材料概述與挑戰(zhàn)Contents

目錄

材料分類與特性水凝膠技術(shù)進(jìn)展活性增強(qiáng)策略力學(xué)性能不足盡管傳統(tǒng)骨水泥具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，但

它們的彈性模量與自然骨的差異可能導(dǎo)致

應(yīng)力遮擋效應(yīng)，影響長期穩(wěn)定性。成骨誘導(dǎo)活性有限傳統(tǒng)骨水泥如PMMA

和磷酸鈣在促進(jìn)新骨生

成方面存在局限性，其成骨誘導(dǎo)能力不足

以滿足復(fù)雜骨缺損的修復(fù)需求。降解速率不匹配這些材料的降解速率與新生骨的生長速度

不協(xié)調(diào)，可能導(dǎo)致材料殘留或過早吸收，

影響骨組織的穩(wěn)定和愈合。020301傳統(tǒng)骨水泥局限物理交聯(lián)通過分子間作用力如氫鍵、離子鍵等構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)，避免使用有毒交

聯(lián)劑，提高生物安全性。化學(xué)交聯(lián)水凝膠化學(xué)交聯(lián)通過共價鍵形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)力學(xué)強(qiáng)度和抗降解性能，但可能引發(fā)

體積膨脹效應(yīng)。新興合成方法新型合成方法如點擊化學(xué)、酶促交聯(lián)和光交聯(lián)等，為制備高性能水凝膠提供了

更多選擇和靈活性。水凝膠的興起物理交聯(lián)水凝膠微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展微創(chuàng)手術(shù)通過精細(xì)入路設(shè)計和操作流程優(yōu)化，顯著降低術(shù)中創(chuàng)傷和術(shù)后疼痛，

縮短住院時間，并減少并發(fā)癥發(fā)生率。對骨移植材料的要求隨著微創(chuàng)手術(shù)的興起和發(fā)展，對骨移植材料提出了更高的要求，理想的移植材

料應(yīng)兼具良好的生物相容性、可注射性、可吸收性和成骨性。新型可注射骨修復(fù)材料的開發(fā)開發(fā)兼具優(yōu)異生物活性和可降解性的新型可注射骨修復(fù)材料具有重要意義，以

應(yīng)對微創(chuàng)手術(shù)中對骨移植材料的需求。微創(chuàng)手術(shù)需求PMMA

骨水泥的缺陷PMMA

骨水泥存在聚合放熱可達(dá)80~120℃,易造成周圍組織熱損

傷；材料彈性模量與松質(zhì)骨存在顯

著差異，可引發(fā)應(yīng)力遮擋效應(yīng)；材

料固有的生物惰性和不可降解性阻

礙骨整合。PMMA

骨水泥的組成PMMA骨水泥由固體組分(PMMA粉

末、引發(fā)劑過氧化苯甲酰、顯影劑

硫酸鋇或氧化鋯)和液體成分(甲

基丙烯酸甲酯單體、促進(jìn)劑N,N-二甲基對甲苯胺、抑制劑氫醌)組

成。PMMA

骨水泥的性能PMMA骨水泥表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能

(壓縮強(qiáng)度≥70MPa,

彈性模量≥1

800

MPa),使其成為椎體成形術(shù)

治療骨質(zhì)疏松性骨折的理想材料。PMMA骨

水

泥磷酸鈣骨水泥磷酸鈣骨水泥的組成和固化機(jī)制磷酸鈣骨水泥由一種或多種鈣磷酸鹽

粉末與液相組分通過水化反應(yīng)原位固

化，形成骨修復(fù)材料。磷酸鈣骨水泥在臨床中的應(yīng)用磷酸鈣骨水泥自1991年獲得FDA批

準(zhǔn)

后，廣泛應(yīng)用于骨科、口腔種植和頜

面重建領(lǐng)域，但臨床數(shù)據(jù)有限，限制

了其進(jìn)一步推廣。磷酸鈣骨水泥的優(yōu)缺點磷酸鈣骨水泥具有良好的生物相容性

和骨傳導(dǎo)性，但其固化時間長、黏聚

性差，力學(xué)強(qiáng)度難以滿足承重骨修復(fù)

