关闭。组织切片观察，复合材料植入区成骨细胞、软骨细胞生长活跃，类骨质丰富，成骨细胞呈立方形状成排或成环状排列于骨小梁表面，缺损区有骨性填充，有骨岛出现甚至形成骨性桥接。这是由于纳米级羟基磷灰石结晶均匀沉积于胶原蛋白上，便于被机体组织和细胞识别和利用，胶原蛋白诱导组织细胞生长的生物学特性以及作为骨组织的天然基质促进了细胞的分化、增殖、粘附、成熟，生成类骨质进而矿化，加快了骨创的愈合及折骨的生长［21］。4 n-HA/聚酰胺复合骨修复材料

羟基磷灰石（HA）是构成人体硬组织的主要无机质，它无毒、无刺激、无任何不良反应，具有良好的生物相容性和生物活性。其表面带有极性，与人体细胞、多糖和蛋白质能以氢键结合，与机体组织有较强的亲和力。羟基磷灰石不但能起到钙盐沉积的支架作用，而且还能诱导新骨的形成，能直接和人体软、硬组织形成键合，在骨骼修复和替换中正在发挥越来越重要的作用。然而羟基磷灰石生物陶瓷的脆性和不易于手术赋形特点，限制了它在临床上的广泛应用。为提高羟基磷灰石的韧性和线型加工性能，可以把羟基磷灰石和高分子复合，制备新型有良好机械力学性能和生物活性的可承力的骨修复和替代材料。传统的复合方法很难实现既提高羟基磷灰石在复合材料中的含量，同时又保证复合材料两相间的界面结合和力学强度，因而有必要采用纳米级羟基磷灰石和聚合物复合，来制备纳米生物医用复合材料。聚酰胺（PA）由于和人体的胶原蛋白在分子结构上十分相似，所以和人体组织有良好的相容性，是一类优良的医用高分子材料，且具有较高的韧性和强度，在临床有广泛而长期的应用，如医用缝线、复合人工皮等。由于在其主链上含有许多重复的极性酰胺基团（-HN-C=O），以及链两端的极性基团（-NH 2，-COOH），因而它是一类极性聚合物，与极性的无机磷酸钙材料相容性好［22，23］。自然骨中磷灰石含量在65wt%左右，并有序沉淀于胶原基体中，但目前报道的一般合成方法很难获得一种高度HA含量的生物活性复合材料。李玉宝等人用常压共溶法制备了磷灰石/聚酰胺复合材料。结果表明，磷灰石在复合材料中的含量可达65wt%左右，接近自然骨中磷灰石的水平。在复合材料的两相界面间形成了化学键;此种复合材料的性能，特别是抗压、抗弯强度和弹性模量与人体皮质骨类似［24］。动物实验结果表明:磷灰石/聚酰胺复合材料具有优异的生物活性和力学性能，与自然骨能形成牢固的生物性的骨键合。在狗的软组织中还发现该种材料有诱导软骨的特性，是一种较为理想的新型骨修复材料［17］。

在该复合材料中，n-HA含量高于同类产品，因而具有很高的生物活性;n-HA在复合材料中分布均匀;n-HA与PA66之间既有化学键合又有分子间的相互作用，使复合材料能更好地传递外应力，达到既增强又增韧的目的。n-HA/PA66复合材料具有良好的生物活性和力学性能，是一种优良的人工骨材料［25］。该人工骨材料在骨的愈合、塑形整个过程可持续给予骨缺损（尤其是大段骨缺损）部位坚强的力学支持，可缩短住院时间，使成功修复大段骨缺损的临床愿望得以实现。对经过灭菌的n-HA/PA66复合材料进行毒性测试、溶血测试、刺激测试等，表明n-HA/PA66复合材料无毒，无刺激，生物安全性好。长耳兔的牙、脊椎、颅骨等植入实验显示，n-HA/PA66复合材料具有良好的生物相容性和生物活性，动物临床试验已完成。临床人体骨修复研究结果表明，20余例手术效果优良，并取得突破性成果。目前，该人工骨正进入临床使用阶段［26］。5 展望

随着现代科学技术的飞速发展，生物医用复合材料将愈来愈显示其重要作用。纳米技术的应用为生物医用复合材料的研究带来突破性的成果。生物医用无机与有机高分子复合材料的研究与开发，目前还处于起步阶段，用于临床的复合材料仍然很少。人工骨的临床应用虽然已有较长时间，但大多也仅仅是用作充填材料，同真正意义上的人工骨还有距离。生物医用复合材料已成为生物医用材料研究和发展中最活跃的领域。目前，这种新型生物医用符合材料正在与药物、基因、蛋白和生长因子等相结合，使生物医用材料又走向生物医药材料这一崭新领域。

