生物相容性的定义精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇生物相容性的定义，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：血液净化预后

1、应充分重视和保护透析患者的残余肾功能

透析患者治疗的最终目标是提高生活质量，延长生存时间，近几年研究提示残余肾功能（RRF）的存在是一个至关重要的影响因素，它不仅可以改善透析患者的营养状态和生活质量，减少透析时间，维持较好的血红蛋白水平，同时能降低患者的病死率，是病死率强有力的预测因子[1]，即使残余肾功能处于低水平状态，也能够明显减少透析患者的病死率，因此我们应该重新认识其重要性，尽可能地保护好残余肾功能。透析过程中良好的血压控制可以提高患者的透析效果，延长患者的存活时间并改善其生活质量，而低血压是透析过程中常见的并发症，发生快，常使血液透析不能顺利进行，导致透析不充分影响治疗效果，严重时可直接危及生命，同时低血压可导致肾脏血供显著减少，缺血会使肾小球功能进一步受损。导致低血压常见的原因是超滤过多过快及血浆渗透压的急剧下降，所以要定期准确评估患者的干体重，避免透析超滤量过大；同时要提高透析充分性，也可适当提高透析液中的钠浓度，以使血浆渗透压不发生快速变化，使血压趋于平稳。另外透析中应尽量使用碳酸氢盐透析液，因醋酸盐有血管扩张和心肌抑制作用，低血压发生率明显增加，且醋酸盐代谢缓慢，有时会加重酸中毒[2]。总之要尽量保持透析过程中的血压稳定，避免低血压引起的肾供血减少，保护残余肾功能，提高病人生活质量，延长生存期。

2、血液透析膜的选择

20世纪60年代后期至70年代早期，血液透析作为一种有效的治疗方法，主要归功于有效透析膜材料的不断发现与广泛应用。透析膜的必备条件有：抗血栓特性、稳定的通透水性能、蛋白丢失限定在最低范围、组织相容性好。在血液透析中血液与透析膜接触，因透析膜组织相容性不同，对体内免疫系统的激活程度及由此而引发的相关并发症亦不同。生物相容性透析膜被定义为患者使用时炎症反应产生程度最轻的膜。有研究表明，使用生物相容性好的透析膜，可以降低透析患者感染发病率和腕管综合征，可以降低病死率的危险度，在急性肾功能衰竭中透析膜的组织相容性将影响肾功能的恢复。相关研究中还没有描述其他可能的结果，如因肺部弹性蛋白丢失而发生的改变及血中红细胞寿命的降低等[3]。

透析膜的组织相容性不同而对患者生存质量和生存时间产生的不同影响，提示透析膜的生物相容性在透析处方中应该是被重点考虑的因素。要据患者不同情况选择组织相容性好的PNA膜、PS膜、CTA膜，以尽量减轻对体内免疫系统的激活程度。

3、体内中、大分子毒素的清除

对尿毒症毒素的研究已有100余年的历史，现在已知慢性肾衰时体内有200种以上的物质水平比正常人增高。所谓的尿毒症毒素是肾衰时蓄积在体内的多种物质，包括PTH、磷、尿素、肌酐、胍类、酚类和吲哚等，其中有许多是中大分子的有毒性的代谢产物、有活性的激素以及与人体免疫有关的细胞因子、炎性介子等，这些毒素的较高浓度存在，会对其他重要脏器造成进一步损害，同时引起内分泌代谢紊乱，如甲状旁腺功能亢进、胰岛素抵抗等。血液透析主要依靠半透膜两侧的溶质浓度差所产生的弥散作用清除溶质，对尿素氮、肌酐等小分子水溶性物质有较好的清除率，对中大分子的清除效果差，而血液滤过与血液灌流因清除方式的不同，对中大分子的毒素及脂溶性的毒素有更好的清除效果[4]。所以对维持性血液透析的患者应定期行血液滤过和（或）血液灌流治疗，以清除体内的中大分子的毒素，减轻对心、肝、神经系统等的进一步损害及对免疫内分泌代谢造成的影响，以减少或延缓其远期并发症的发生。

4、透析患者的营养问题

此类患者在开始透析治疗前即因体内毒素作用致长期食欲减退，胃肠道症状，及慢性肾功不全非透析治疗阶段的低蛋白饮食等已存在营养不良；透析治疗阶段，因胃肠功能紊乱，透析并发症，透析时蛋白质、维生素的丢失，药物的不良反应，内分泌紊乱所致的负氮平衡，血清瘦素水平的增高，感染及精神因素等均可引发或加重营养不良。大量研究表明有超过1/3的血液透析患者存在着中至重度的蛋白质营养不良，且营养不良的程度与发病率和病死率的升高之间存在着紧密的联系，作为预测指标，低血清白蛋白与患者的病死率保持着相当高的一致性[5]，因此要重视透析患者的营养管理，经常对患者的营养状况进行评估，加强宣教，帮助患者合理安排饮食，普及营养治疗的知识，保证患者摄入充足的热量，适量的蛋白质及必需氨基酸。注意补充电解质，矿物质和维生素，同时调整透析剂量，保证充分透析，减轻因体内毒素蓄积所致的胃肠道症状及代谢紊乱。可应用重组人促红细胞生成素与重组人生长激素，促进体内合成代谢及营养物质的利用，改善病人的营养状况。

综上所述，透析患者的残余肾功能、营养状况、透析器的生物相容性、体内中大分子毒素的清除均与患者的生存时间长短，生活质量的高低密切相关，应引起临床医师的充分重视。

参考文献

[1]顾勇.应充分重视和保护透析患者残余肾功能.中华肾脏病杂志,2007,23:411.