需

求

。硫酸鈣骨水泥01

02

03硫酸鈣骨水泥的生物相容性硫酸鈣骨水泥的快速自硬化性能硫酸鈣骨水泥的降解性能和骨傳

導(dǎo)性硫酸鈣骨水泥因其優(yōu)異的生物相容性硫酸鈣骨水泥具有快速的自硬化性能硫酸鈣骨水泥不僅具有良好的降解性,在治療感染或腫瘤切除后的骨缺損,使其成為創(chuàng)傷性骨缺損治療的有效能，還具備優(yōu)良的骨傳導(dǎo)性，有助于中廣泛應(yīng)用。材

料

。新生骨組織的形成。離子交聯(lián)技術(shù)

熱交聯(lián)技術(shù)

氫鍵交聯(lián)技術(shù)利用溫敏性聚合物在特定溫度下發(fā)生構(gòu)象

轉(zhuǎn)變，形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如聚N-

異丙基丙烯酰胺的應(yīng)用。通過聚合物間的氫鍵作用力構(gòu)建動態(tài)三維

網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)材料的韌性和自修復(fù)性，如聚

乙烯醇的應(yīng)用。通過二價或三價離子與可電離聚合物的相

互作用實現(xiàn)分子交聯(lián)，調(diào)控離子濃度、溫

度或pH值優(yōu)化水凝膠性能。物理交聯(lián)方法化學(xué)交聯(lián)策略點擊化學(xué)反應(yīng)點擊化學(xué)通過溫和條件和高選擇性

反應(yīng)，構(gòu)建具有定制屬性的水凝膠酶促交聯(lián)技術(shù)酶促交聯(lián)利用生物體內(nèi)大分子合成

過程，提供溫和條件下的高效催化

特

性

。光交聯(lián)方法光交聯(lián)通過精準(zhǔn)調(diào)控光源參數(shù)，調(diào)

節(jié)水凝膠力學(xué)性能和生化特性。新型交聯(lián)策略結(jié)合物理和化學(xué)交聯(lián)方法，如氫

鍵與共價鍵聯(lián)合使用，以增強(qiáng)材料

穩(wěn)定性和組織黏附力，優(yōu)化細(xì)胞與

基質(zhì)的交互作用?；瘜W(xué)交聯(lián)技術(shù)利用共價鍵形成穩(wěn)定的3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

,增強(qiáng)力學(xué)強(qiáng)度和抗降解性能，但可

能引起體積膨脹效應(yīng)影響長期穩(wěn)定性物理交聯(lián)技術(shù)通過分子間作用力如氫鍵、離子

鍵等構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)，無需使用交聯(lián)

劑，提高水凝膠的安全性和適用性

新型交聯(lián)技術(shù)血管-成骨耦合血管生成與骨形成的關(guān)系01

血管生成先于成骨過程，為骨組織修復(fù)提供所需的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)。促血管生成的生長因子02

多種生長因子如VEGF、bFGF等與可注射骨修復(fù)材料整合，有效促進(jìn)血管化為新骨的形成提供充足的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)。

7I微血管片段的應(yīng)用通過酶解法從脂肪組織中分離出天然血管片段，體外研究表明這種微血管片段在保

持血管形態(tài)和功能的同時，還表現(xiàn)出快速重新組裝形成新微血管網(wǎng)絡(luò)的能力。03免疫調(diào)控01免疫調(diào)控的重要性骨修復(fù)材料的研發(fā)模式正經(jīng)歷從"被動成骨

"向"主動免疫調(diào)控"的轉(zhuǎn)變，免疫微環(huán)境

在骨組織愈合過程中起著決定性作用。03

oDo免疫調(diào)控策略通過引入具有促血管活性的無機(jī)生物離子

(

如Li+

、Cu2+

、Mg2+

、Fe3+)等多元

策略，可以有效促進(jìn)骨組織的血管化和再

生，同時調(diào)控免疫反應(yīng)。02炎癥反應(yīng)的影響過度的炎癥反應(yīng)不僅會干擾骨愈合過程，

還可能導(dǎo)致巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞生成不

利的免疫應(yīng)答，影響骨修復(fù)效果。微環(huán)境動態(tài)平衡利用生物活