淫笛书生(站内联系TA)支持

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zhangwj(站内联系TA)顶～～我帮你设置～～我就不能评价了～～呵呵薰衣草儿(站内联系TA)支持一下，怎么不能评分？:(dengmao(站内联系TA)呵呵

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你太厉害了吧！支持。。alpha94(站内联系TA)正需要这文献的资料，谢谢:)lijinbo2008(站内联系TA)概括得很好呀。顶起好贴 nanopolymer(站内联系TA)支持收藏了

有机会好好看看

nanopolymer(站内联系TA)组织工程(tissue engineering)是近年来正在兴起的一门新学科，属于生物高技术范畴。

组织工程一词最早是在1987年美国科学基金会在华盛顿举办的生物工程小组会上提出的，1988年将其正式定义为：应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。其基本原理和方法是将体外培养扩增的正常组织细胞吸附于一种具有优良细胞相容性并可被机体降解吸收的生物材料上形成复合物，然后将细胞——生物材料复合物植入人体组织、器官的病损部位，在作为细胞生长支架的生物材料逐渐被机体降解吸收的同时，细胞不断增殖、分化，形成新的并且其形态、功能方面与相应组织、器官一致的组织，从而达到修复创伤和重建功能的目的。它是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学领域又一新的发展里程碑，标志着传统医学将走出器官移植的范畴，步入制造组织和器官的新时代。同时组织工程作为一门多学科交叉的边缘学科，它融合了细胞生物学、工程科学、材料科学和外科学等多个学科，必将促进和带动相关高技术领域的交叉、渗透和发展，并由此衍生出新的高技术产业 nanopolymer(站内联系TA)人体组织损伤、缺损会导致功能障碍。传统的修复方法是自体组织移植术，虽然可以取得满意疗效，但它是以牺牲自体健康组织为代价的“以伤治伤”的办法，会导致很多并发症及附加损伤；人的器官功能衰竭，采用药物治疗、暂时性替代疗法可挽救部分病人生命，对终末期病人采用同种异体器官移植可有较好疗效，但供体器官来源极为有限，因免疫排斥反应需长期使用免疫抑制剂，由此而带来的并发症有时是致命的。自80年代Robert Langer和Joseph P Vacanti首次提出“组织工程学”概念后，为众多的组织缺损、器官功能衰竭病人的治疗带来了曙光

组织工程(Tissue Engineering)一词最早是在1987年美国科学基金会在华盛顿举办的生物工程小组会上提出，1988年正式定义为：应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。

组织工程研究主要包括四个方面：干细胞、生物材料、构建组织和器官的方法和技术以以及组织工程的临床应用。目前临床上常用的组织修复途径大致有4种：即自体组织移植、同种异体组织移植，异种组织移植及应用人工或天然生物材料。这4种方法都分别存在不足，如免疫排斥反应（同种异体组织移植，异种组织移植，生物材料）及供体不足（自体组织移植、同种异体组织移植）等。组织工程的发展将从根本上解决组织和器官缺损所致的功能障碍或丧失治疗的问题。

生物材料组织工程是目前研究最为广泛的组织工程方法，其三大要素是细胞、生物材料支架及讯息因子.细胞是生物工程的核心。细胞是生物体内最基本的功能单位，所以生物材料自身不能独立修复组织，而是需要帮助或者调控细胞工作进而使细胞修复组织。目前研究最多的是干细胞（stem cell)，可以分化成所有功能的细胞。传统的生物材料组织工程是将相关细胞植入生物材料支架内进行体外培养，等组织在体外发展到一定程度之后再将其植入体内。这种方法便于控制细胞在支架内的发展，可以使用相关的讯息因子进行体外控制。这种方法的问题就是等组织在体外发展好了再植入体内的时候，可能会发生排异现象。因为体外环境和体内环境有很大差异，不同的环境会严重影响组织发展。最新的生物材料组织工程不并用任何细胞，仅将材料植入体内。体内伤口处有大量的细胞具有回复组织的功能，如果材料适合这些细胞生长，这些细胞会迁移到支架内部，开始分泌细胞外组织，并最终修复组织。这种方法解决了前者排异性的问题，但是对材料本身的性质要求也大大提高。