[2]苗里宁主编.肾功能衰竭[M].第一版.西安：第四军医大学出版社，2007：128.

[3]血液透析膜的选择.见:[美]威廉.L.亨里奇,主编.姜埃利,韩瑞发,主译.透析原理与实践.第2版.沈阳:辽宁科学技术出版社,2007.3-9.

篇2

 

关键词：  血液净化  预后

    1、应充分重视和保护透析患者的残余肾功能

     透析患者治疗的最终目标是提高生活质量，延长生存时间，近几年研究提示残余肾功能（RRF）的存在是一个至关重要的影响因素，它不仅可以改善透析患者的营养状态和生活质量，减少透析时间，维持较好的血红蛋白水平，同时能降低患者的病死率，是病死率强有力的预测因子[1]，即使残余肾功能处于低水平状态，也能够明显减少透析患者的病死率，因此我们应该重新认识其重要性，尽可能地保护好残余肾功能。透析过程中良好的血压控制可以提高患者的透析效果，延长患者的存活时间并改善其生活质量，而低血压是透析过程中常见的并发症，发生快，常使血液透析不能顺利进行，导致透析不充分影响治疗效果，严重时可直接危及生命，同时低血压可导致肾脏血供显著减少，缺血会使肾小球功能进一步受损。导致低血压常见的原因是超滤过多过快及血浆渗透压的急剧下降，所以要定期准确评估患者的干体重，避免透析超滤量过大；同时要提高透析充分性，也可适当提高透析液中的钠浓度，以使血浆渗透压不发生快速变化，使血压趋于平稳。另外透析中应尽量使用碳酸氢盐透析液，因醋酸盐有血管扩张和心肌抑制作用，低血压发生率明显增加，且醋酸盐代谢缓慢，有时会加重酸中毒[2]。总之要尽量保持透析过程中的血压稳定，避免低血压引起的肾供血减少，保护残余肾功能，提高病人生活质量，延长生存期。

    2、血液透析膜的选择

    20世纪60年代后期至70年代早期，血液透析作为一种有效的治疗方法，主要归功于有效透析膜材料的不断发现与广泛应用。透析膜的必备条件有：抗血栓特性、稳定的通透水性能、蛋白丢失限定在最低范围、组织相容性好。在血液透析中血液与透析膜接触，因透析膜组织相容性不同，对体内免疫系统的激活程度及由此而引发的相关并发症亦不同。生物相容性透析膜被定义为患者使用时炎症反应产生程度最轻的膜。有研究表明，使用生物相容性好的透析膜，可以降低透析患者感染发病率和腕管综合征，可以降低病死率的危险度，在急性肾功能衰竭中透析膜的组织相容性将影响肾功能的恢复。相关研究中还没有描述其他可能的结果，如因肺部弹性蛋白丢失而发生的改变及血中红细胞寿命的降低等[3]。

透析膜的组织相容性不同而对患者生存质量和生存时间产生的不同影响，提示透析膜的生物相容性在透析处方中应该是被重点考虑的因素。要据患者不同情况选择组织相容性好的PNA膜、PS膜、CTA膜，以尽量减轻对体内免疫系统的激活程度。

    3、体内中、大分子毒素的清除

    对尿毒症毒素的研究已有100余年的历史，现在已知慢性肾衰时体内有200种以上的物质水平比正常人增高。所谓的尿毒症毒素是肾衰时蓄积在体内的多种物质，包括PTH、磷、尿素、肌酐、胍类、酚类和吲哚等，其中有许多是中大分子的有毒性的代谢产物、有活性的激素以及与人体免疫有关的细胞因子、炎性介子等，这些毒素的较高浓度存在，会对其他重要脏器造成进一步损害，同时引起内分泌代谢紊乱，如甲状旁腺功能亢进、胰岛素抵抗等。血液透析主要依靠半透膜两侧的溶质浓度差所产生的弥散作用清除溶质，对尿素氮、肌酐等小分子水溶性物质有较好的清除率，对中大分子的清除效果差，而血液滤过与血液灌流因清除方式的不同，对中大分子的毒素及脂溶性的毒素有更好的清除效果[4]。所以对维持性血液透析的患者应定期行血液滤过和（或）血液灌流治疗，以清除体内的中大分子的毒素，减轻对心、肝、神经系统等的进一步损害及对免疫内分泌代谢造成的影响，以减少或延缓其远期并发症的发生。

  4、透析患者的营养问题

    此类患者在开始透析治疗前即因体内毒素作用致长期食欲减退，胃肠道症状，及慢性肾功不全非透析治疗阶段的低蛋白饮食等已存在营养不良；透析治疗阶段，因胃肠功能紊乱，透析并发症，透析时蛋白质、维生素的丢失，药物的不良反应，内分泌紊乱所致的负氮平衡，血清瘦素水平的增高，感染及精神因素等均可引发或加重营养不良。大量研究表明有超过1/3的血液透析患者存在着中至重度的蛋白质营养不良，且营养不良的程度与发病率和病死率的升高之间存在着紧密的联系，作为预测指标，低血清白蛋白与患者的病死率保持着相当高的一致性[5]，因此要重视透析患者的营养管理，经常对患者的营养状况进行评估，加强宣教，帮助患者合理安排饮食，普及营养治疗的知识，保证患者摄入充足的热量，适量的蛋白质及必需氨基酸。注意补充电解质，矿物质和维生素，同时调整透析剂量，保证充分透析，减轻因体内毒素蓄积所致的胃肠道症状及代谢紊乱。可应用重组人促红细胞生成素与重组人生长激素，促进体内合成代谢及营养物质的利用，改善病人的营养状况。

    综上所述，透析患者的残余肾功能、营养状况、透析器的生物相容性、体内中大分子毒素的清除均与患者的生存时间长短，生活质量的高低密切相关，应引起临床医师的充分重视。

参 考 文 献

[1]顾勇.应充分重视和保护透析患者残余肾功能.中华肾脏病杂志,2007,23:411.