生物材料可分为非可降解材料（惰性陶瓷，金属合金，不可降解高分子）和可降解材料（可降解高分子，水凝胶，生物玻璃）两大类。其核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体，这与传统的二维结构（如细胞培养）有着本质的区别。其最大优点是可形成具有生命力的活体组织，对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代；用最少的组织细胞通过在体外培养扩增后，进行大块组织缺损的修复；可按组织器官缺损情况任意塑形，达到完美的形态修复。非可降解材料将永远才留在体内，而且生物材料往往不能完全替代生物组织的全部功能，比如自我更新，新陈代谢，随外界因素自我优化等。可降解材料如果实现降解速度和组织回复速度平衡，将有望完全回复原来的生物组织及其全部功能，是最为理想的生物工程材料。目前还没有这样的理想的生物材料能够完全的回复生物组织。

细胞工作需要靠讯息因子的调控才能正常的工作。目前的生物材料主要靠植入后吸附讯息因子及运载讯息因子（植入前在体外载入，植入后缓慢释放，或者按照一定形式释放）两种方法通过讯息因子调控细胞工作从而修复生物组织。

nih对tissue engineering的定义：

Tissue engineering / regenerative medicine is an emerging multidisciplinary field involving biology, medicine, and engineering that is likely to revolutionize the ways we improve the health and quality of life for millions of people worldwide by restoring, maintaining, or enhancing tissue and organ function.In addition to having a therapeutic application, where the tissue is either grown in a patient or outside the patient and transplanted, tissue engineering can have diagnostic applications where the tissue is made in vitro and used for testing drug metabolism and uptake, toxicity, and pathogenicity.The foundation of tissue engineering/regenerative medicine for either therapeutic or diagnostic applications is the ability to exploit living cells in a variety of ways.Tissue engineering research includes the following areas:

1)Biomaterials: including novel biomaterials that are designed to direct the organization, growth, and differentiation of cells in the process of forming functional tissue by providing both physical and chemical cues.2)Cells: including enabling methodologies for the proliferation and differentiation of cells, acquiring the appropriate source of cells such as autologous cells, allogeneic cells, xenogeneic cells, stem cells, genetically engineered cells, and immunological manipulation.3)Biomolecules: including angiogenic factors, growth factors, differentiation factors and bone morphogenic proteins

4)Engineering Design Aspects: including 2-d cell expansion, 3-d tissue growth, bioreactors, vascularization, cell and tissue storage and shipping(biological packaging).5)Biomechanical Aspects of Design: including properties of native tissues, identification of minimum properties required of engineered tissues, mechanical signals regulating engineered tissues, and efficacy and safety of engineered tissues

6)Informatics to support tissue engineering: gene and protein sequencing, gene expression analysis, protein expression and interaction analysis, quantitative cellular image analysis, quantitative tissue analysis, in silico tissue and cell modeling, digital tissue manufacturing, automated quality assurance systems, data mining tools, and clinical informatics interfaces.Stem cell research-Includes research that involves stem cells, whether from embryonic, fetal, or adult sources, human and non-human.It should include research in which stem cells are isolated, derived or cultured for purposes such as developing cell or tissue therapies, studying cellular differentiation, research to understand the factors necessary to direct cell specialization to specific pathways, and other developmental studies.It should not include transgenic studies, gene knock-out studies nor the generation of chimeric animals.细胞在组织工程中的应用。

请问楼主具体是做什么的？我现在要做个超支化的纳米粒子增韧材料，能不能给点建议？谢谢

牙科领域生物材料市场比较大的是牙种植材料，以前有研究钛的，合金的，氧化锆的，氧化铝的，现在主流是钛的，接着人们又想办法处理牙种植体表面，酸蚀，喷砂，电镀，加蛋白，各种因子，蛋白上去增强骨吸附。又要缩短愈合周期，同时直接承受几百牛的咀嚼力。所以这个领域还是有搞头的。市场前景好。

另想求助一下：最近阅读了这篇文献，有关nHA/PU 的骨植入材料。貌似译成纳米羟基磷灰石和聚氨酯复合物吧。

骨组织工程中不仅osteogenesis很重要，angiogenesis也很重要，骨组织工程中的血管再生是保证骨的正常新陈代谢（输送营养物质和氧气，排除CO2和废弃物）所必不可缺少的条件。来说说咱们小时候做过的坏事吧！交流有奖哦！