[2]苗里宁主编.肾功能衰竭[M]. 第一版.西安：第四军医大学出版社，2007：128.

[3]血液透析膜的选择.见:[美]威廉.L.亨里奇,主编.姜埃利,韩瑞发,主译.透析原理与实践.第2版.沈阳:辽宁科学技术出版社,2007.3-9.

篇3

[关键词] 氧化钛薄膜；血液形容性；血栓；生物材料；钛合金

[中图分类号] R318.08 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2016）27-0163-03

Research progress of surface titanium oxide film of LVAD and its blood compatibility

TIAN Kun1，2 WU Yadong3 LIANG Fayu3

1.Hebei North University， Zhangjiakou 075000， China； 2.Department of Neurology， East Area of Handan Central Hospital in Hebei Province， Handan 056000， China； 3.Department of Heart and Chest Surgery， the First Hospital of Shanxi Medical University， Taiyuan 030001， China

[Abstract] Titanium and titanium alloy have favorable blood compatibility because of a layer of thin titanium oxide film formed on its surface. The LVAD prepared by titanium alloy plays an important role in rescuing the life of the patients with heart failure. The article briefly introduces the mechanism of formation of thrombus on the surface of biological materials， and also summarizes the research progress and current situation of application of titanium oxide film. It also makes expectations on the prospect of biological materials. Analysis demonstrates that titanium and its alloy have favorable biological compatibility， owing to the oxidation layer on the surface.

[Key words] Titanium oxide film； Blood compatibility； Thrombus； Biological materials； Titanium alloy

心衰是各种心血管疾病的最终状态，具有很高的发病率和死亡率，药物治疗效果十分不佳，最终需要心脏移植治疗，然而令人惋惜的是，心脏供体的缺乏以及供体与患者之间的不匹配，使医生无可奈何[1]，而左心辅助装置在心脏移植的过渡期及长期的使用过程中，对挽救患者生命起到了十分重要的作用[2-4]。但是左心辅助装置在使用过程中仍然会遇到十分多的问题，如感染、出血、血栓的形成以及心率失常等危险事件，其中尤以血栓形成最为严重，所以使用具有良好抗凝血性能的生物材料在心衰终末期的治疗中是十分重要的[5，6]。作为生物材料使用的钛及钛合金，由于其表面自然形成了一层薄的氧化钛膜，因而具有较好的血液相容性[7，8]。但这种自然形成的氧化膜却很薄，只有5～10 nm，因此会有很多的缺陷[9]，而人工合成的氧化钛膜就会倍受关注。

1 生物材料表面形成血栓的机制

1.1 血液相容性的定义

血液相容性是指植入人体后的生物材料，不会导致血液的聚集，不会损伤血液的相关组分，也不会更换血液内环境的相关性质，故不会导致血液凝集、血液的溶血、血小板的损耗以及血小板的变质，也不会导致血液中相关蛋白的特性和结构的变化等，而这对于生物材料最终应用于患者是一个重要的指标。

1.2 血栓形成的机制

在临床应用中出现血栓是左心辅助装置面临的重要问题，尽管如此仍未能完全阐明血栓形成的明确机制。通过分析相关原因可能有以下几点：（1）具有预防血栓形成和抗凝血等保护机制是人完整的血管内皮细胞的特性，而非自身体内的生物材料表面则没有这些功能，故血栓来源的一方面是左室辅助装置的表面[10]；（2）额外的剪切力作用，如在装置的进口部分和出口部分以及血泵内血液遭遇剪切力的时候，因为血液中的血小板、凝血途径以及免疫细胞可以通过这种剪切力被激活，导致血液在身体局部以及全身出现高凝集状态，进而形成了血栓在心室辅助泵和体内相关器官[11]；（3）与血栓形成紧密相关的还有心室辅助泵内的流体力学特性，然而它们之间却又有十分复杂的关系，从而对血液内的不同成分造成不同的影响[12]。例如：在体的对比研究中发现，成人的心室辅助泵与小儿心室辅助泵，表现出了相似的几何形态，然而却由于不一样的体积大小而表现出不同的结局，小儿心室辅助泵形成了很多血栓，而成人的心室辅助泵却没有血栓形成[13]。另外还有很多相关方面的研究也证明了这一观点，说明减少血栓的形成可以通过流体力学分析技术改善心室辅助泵的研制；（4）血栓的形成也可以发生在血液低的剪切力和不流动的状态下，如在临床上发现了无血流的左心室内或通过左房插管也可导致血栓的形成；（5）心室辅助泵引起的感染也可导致血栓形成，如Holman WL等[14]研究发现，通过对HeartMate左心室辅助泵在临床上的研究，出现感染的患者合并有神经系统事件发生的概率为43%，分析出现此现象的原因很可能是血液中细菌和内毒素导致了血栓栓塞，还有一种原因是引起的血栓栓塞是通过凝血系统与炎症介质的互相作用。

经过几十年的研究探索，异物触发的凝血机制是目前许多研究者一致公认的。随着生物材料植入的应用，作为一种异物，尤其是心脏血管等植入材料，如左心室辅助泵，当其与血液接触时即开始了触发凝血机制的研究。当生物材料接触血液时，在其表面血栓形成的凝血机制是一个相当复杂的过程。首先发生在材料表面的是血浆蛋白的吸附，而使血细胞粘附和激活的是吸附的蛋白层，或通过血液中激活的凝血因子引发的凝血级联反应，从而导致血栓形成[15]。在此过程中，蛋白的吸附是最先发生的，而促使凝血发生的重要点则是作为第一凝血因子的纤维蛋白原在生物材料表面的吸附与激活，当材料表面吸附纤维蛋白原后，通过凝血酶原的激活作用，促使结构构象发生变化，从而导致内部电子的释放，进而对释放的电子进行转移，这样纤维蛋白原就会分解为纤维蛋白单体，而纤维蛋白丝状体则可在激活的血小板ⅩⅢ 因子的作用下聚合形成，进而收集血小板和红细胞，促使其凝集、变形，最后导致血栓形成[16]。

2 氧化钛薄膜目前的研究现状

近十多年来对氧化钛薄膜的血液相容性已经实行了十分系统与完善的研究，包含了不同的晶体结构（如：金红石、锐矿钛、板矿钛型）[17，18]、不同的化学组成成分（非化学计量的氧化钛膜，如掺入了铊、磷等）[19]、不同的物理化学特征（如半导体、静态及动态表面张力）[20]以及对蛋白粘附与变性、血小板激活与粘附、凝血因子的激活等的影响，还包括模拟的近似体内的植入试验。研究已经发现，通过对生物材料的表面进行相应的表面改性，薄膜形成的厚度、半导体的特性以及表面所产生的张力是影响氧化钛薄膜血液相容性的重要因素。如Chen JY等[19]、Huang等[8]研究发现薄膜掺杂氢、铊、磷等元素或者增加氧化钛薄膜的厚度，血液相容性也会随之增强；Takemoto等[21]也专研于对氧化钛薄膜血液相容性的干扰条件，发现氧化钛薄膜的成分构成以及薄膜厚度很大程度上会干扰血小板的附着，以至于会远超表面亲水性的干扰，并随着不断增加薄膜的厚度，从而展现出很好的血液相容性；Huang等[8，22]使用许多制备薄膜的技术制备了一连串的氧化钛薄膜，发现一种具有宽禁带宽度的n型半导体是具有氧缺位的非化学计量比的TiO2-X薄膜的共同特性，可以明显的抑制纤维蛋白原γ链C端398-411序列的暴露，进而减少了血栓的形成；Wang等[20]制备的氧化钛薄膜，是使用离子束增强沉积技术，而其是一种n型半导体薄膜，表现为含氧的缺失，表面张力的色散分量的贡献较小，而极性分量的贡献较大，其粘附的血小板数量也很少，说明氧化钛薄膜表现出了良好的血液相容性；Tsyganov等[23，24]制备了很多种结构的氧化钛薄膜，利用了金属等离子体浸没离子注入和沉积的相关技术，发现金红石型氧化钛薄膜被磷注入其中后，其在血小板粘附和凝血时间的试验中会表现出更好的血液相容性，由于磷离子被注入，且薄膜含有n型半导体的结构，从而抑制了电子从蛋白中转移到改变表面性状的材料表面，进而也抑制了生物材料表面会使黏附蛋白变性的发生，说明了其也表现出较好的血液相容性。

研究已经证实，随着氧化钛薄膜厚度的增加，且与蛋白之间有较低的界面能时，其表面粘附的血小板数量会相应减少，而决定界面能的关键因素是氧化钛薄膜的半导体特性，因此具有n型半导体结构的氧化钛薄膜或掺杂有氢、铊、磷等元素的氧化钛薄膜会有更好的血液相容性。

3 氧化钛薄膜目前的应用现状

钛及钛合金材料由于其表面形成的氧化钛钝化膜、良好的生物相容性、低弹性模量、高比强度、无毒无磁及其耐腐蚀性等特点，因此具有更适宜的生物医用特性。它广泛应用于人工关节（如髋、膝、肩、肘等关节）、骨创伤产品（如髓内钉、螺钉、固定板等）、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、人工心脏、介入性心血管支架、矫形器械等医用材料[25]。

目前二氧化钛还有一种特殊形式的存在，即介孔二氧化钛纳米材料，其孔径大小在2～50 nm之间，拥有非常有序的孔道结构，孔径分布规则，孔径尺寸变化范围较大，介孔形状多样，兼具光催化与介孔两个特点，并具有很好的生物相容性，因此很多生物医学研究者对此都具有很高的研究热情，其在骨修复与移植的研究，癌症的诊断与治疗等方面都取得了一定的进步[26]。如Bjurten等[27]通过实验验证了介孔二氧化钛纳米管能够非常好的改善成骨细胞的增殖和黏附，增强骨粘连的强度。张爱平等[28]运用涂覆法合成了锐钛矿型的介孔二氧化钛纳米薄膜，并通过实验验证了此纳米薄膜在紫外光照射下对胃癌细胞有很强杀伤力。Wu等[29]利用乙醇钛在乙醇中水解的方法合成了表面积大，生物相容性好的球形介孔二氧化钛纳米粒子，并将其用于癌症的诊断与治疗。