《biomaterials》上最新一篇关于成体干细胞组织工程血管的综述

科学家研制出骨组织工程仿生支架材料

有做骨组织工程方向的朋友吗？

（讨论）大家都来说说生物材料相关的快报吧

清华大学医学物理与工程研究所招聘生物材料、纳米材料方面的联合培养学生

我对生物材料的理解

（三）——生物材料与细胞界面问题【资源】生物医学材料--介绍

【资源】生物型原子力显微镜操作视频

【求助】PCL（聚己内酯）的荧光标记

【请教】壳寡糖GPC测试问题

【请教】有没有试剂公司可以提供PL-PEG? 【求助】求助各位朋友，测试细胞毒性的方法【请教】无机纳米颗粒在药物缓释中的应用

2.骨组织修复重建篇二

期刊设有临床 (研究) 论著、干细胞与组织工程、异体及异种移植、临床新技术、综述、科研快报、短篇论著、短篇报道等栏目。学科领域覆盖骨科、手外科、显微外科、整形外科、口腔颌面外科、泌尿外科、神经外科、康复医学、再生医学、生物医学等。以各级临床外科医师及生物医学研究者为主要读者对象。

本刊为月刊, 每月15日出版, 大16开本, 128页, 80g亚光纸印刷, 每期定价25.00元, 全年12期共300元。欢迎广大读者到当地邮局征订, 邮发代号:62-80。此外, 本编辑部长期提供邮购业务。

地址:四川省成都市武侯区国学巷37号四川大学华西医院内邮编:610041

3.重建激情组织篇三

美国硅谷，小企业在创新，大企业在兼并。

这种状况一直在持续，中国的IT行业也是如此。

然而，兼并却没有解决企业发展中的问题，比如微软的兼并，甚至捆绑战略并没有解决微软的问题，以至于微软现在竟然找不到发展的着力点。

把决策权交给前线

我的问题是：为什么小企业在创新，大企业在兼并呢？大企业不是掌握着更多的创新资源吗？难道创新对资源的依赖度很低吗？大企业在兼并，说明他们在利用资源优势弥补创新力的不足。一个组织，能够把大企业的资源优势与小企业的创新优势结合在一起吗？

在本系列的开篇，我们选取的四个案例有一个共同的特征，即大企业在颠覆与突变的时代，创新方面已经没有优势，特别是在创新与经营的结合方面更没有优势。

华为提出“班长的战争”，说明前线管理者对机遇的把握更精确；海尔“每个人都是SBU”说明在现代组织里，围绕每个人都可以组织经营，不再只是一个大系统的“螺丝钉”；谷歌“20%项目”，说明即使是“X实验室”也很难把握所有技术方向，一线技术人员的兴趣可能就是未来的主流技术。

效率化的组织系统，只有一个决策者，即企业最高决策者，其他的都是执行层。新型组织系统，企业有许多决策点，每个决策点就是一个经营单元，这些经营单元可能成功，也可能失败。失败在可接受范围之内，成功则可能创造一片新天地。如果新的战略单元代表未来，还可以“请求总部提供火力支援”。

重建激情组织

谈到企业时，中国人偏爱魅力型领导人，希望他们无所不能，不犯错误，就像格力的董明珠一样。只要领导人不犯错误，那么组织的力量，就是效率为核心，高效地把领导人的决策执行下去。

GM的斯隆在20世纪初发明了“事业部制”组织形式，奠定了大企业存在的组织基础。在此之前，企业规模的扩大会压跨企业自身。

正当美国未来学家托夫勒预言巨型组织会像恐龙一样灭绝时，20世纪60年代，福特汽车公司的总裁麦克纳马拉出任美国国防部长时，在阿波罗登月工程这个超大型工程中提出了“集中指导与分散实施相结合”的管理原则，成功地解决了超大型工程的管理问题。麦克纳马拉为克服美国三军各自为政的混乱状况，实施了统一的“规划、计划和预算编制制度”（PPBS），采用系统工程的理论方法，统筹规划国防和武器装备建设，减少了重复浪费。

现在跨国公司遍及世界各地的分支机构能够有效运作，就有赖于组织结构的创新。联想的柳传志曾经说：没有ERP，我们会被打得落花流水。华为引进IBM的IPD系统则能解决更为复杂的高科技项目、高科技人才的组织问题。

组织的发展，使每个人成为组织系统中无足轻重且很容易被替代的一个环节，既不能不做事，也不能多做事，按部就班地工作而已。如果干得好，只能在组织体系内晋升。

上述系统，很难产生激情，或者某个人的激情，很容易被组织中的其他成员所浇灭。

我们都知道创业企业通常是激情组织。在缺乏资源，未来不确定的情况下为什么能够产生激情？这是创业企业的特点决定的：第一，创业往往是因为发现了机会；第二，因为机会的发现，激发了创业者的梦想；第三，梦想调动了创业者的激情，不为工资、晋升而工作，而是为梦想而工作；第四，创业企业缺乏严密的组织分工，因而梦想所产生的激情容易传染给众多员工。