4 总结与展望

血液和材料之间由于极其复杂的相互作用，因此想要设计出具有完全血液相容性的生物材料对于我们是很困难的，并且以我们现在所掌握的相关技术和机制，距离了解其中的全部机制还需要做很多工作。目前在生物材料血液相容性方面的相关研究机制及如何提高生物材料的血液相容性方面国内外的很多研究学者已经作了十分深入细致的研究探索。我国近年也有很多的研究报道并取得了一定的成果，但与国外相比，我们的技术水平还比较薄弱。因此，我国有必要加强对氧化钛薄膜的研究投入，各个研究团体之间也应加大合作力度，早日研制出新颖的带有创新性的生物材料，使血液相容性的研制和生物材料的创新应用方面取得令人瞩目性的前景，促使我国在理论和应用领域方面达到国家先进水平，从而为人类的健康做出巨大的贡献。

[参考文献]

[1] Gass AL，Emaminia A，Lanier G，et al. Cardiac Transplantation in the New Era[J]. Cardiol Rev，2015，23（4）：182-188.

[2] Krabatsch T，Potapov E，Soltani S，et al. Ventricular long-term support with implantable continuous flow pumps：On the way to a gold standard in the therapy of terminal heart failure[J]. Herz，2015，40（2）：231-239.

[3] Partyka C，Taylor B. Review article：Ventricular assist devices in the emergency department[J]. Emerg Med Australas，2014，26（2）：104-112.

[4] Anand J，Singh SK，Hernandez R，et al. Continuous-flow ventricular assist device exchange is safe and effective in prolonging support time in patients with end-stage heart failure[J]. J Thorac Cardiovasc Surg，2015，149（1）：267-275，278.

[5] Garland C，Somogyi D. Successful implantation of a left ventricular assist device in a patient with heparin-induced thrombocytopenia and thrombosis[J]. J Extra Corpor Technol，2014，46（2）：162-165.

[6] Whitson BA，Eckman P，Kamdar F，et al. Hemolysis，pump thrombus，and neurologic events in continuous-flow left ventricular assist device recipients[J]. Ann Thorac Surg，2014，97（6）：2097-2103.

[7] Nan H，Ping Y，Xuan C，et al. Blood compatibility of amorphous titanium oxide films synthesized by ion beam enhanced deposition[J]. Biomaterials，1998，19（7-9）：771-776.

[8] Huang N，Chen YR，Luo JM，et al. In vitro investigation of blood compatibility of Ti with oxide layers of rutile structure[J]. J Biomater Appl，1994，8（4）：404-412.

[9] Mussivand T，Hendry PJ，Masters RG，et al. Development of a ventricular assist device for out-of-hospital use[J]. J Heart Lung Transplant，1999，18（2）：166-171.

[10] Pae WE，Connell JM，Boehmer JP，et al. Neurologic events with a totally implantable left ventricular assist device：European Lion Heart Clinical Utility Baseline Study（CUBS）[J]. J Heart Lung Transplant，2007，26（1）：1-8.

[11] Okamoto E，Hashimoto T，Inoue T，et al. Blood compatible design of a pulsatile blood pump using computational fluid dynamics and computer-aided design and manufacturing technology[J]. Artif Organs，2003，27（1）：61-67.

[12] Balasubramanian V，Slack SM. The effect of fluid shear and co-adsorbed proteins on the stability of immobilized fibrinogen and subsequent platelet interactions[J]. J Biomater Sci Polym Ed，2002，13（5）：543-561.

[13] Daily BB，Pettitt TW，Sutera SP，et al. Pierce-Donachy pediatric VAD：Progress in development[J]. Ann Thorac Surg，1996，61（1）：437-443.

[14] Holman WL，Bourge RC，Spruell RD，et al. Ventricular assist devices as a bridge to cardiac transplantation[J]. A Prelude To Destination Therapy Ann Surg，1997，225（6）：695-706.

[15] Wise DL. Biomaterials and Bioengineering Handbook[M]. New York：Marcel Dekker Inc，2000：205.

[16] Bizions R，Dee KC，Puleo DA. An introduction to tissue biomaterial interactions[J]. Job Wiley&Sons. Inc，Hoboken. New Jersey，2002：53-87.

[17] Mo SD，Ching WY. Electronic and optical properties of three phases of titanium dioxide：Rutile，anatase，and brookite[J]. Phys Rev B Condens Matter，1995，51（19）：13023-13032.

[18] Roach P，Farrar D，Perry CC. Interpretation of protein adsorption：Surface-induced conformational changes[J]. J Am Chem Soc，2005，127（22）：8168-8173.

[19] Chen JY，Leng YX，Tian XB，et al. Antithrombogenic investigation of surface energy and optical bandgap and hemocompatibility mechanism of TiTa（+5）O2 thin films[J].Biomaterials，2002，23（12）：2545-2552.

[20] Wang WH，Zhang F，Li CR，et al. Improvement of blood compatibility of artificial heart valves via titanium oxide film coated on low temperature isotropic carbon[J]. Surface and Coatings Technology，2000，（128-129）：36-42

[21] Takemoto S，Yamamoto T，Tsuru K，et al. Platelet adhesion on titanium oxide gels：Effect of surface oxidation[J]. Biomaterials，2004，25（17）：3485-3492.

[22] Huang N，Yang P，Leng YX，et al. Hemocompatibility of titanium oxide films[J]. Biomaterials，2003，24（13）：2177-2187.

[23] Tsyganov I，Maitz MF，Wieser E，et al. Structure and properties of titanium oxide layers prepared by metal plasma immersion ionimplation and deposition[J]. Surface and Coatings Technology，2003，174-175C：591-596.

[24] Tsyganov I，Maitz MF，Wieser E. Blood compatibility of titanium-based coatings prepared by metal plasma immersionion implantation and deposition[J]. Applied Surface Science，2004，235：156-163.

[25] Kulkarni M，Mazare A，Gongadze E，et al. Titanium nanostructures for biomedical applications[J]. Nanotechnology，2015，26（6）：062002.

[26] Fadeel B，Garcia-Bennett AE. Better safe than sorry： Understanding the toxicological properties of inorganic nanoparticles manufactured for biomedical applications[J].Adv Drug Deliver Rev，2010，62（3）：362-374.

[27] Bjursten LM，Ramusson L，Oh S，et al. Titanium dioxide nanotubes enhance bone bonding in vivo[J]. J Biomed Mater Res A，2010，92（3）：1218-1224.

[28] 张爱平，孙彦平，樊彩梅，等. 纳米TiO2对胃癌细胞的光催化氧化杀伤效应[J]. 应用化学，2004，21（11）：1109-1112.

篇4

【关键词】磷酸钙；支架材料；载体

文章编号：1004-7484（2013）-01-0480-02

在骨组织工程中，药品这个词不仅包括抗生素和抗炎药物，还包括生长因子，具有生物活性的蛋白质，酶，非病毒基因（DNAs，RNAs）等物质，在组织工程中应用不同药物的目的是加速植入生物材料骨诱导愈合过程。作为药物的载体，这种物质必须具有良好的生物相容性，可以和骨组织结合，具有骨传导性和骨诱导性，在靶器官部位被逐渐吸收由新骨组织代替[1]。磷酸钙可以很好地满足这些条件，所以这种材料有希望成为骨骼系统理想的药物载体。成骨活性是骨组织非常重要的属性，虽然磷酸钙没有成骨活性，但是已有学者证明，加入生长因子，具有生物活性的蛋白质或成骨药物的磷酸钙生物材料具有成骨活性。与其他陶瓷相比，磷酸钙由于有良好的生物相容性和生物降解性而应用于骨科和口腔科。本文主要探讨采用磷酸钙涂层，骨水泥和支架材料作为目前常用药物和生长因子的载体在骨科和口腔科领域的应用。

1磷酸钙支架材料作为生长因子的载体

人们将支架定义为：一个能为生长的细胞和组织提供机械支持，使细胞内和细胞外基质相互作用的结构。在理想的情况下，支架材料在新生成的组织占据空间后会降解消失，这些磷酸钙支架材料的降解速度取决于不同类型磷酸钙的溶解度。支架的孔隙可以有两种类型：大孔（孔径>50μm）和微孔（孔径

人体骨组织由无机-有机成分复合构建而成，所以人们常常应用磷酸钙与有机高分子聚合物聚合，从而提高磷酸钙陶瓷聚合物支架材料的机械性能，磷酸钙支架表面的有机聚合物涂层可以改善其脆性和提高强度。在载药过程中，聚合物涂层还有利于陶瓷支架的表面药物吸收以及控制药物的释放。有时，药物也会浸润到聚合物涂层表面，最近人们越来越关注聚合物涂层亲水性官能团，它能与药物更好地结合，并与药物形成共价键。Kim等人，用羟基磷灰（HA）石粉末和聚己内酯（PCL）的混合物，通过聚氨酯网状发泡的方法，制成了孔隙率为150–200μm，孔隙度为87%的羟基磷灰石聚合物涂层支架材料。药物的释放依赖于支架涂层材料的溶解，而溶出率主要取决于HA/PCL比率。人们发现，随着涂层溶液浓度的增加，药物释放的百分比呈下降趋势，在PBS中最初的2小时，被载的药物约20-30%释放，根据涂层组成成分的不同，在7天时间里约40-60%的药物释放。还有学者指出，随着孔隙度百分比的增加，抗压强度随之下降，而随着PCL浓度的增加，抗压强度随之增加。

组织工程中所用的支架材料的建筑性能与生物和机械性能一样，也非常重要。支架的3-D互连孔必不可少，他可以更好地促进细胞粘附、宿主组织和支架材料间的机械连锁、养分和代谢废物的运输。支架材料要有足够的强度，来承担体内的压力，在新骨代替可降解生物材料之前在靶作用点承担压力。支架可以有微孔或大孔，或两者兼而有之。药物释放主要取决于磷酸钙和药物以及周围环境之间的化学和静电作用。当药物分子和磷酸钙之间有相互作用时，药物的释放还取决于磷酸钙的溶解度/降解率。药物或蛋白质分子也可以浸润到聚合物涂层内。磷酸钙支架聚合涂层的药物释放也取决于药物分子在聚合物涂层上的扩散和降解、百分比孔隙率、孔径、固有的微孔的存在、孔径互联率，所有这些因素可能对药物的吸附率和释放行为有重要影响。Kundu发现，药物吸收率随着表面积和百分孔隙率的增加而增加。人们观察了许多情况下的释放，发现百分孔隙率高的样品释放率也高。与低体积分数孔隙和孔隙尺寸小的样品相比，高体积分数孔隙和孔隙大的样品药物释放的速度更快。