激情组织一般是小型组织，那么在大企业中怎么建立激情组织呢？苹果最上层的那个以决策和创新为主的组织就是激情组织，其他则是效率组织。

重建激情组织，就是在大企业内部创造更多的小型创业型组织。一般有两种组织方式：一是在技术创新系统建立激情组织，辉煌时期的索尼是如此，现在的苹果也是如此；二是鼓励内部创业，如海尔，只要发现独立于原经营系统的创意、技术，就鼓励内部创业，并给予支持。

小米公司，目前就是一个激情组织。有几个案例可能说明问题：一是小米“不开会”。按照传统的组织理论，开会就是“集会来商议”，是解决组织功能缺陷的一种补救措施。小米不开会，一方面是小米被分割成无数小型“自主经营的单元”，经营单元人员少，容易沟通。二是更新速度快，别说开会，连决策都不发邮件，在手机上解决。另一个案例更有戏剧性，有一次小米搬家，雷军竟然不知道搬家后的地址，还得专门打电话询问，可见决策权高度下放。

内部创业的激情组织，一旦被证实有巨大的前景，总部则扮演PE、VC的角色，迅速调集资源予以支持。所以，内部激情组织，也是未来战略单元的孵化器。

只要内部的激情组织足够多，就总有一些可能成功，并扮演毁灭者的角色。既可能毁灭其他企业，也可能毁灭企业自身，进而重建企业。

过去企业的延续是不断增强实力，未来的持续经营是不断重生。

KPI：功臣还是祸首

金焕民老师把企业战略分为经营战略和发展战略，这样的分类能把很多问题说清楚。我的理解是，经营战略是解决现有主业的经营问题，即如何做得更好；发展战略解决的是未来战略生长点的问题，甚至是解决替代现有主业的问题。比如，对于联想来说，如何保住PC领域的老大地位，这是经营战略的问题。如何做好PC+，则属于发展战略问题。在PC日渐萎缩的时候，如果没有发展战略，PC做得再好，也只有随着PC一起萎缩。

“去KPI”越来越流行，与前几年KPI的大流行来了一个大反转。KPI还是那个KPI，应用越娴熟，效果应该越好，何以会反转这么快，难道那些大象级企业真的为KPI所害？

从管理角度看，我们必须承认，KPI是一个非常系统的绩效管理工具，它对于提升经营能力，特别是提高效率非常有用。

传统管理技术，主要是为经营战略服务的，KPI现在受到的质疑就是如此，如果把KPI应用到发展战略领域，则等于自缚手脚。这再次印证了我们一贯的理念：方向大于方法。

曾经有一篇文章很流行：索尼为KPI所害。索尼前常务董事天外伺郎说，绩效主义毁了索尼。因实行绩效主义，职工逐渐失去了工作热情，在这种情况下是无法产生“激情集团”的。在索尼创业初期，“激情集团”接连开发出了具有独创性的产品，因为创始人井深大能点燃开发人员的心中之火，让他们变成为技术献身的“狂人”。

从1995年开始，索尼公司逐步实行绩效主义，成立了专门机构，制订非常详细的评价标准，并根据每个人的评价确定报酬。为了衡量业绩，首先必须把各种工作量化。但是工作是无法简单量化的。公司为了统计业绩，花了大量时间和精力，而在真正的工作上却敷衍了事，出现了本末倒置的倾向。因为要考核绩效，几乎所有人都提出容易实现的低目标。因为实行绩效主义索尼公司内追求眼前利益的风气蔓延。

二战后很长时间内，索尼是苹果、谷歌式的企业，不仅充满创意氛围，而且存在着有效的把创新变成战略单元的人文氛围。后来，索尼成为官僚管理的企业，KPI是管理技术，官僚们能够把KPI发挥到极限，却不能带领企业走在正确的方向上。

日本公司能把质量管理做到极致，当然也能把绩效管理做到极致。当缺乏突破式技术创新时，绩效主义是有用的。日本家电和汽车行业的招牌性管理模式，所贡献的几乎都是绩效，如JIT。

小米最近高举“去KPI”的大旗。有一个说法：第一，小米没有KPI；第二，他们的管理层很少，七八个合伙人下面分别有个主管，管理着七八个小组，然后就是普通员工；第三，不开会，甚至做出的决策都不发邮件，有什么事情就在米聊群里解决，连报销都在米聊截个图就可以了。

对于效率性组织，不做KPI是很难的。如果说苹果有三个性质不同的公司的话，整个小米就只是苹果的第一个公司，因为是互联网销售，小米没有苹果那样数万人的营销体系。因为实行代工，小米甚至没有供应链体系。整个小米，实际上就是一个研发系统，或者研发与运营合一的系统。这样的系统，当然要去KPI。比如，MIUI一个星期就得升级一次，研发与运营必须合二为一。

管理是先分工，再综合。KPI适用于高度分工的管理体系，其主要作用是提升效率。当颠覆性技术反复出现时，企业寻找新的战略方向成为主要工作，这些领域不适用KPI。（本系列结束）

4.骨组织修复重建篇四

2018项目申报指南建议

“没有全民的健康，就没有全面的小康”，“生物医用材料研发与组织器官修复替代”重点专项旨在面向国家发展大健康产业和转变经济发展方式对生物医用材料的重大战略需求，把握生物医用材料科学与产业发展趋势和前沿，抢抓生物医用材料革命性变革的重大机遇，充分利用我国生物医用材料科学与工程研究方面的基础和优势，以新型肌肉-骨骼和心血管系统修复材料和植入器械，以及高值医用耗材为重点，开发一批新产品，突破一批关键技术，培育一批具有国际竞争力的高集中度多元化生产的龙头企业以及创新团队，构建我国新一代生物医用材料产业体系，引领生物医用材料产业技术进步，为我国生物医用材料产业跻身国际先进行列奠定科学与技术基础。

本专项按照多学科结合、全链条部署、一体化实施的原则，围绕项目的总体目标，部署前沿科学及基础创新、关键核心技术、产品开发、典型示范等4大研究开发任务，以及涉及前沿科学及基础创新、关键核心技术、产品开发、典型示范等的医用级原材料的研发及产业化、标准和规范研究、临床及临床转化研究3项重点任务。2018年将围绕上述重点研究任务部署11个重点方向。

1.前沿科学及基础创新

1.4 纳米生物材料及其纳米效应与生物学风险研究内容：自然组织的纳米结构及其装配；合成纳米生物材料的积极和负面的纳米生物学效应及其临床应用前景和风险。包括：特定自然组织的纳米分层结构及其自装配原理及高通量计算模拟和实验研究；纳米粒子对细胞选择性凋亡和增殖作用及与其粒度、形态、浓度、化学组成等的影响及机制；纳米生物材料在体内的降解、降解机制、降解产物及其对组织再生的影响及可能的生物学风险；纳米生物陶瓷及复合材料的高生物活性及其产生的机制，及其与纳米晶粒的化学组成、尺度和结构的关系；模拟自然组织装配或制备纳米生物材料的软纳米技术探索。

考核指标：在国内外一流期刊发表12篇以上高水平学术论文（被SCI收录且他引多次，或被学术期刊或权威机构正面点评或推荐等），申获核心发明专利不少于8项；实验装配或制备硬、软组织纳米材料各1-2种，提供第三方理化及生物学试验报告。

支持年限：2018-2020年拟支持项目数：1-2项

有关说明：鼓励学科交叉联合申报,并且鼓励海外团队参与合作研究。

1.5 材料及组织工程化制品与机体免疫防御和再生系统的相互作用及对组织再生的影响

研究内容：植入材料和组织工程化制品对机体免疫防御和再生系统的作用和调节机制；炎症反应和巨噬细胞对细胞行为和组织再生的影响；植入材料和组织工程化制品中，细胞增殖、分化、回归及材料和宿主免疫再生系统对其的影响和机理。

考核指标：揭示植入材料和工程化组织激发的机体免疫耐受机制和材料的调节作用，对机体再生系统的动员和分子调控机制，以及两者的相互作用对组织再生和细胞回归的影响。利用研究结果构建具有低免疫原性的1-2种软硬组织生物活性材料并通过临床前试验；在国内外一流期刊发表10篇以上高水平学术论文（被SCI收录且他引多次，或被学术期刊或权威机构正面点评或推荐等），申获核心发明专利不少于5项。

支持年限：2018-2020 拟支持项目数：1-2项

有关说明：医学单位牵头，多学科交叉联合申报，鼓励海外单位团队参与合作研究。

1.6 植入材料物理特性对细胞行为、组织结合与再生的调控作用及其分子机制

研究内容：植入材料宏观及表面/界面力学性质（强度、弹性模量、刚性）、表面/界面电荷、电位及分布、微纳米结构、粗糙度、拓扑构型，以及孔隙结构（孔隙率、孔隙尺度及分布等）的表征及其对细胞招募、迁移、锚定、增殖、分化、凋亡及与组织结合的影响及其定性及半定量关系；对组织再生及与软、硬组织结合的影响及分子机制。