2磷酸钙骨水泥（CPC）作为药物的载体

在20世纪80年代，LeGeros、Brown和Chow介绍了磷酸钙骨水泥的制作方法。CPC是指半固态或膏状的磷酸钙形成固体磷酸钙。半固态或膏状的磷灰石是由磷酸钙骨水泥粉末和水泥溶液混合制成的。CPC粉末是由两种或两种以上的磷酸钙混合而成，而液体只能是水或者水溶液。CPC的可注入性使它可以完全适合于骨缺损和骨腔。CPCs的另一个重要的功能是，他可以在体内较低的温度自我凝结而不损伤任何周围组织。此外，CPCs也可以用于不同骨骼疾病的靶作用点给药，如骨肿瘤，骨质疏松症或骨髓炎。利用CPC将药物递送到靶部位，可长时间保持有效药物浓度，为临床治疗骨疾病开辟了新的治疗途径。由于CPC有较高的微孔结构，因此可以将药物纳入到材料中。药物既可以引入到液态又可以引入到固相的CPC，但我们应该注意，在CPC凝固和发生反应时药物和蛋白质的物理和化学性质是不应该改变的，将不同种类的药物，包括抗生素，抗癌药物，生长因子，蛋白质/氨基酸，抗菌肽（AMPS），用不同的方法纳入到CPC中，人们发现，阿仑膦酸钠（AD）可以影响CPC基质的凝结时间、抗压强度、药物释放动力和生物学活性。将顺铂和咖啡因一同加入到CPC中，由于咖啡因的持续释放，可以延长抗肿瘤的活性，这样顺铂可以进一步抑制由肿瘤细胞增殖带来的破坏。咖啡因作为一种抗癌药物，可以增强对骨与软组织肿瘤的细胞杀伤。

通常情况下，药物的纳入可能使CPC的机械性能恶化。Alkhraisat等人发现加入盐酸强力霉素（DOXY-h）（一种抗生素，常用于牙科击败牙周致病菌）可以使CPC最终凝结时间增加，拉伸强度下降。Ratier等人在将磷酸钙与盐酸四环素结合后再纳入到CPC上，一定程度上解决了这一限制。尽管CPC有优异的骨传导性和方便的适用性，但是将其用于载药还是受到限制的。CPC使用的局限性主要是由于载入药品的浓度和生物利用度的改变而使其最终活性的改变。另外，由于磷酸钙的机械性能很弱，人们常常在其中加入聚合物来增加其机械性能，控制其退化。

药物释放动力学，受到药物的理化性质影响如溶解度和化学性质，也受到CPC的微观结构，结晶度，密度的影响。CPCs的降解行为以及药物和骨水泥的相互作用通常在水化和凝结的过程中发生变化。如果一种药物应用于CPC，那么他的释放动力学还取决于其分子量，溶解度，降解率，药物和聚合物间的相互作用。

3结束语

综上所述，在生理条件下，磷酸钙的化学性质与部分无机骨相似，因此它具有良好的生物活性和生物相容性，而且是非免疫原性的。他们通常以涂层和支架的形式应用于靶作用点给药。虽然，在过去十年我们目睹了陶瓷系统中不同的给药方法的突出进展，但是许多科学和技术的挑战依然有待解决。由于我们对植入物和周围宿主骨组织界面的微环境有了进一步的了解，这就要求我们开发出更有效的治疗骨骼疾病的药物。我们这里讨论的磷酸钙为基础的药物运输系统，是磷酸钙作为药物和生长因子的运载工具来治疗不同的骨骼肌肉紊乱和疾病。这方面未来发展需要关注的挑战和问题也是本文一再强调的问题。我们相信在不久的将来，新的和改进的方法可以解决现有的限制，并将为磷酸钙的可适用性开辟新的途径。成功的做法是在微米和纳米水平进行更精确的研究，进行多学科基础知识的学习，如化学基础，工程学以及动物的深入研究，从而开发以磷酸钙为基础的药物运输系统。

参考文献

[1]Bose S，Tarafder S，Edgington J，Calcium phosphate ceramics in drug delivery. JOM，2011，63：93–8.

[2]Zhu X et al. A facile method for preparation of gold nanoparticles with high

SERS ef？ciency in the presence of inositol hexaphosphate. J Colloid Interface

篇5

关键词：关节 凝胶 双网络

中图分类号：TH117.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（a）-0028-02

人体关节软骨主要功能是缓冲载荷，以及减少相邻两骨间的摩擦[1]。天然的关节软骨作为一种承重材料，具备较高的强度、冲击韧性以及极为的表面，同时有高达75%的含水量，是性能优良的“软而湿”的材料[2]。然而，天然软骨的周围缺乏血液供应，损伤后难以再生，将严重影响关节的功能。寻找理想的人工合成软材料以替代损伤的天然软骨，是目前生物医学领域所面临的一个重要问题。

对于软骨修复材料的选择，要综合考虑机械强度、生物相容性、降解速率等多种因素，近年来研究表明，水凝胶材料作为一种含有大量水分的三维网络聚合物，有着类似于人体软组织的力学特征，同时其三维网络多孔结构便于小分子在其中自由扩散，使其生物相容性优良，因此水凝胶被认为是用于软骨替代的较为理想的材料。然而大部分水凝胶十分脆弱，为了改善水凝胶的力学性能，近年来研究者提出了很多思路，其中比较成功的一种是双网络水凝胶（Double network hydrogel，DN）的概念，其设计思路是首先用交联度较高的聚电解质合成第一层网络，以此为模板，在其中引入中性低交联度第二层网络，以形成双网络结构。第一层网络为DN凝胶提供了刚性骨架，保持凝胶外形，而柔性的第二层网络填补其中，很好地起到吸收应力的作用。研究表明，DN凝胶在保持了高含水量的同时，其压缩强度为兆帕级别，弹性模量为0.14～0.19MPa，接近于天然软骨。