考核指标：揭示植入材料物理特性对细胞行为的影响及其转导为细胞内分子信号调控组织再生的机制，以及对材料与硬、软组织结合的影响和机制；基于材料物理特性构建1-2种组织再生性植入器械及2-3种骨键合及经皮或经粘膜生物密封植入器械，并进入临床试验；在国内外一流期刊发表12篇以上高水平学术论文（被SCI收录且他引多次，或被学术期刊或权威机构正面点评或推荐等），申获核心发明专利不少于8项。

支持年限：2018-2020年拟支持项目：1-2项

有关说明：鼓励学科交叉联合申报,并且鼓励海外团队参与合作研究。

2.关键核心技术

2.2 植、介入器械表／界面生物功能化及改性技术 2.2.1 肌肉-骨骼系统修复材料和植入器械及其表面改性的工程化技术

研究内容：研究用于肌肉-骨骼系统修复和经皮植入器械的表面生物活化及抗菌等生物功能化改性的工程化技术，包括具有骨诱导性的生物活性陶瓷涂层及复合涂层技术；基体及其深部孔隙表面生物矿化，表面纳米化、接枝功能团等赋予表面生物活性、抗菌、经皮生物密封等生物功能的工程化技术；突破提高涂层与基底材料界面结合强度的关键技术。

考核指标：研发致密和纯钛等金属及PEEK等合成高分子的表面生物活化改性工程化技术，包括组织诱导性生物活性涂层、表面生物矿化等工程化技术，以及表面掺杂、纳米化、接枝功能团等抗菌或高生物活性等生物功能化技术；要求涂层与基底材料界面结合均匀且强度>40MPa，并具有骨诱导性或经皮生物密封性等；抗菌表面抑菌率≥85%；建立符合GMP要求的中试生产线并通过GMP认证；应用研发的技术制备具有或兼具上述生物功能的涂层及表面改性植入器械3种以上，不少于2种申获CFDA产品注册证，其他完成临床前试验；核心技术申报发明专利8项以上。

支持年限：2018-2020年拟支持项目数：1-2项

有关说明：其他经费(包括地方财政经费、单位出资及社会渠道资金等)与中央财政经费比例不低于 2:1。

2.2.2 心脑血管系统修复材料和植/介入器械表面改性技术

研究内容：突破心脑血管系统修复材料和植/介入器械抗凝血、抗组织增生的表面改性技术；针对医用高分子小口径人工血管、人工机械心脏瓣膜、医用导管、脑血管支架等产品，研究开发表面抗凝血和抗组织增生涂层、接枝官能团或生物分子、微图案化以及提高亲水性等改性技术，实现诱导内皮化、抗凝血、抗组织增生，以及防粘连和高润滑性等生物功能。

考核指标：突破4-5种植/介入器械表面抗凝血涂层、接枝官能团或生物分子、微图案化以及超亲水性改性等的关键工程化技术，建立符合GMP要求的中试生产线并通过GMP认证；技术用于人工机械瓣膜，优于市售各种类同抗凝血涂层；用于高分子人工血管，可制备直径小于4mm的小口径人造血管；用于脑血管支架，可治疗脑血管缺血性和出血性猝中等疾患；用于输注类和介入治疗等医用导管可替代进口产品，并可较长期（＞7天）存留于体内，且无感染，无组织粘连发生。申获发明专利8项以上，申获CFDA产品注册证3项以上。

支持年限：2018-2020 拟支持项目数：1-2项

有关说明：其他经费(包括地方财政经费、单位出资及社会渠道资金等)与中央财政经费比例不低于 2:1。

2.4 天然生物材料和组织免疫原性消除技术 2.4.5 海洋源生物材料的制备及纯化技术

研究内容：重点研究高纯壳聚糖的低成本、规模化的绿色制备工程化技术及其脱乙酰的纯化技术；海藻酸钠中的杂蛋白、内毒素及杂多酚等去除的纯化技术；以及医用海洋源生物材料的纳米颗粒、凝胶、纤维、薄膜、纺织品等的产业化生产技术。

考核指标：研发的壳聚糖规模化绿色制备技术较之现有技术节水80%以上，效率提高1倍以上，壳聚糖脱乙酰度达99%以上；海藻酸钠植入材料分子量75-200k Da，古洛糖醛酸含量≥60%，内毒素 ≤ 100 EU/g。研发出用于快速止血，心衰治疗、神经导管及创伤敷料等5种以上医用三类新产品，建立符合GMP要求的中试生产线并通过GMP认证，申获CFDA产品注册证3项以上；纤维、薄膜、纺织品等一、二类产品实现自动化大规模生产；核心技术申获发明专利8项以上。