目前关于DN凝胶的研究尚处于起步阶段，高强度DN凝胶的体系种类较少，本文针对此问题，制备了一种新体系的丙烯酸/丙烯酰胺（PAA/PAAm）DN凝胶，选用PAA作为第一网络，主要是由于PAA作为一种聚电解质大分子，能在第二网络的单体溶液中充分溶胀，便于第二网络单体大量进入；且聚丙烯酸本身无毒，在人体生理学环境中对蛋白质有抗性，因此在体内不易发生免疫排斥反应，适用于生物医用材料；选用AAm中性聚合物分子作为第二网络，和AA形成的PAA/PAAm的体系也满足Gong提出的双网络体系组分的组成原则。同时向DN凝胶中添加一定粒径的SiO2微粒，制备DN-SiO2复合凝胶，探讨了SiO2的含量对凝胶微观形貌及力学性能的影响。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

丙烯酸单体（AA）、丙烯酰胺单体（AAm）、SiO2粉末，分析纯，均购自天津科密欧化学试剂有限公司；α-酮戊二酸，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、三乙二醇二甲基丙烯酸酯（TEGDMA），分析纯，购自上海晶纯实业有限公司。

微量移液器，WKYⅢ-100，上海佳安分析仪器公司；磁力搅拌器，big squid，德国 IKA 实验实验技术有限公司；超声细胞破碎仪，XO-1200，南京先欧仪器制造有限公司；自制紫外灯；环境扫描电子显微镜（ESEM），XL-30，荷兰飞利浦公司；动态力学热分析仪（DMTA Q800，USA）。

1.2 凝胶制备

步骤一：取AA 10mL，交联剂三乙二醇二甲基丙烯酸酯（TEGDMA）400 μL，适量的去离子水，一起倒入烧杯中搅拌30 min，至溶液呈无色透明状态。再取一定质量的SiO2微粒，加入去离子水，置于冰浴中超声搅拌30 min，将超声后的SiO2水溶液倒入上述AA单体溶液中，经计算后配置成20%v/v的AA溶液，向此溶液中加入水溶性光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮100 μL，继续搅拌5 min，然后将溶液倒在事先置于玻璃片上的硅胶环模具中（硅胶环厚度5 mm，直径12 mm，硅胶环涂以凡士林以防止溶液渗出），再用玻璃片盖住，将两块玻璃片用夹子夹紧，置于宽范围波长的灯下（灯的波长范围200～2500 nm，其中包含紫外部分）辐照5 min，形成不溶于水的PAA-SiO2单网络复合水凝胶。

步骤二：将以上制备好的凝胶从模具中取出，泡在一定浓度的AAm单体溶液中（AAm溶液体积至少为PAA凝胶体积的5倍以上，此AAm单体溶液中，已事先加入了光引发剂α-酮戊二酸，其中，α-酮戊二酸的质量为AAm单体的1wt%），浸泡24 h后，PAA凝胶达到溶胀平衡状态，取出凝胶，置于相同的灯下辐照5 h，使PAAm网络在PAA凝胶的内部发生交联，制备出PAA -PAAm DN-SiO2复合凝胶。

1.3 复合凝胶的表面形貌表征

本实验中采用环境扫描电镜（ESEM）观察水凝胶横截面的真实形貌。将制备好的每个凝胶取中间部分，切一2 cm×2 cm大小的正方形小样本，用ESEM直接观察其含水状态的表面形貌。

1.4 力学性能

用力学实验机测试PAA单网络凝胶和DN复合凝胶的单向压缩性能。以20%应变/min 的压缩速率对水凝胶样品的进行压缩，若过程中样本无断裂，则最大压至0.95应变。由于应力-应变曲线在0～0.2应变内趋于直线，所以选取此段区间的斜率作为弹性压缩模量。所有测试都在室温下进行，样本从水中取出后立即进行测试，以最小化水的损失。压缩应变的定义为：

ε=（h-h0）/h0

其中，h0为样本初始厚度，h是压缩后的厚度。

压缩应力的定义为：

σc=F/R2

其中，F为施加载荷，R为材料原始半径。

2 结果与讨论

2.1 复合凝胶形貌

如图1所示，凝胶样本为含大量孔洞的三维网络状结构，（a）和（b）中均为单网络的凝胶，其平均孔径大小约50～80 μm，大于图（c）和（d）中双网络凝胶。由（c）和（d）比较可知，SiO2微粒的加入会显著减小凝胶的孔径大小。

2.2 双网络复合凝胶的力学性能

图2所示的为DN凝胶和单网络（SN）凝胶的压缩应力-应变曲线。PAA SN凝胶在很低的应变（0.4）即发生断裂，然而PAA/PAAm DN凝胶的最大抗压应力达到了3.6MPa，是PAA的12倍以上，DN凝胶的最大压缩应变达到了94%，明显大于PAA SN凝胶的39%。

3 结语

结合双网络凝胶（DN）的设计思路，利用紫外辐照引发自由基聚合原理制备了一种新体系的PAA/PAAm-SiO2 DN复合凝胶。用环境扫描电子显微镜观察了凝胶的微观结构，复合凝胶单向压缩力学性能。压缩实验表明，PAA/PAAm体系组合可以形成高强度DN凝胶。这对其应用于软骨修复有重要意义。

参考文献

[1] Wong M，Carter D R.Articular cartilage functional histomorphology and mechanobiology：a research perspective[J].Bone，2003，33（1）：1.