支持年限：2018-2020 拟支持项目数：1-2项

有关说明：其他经费(包括地方财政经费、单位出资及社会渠道资金等)与中央财政经费比例不低于 2:1。2.5 纳米生物材料制备技术

2.5.2 促进组织再生的纳米生物材料制备及载药技术研究内容：根据不同组织再生修复的特点和周期，选择典型软、硬组织缺损修复和再生作为模型，研发具有促进缺损或病变组织再生和修复作用的纳米有机、无机药物/活性元素或因子的载体制备及载药技术，包括可促进各种组织再生修复的纳米材料及具有多级结构的原位复合纳米材料设计和制备，材料中活性元素/因子的固载、控制释放等技术。

考核指标：研发4-5种具有重要应用前景的可促进组织再生的纳米或其原位复合控释载体及其控释（药物、基因、生长因子等）系统的制备技术；申请核心发明专利8项以上；建立符合GMP要求的中试生产线并通过GMP认证，申获2种以上利用上述关键技术开发的组织修复器械产品注册证，其它产品进入临床试验。

支持年限：2018-2020年拟支持项目数：1-2项

有关说明：其他经费(包括地方财政经费、单位出资及社会渠道资金等)与中央财政经费比例不低于 2:1。

2.6 组织工程技术

2.6.3 组织工程的生物力学微环境研究及实验技术

研究内容：建立生理和病理条件下组织工程产品或组织工程支架植入后与周围宿主细胞及组织相互作用的生物力学和力学生物学模型，以及生物力学特性测试技术及试验装置；建立基于多孔支架结构传质特性、细胞及组织力学生物学特性、结构组织或器官生物力学强度的计算机仿真模拟技术和组织植入体形态、结构优化设计软件，提供体外试验装置和动物实验验证技术。

考核指标：提供2-3种典型组织或器官的组织工程产品的生物力学优化设计软件及体外试验装置，通过第三方技术鉴定；利用研究结果构建2-3种组织工程产品，并通过动物实验验证，核心技术申报发明专利5项以上。

支持年限：2018-2020年支持项目数：1-2项

有关说明：其他经费(包括地方财政经费、单位出资及社会渠道资金等)与中央财政经费比例不低于 2:1。

3.产品开发

3.1组织诱导性生物材料及植入器械

3.1.1 关节软骨再生性植入材料研发及功能评价

研究内容：基于关节软骨解剖学及分子生物学基础的模拟及装配分析，研发用于关节软骨再生性植入材料；突破可保障关节负重功能的可再生软骨的生物材料空间结构设计及制备关键技术；建立相应产品安全性及软骨修复重建的有效性评价系列技术并验证其疗效；开发针对修复不同类型关节软骨的个性化植入器械，提出其设计原理和要求，制定和实施可再生关节软骨的生物材料植入手术方案，开展临床试验，建立临床手术规范及术后康复计划,包括影像学在内的临床试验评价及术后跟踪统计分析的模型和方法，提供文本和音像示范资料。

考核指标：开发具有负重功能的可再生修复软骨损伤的生物材料，建立产品体内外安全性和有效性检测技术，突破其工程化制备技术，建立符合GMP要求的中试生产线并通过GMP认证；至少两种产品进入临床试验，不少于1种产品申获CFDA产品注册证；建立相应产品规范化临床手术技术方案；提供示范性手术和视频资料；完成相应产品临床应用专用手术器械的研发；研究制定术后康复指导方案，以及用于临床效果评价及术后跟踪分析模型。核心技术申获发明专利4项以上。

支持年限:2018-2020年  拟支持项目数:1-2项

有关说明:要求企业牵头，产、学、研、医联合申报,其他经费(包括地方财政经费、单位出资及社会渠道资金等)与中央财政经费比例不低于 3:1。

3.1.4 角膜再生性材料

研究内容：研究材料组成、结构对干细胞、角膜上皮细胞、内皮细胞及基质细胞定向生长和分化的影响，突破材料有序结构装配和角膜植入体成型关键技术，建立中试生产线，进行安全性评价及角膜再生有效性评价，开展临床试验。

考核指标：提出角膜构建、再生设计原理，突破人工角膜装配的关键工程化技术，制备出透明、生物力学性能良好、生物相容性佳的人工角膜材料。建成符合GMP要求的人工角膜中试生产线，产品获得临床试验许可，进入临床试验。核心技术申获发明专利不少于4项。

支持年限：2018-2020年支持项目数：1-2项