碳纳米管在骨组织工程中的应用

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,单击此处编辑母版标题样式,Company Logo,碳纳米管在骨组织工程中的应用,要 点,骨组织,工程细胞支架,碳纳米管,常见的含碳纳米管的,骨组织工程,细胞,支架,碳纳米,管复合材料制备方法,存在的问题及展望,1,骨移植材料根据来源大致可分为自体骨、同种异体骨、异种骨和人工骨。,骨组织工程有,4,个重要因素，分别是足够的种子细胞、,合适的支架材料,、刺激骨分化形成的调控因子、充足的血液供应。,骨组织,工程,2,骨组织细胞支架材料,骨组织工程支架材料,天然生物材料,人工合成材料,无机材料,有机高分子材料,胶原、珊瑚、藻酸盐、几丁质、氨基葡萄糖、脱钙骨基质、骨基质明胶,L-,聚乳酸、聚乙醇酸、聚原酸酯等,生物活性玻璃陶瓷、羟基磷灰石、磷酸三钙等,复合材料用于骨组织工程支架材料方面显出巨大潜力,3,骨组织细胞支架材料,理想,的支架材料应具备以下性质,：,1,),良好的生物相容性,；,2),良好的骨传导性和骨诱导性,；,3,),生物降解速度与骨生成的速度相匹配,：,4,),孔隙率和孔径大小适宜,；,5,),具有可塑性和一定机械强度,；,6,),易于获取、消毒、储存和运输。,4,碳纳米管的结构和性质,1991,年日本的饭岛教授最先发现了碳纳米管,(carbon nanotubes,，,CNTs),。,CNTs,可分为多壁碳纳米管,(MWCNTs),和单壁碳纳米管,(SWCNTs),。,SWCNT,MWCNT,5,碳纳米管的结构和性质,CNTs,是世界上杨氏模量最高的已知材料之一,CNTs,具有极好的韧性。当外加压力超过强度极限或弯曲强度时，,CNTs,不会断裂而是发生超过,110,大角度弯曲，当外力释放后,CNTs,又恢复,原状,具有,石墨的,性质，如耐热、耐腐蚀、优良的传热及,导电性,在骨组织工程方面，,特殊的一维纳米结构。,CNTs,特殊的纳米纤维结构，较适合于构建细胞生长的环境,6,碳纳米管的结构和性质,CNTs,不能进行生物降解，它们就像一个惰性框架，细胞可以在其表面生长繁殖并沉淀新的活性物质，再转变成正常的功能性的骨组织。,7,含,CNTs,的骨组织工程细胞支架,CNTs,支架,CNTs,和天然可降解高分子的复合支架，如三维,CNTs,一藻酸盐复合,支架，,CNTsCHI,复合,支架,CNTs,和人工合成的可降解高分子的复合支架，如,PLGACNTs,复合物，,CNTs-PU,复合,支架,CNTs,和无机物的复合,支架，如,CNTsHA,复合材料,8,CNTs,复合材料支架特点,优点,缺点,CNTs,支架,生物力学性质佳，较好的细胞附着率与增殖率,完全不能降解，新骨形成的空间极有限，可塑性难度较大,CNTs,一藻酸盐,无毒、可塑形、三维立体多孔结构，价格低廉,降解速度难以控制；机械强度虽明显提高，但与临床要求尚有距离,CNTsCHI,复合支架,良好的生物相容性和缓释性，抑制炎症的作用,生物力学性能不足；含水的情况下难以塑形；降解速度仍难以控制,CNTsPU,复合支架,PLGACNTs,复合物,优良的可降解性和可塑性；细胞可沿支架的丝状结构定向生长与堆积,亲水性尚需改善，机械强度尚不是特别理想，材料表面不能与细胞产生生物性作用,CNTsHA,复合材料,改善了,HA,脆性大、抗折强度低的不足，很好的骨传导性,降解速度慢，机械性质尚需改善，缺乏骨诱导性，不适合长段骨缺损的修复,9,CNTs,复合材料的常见制备方法,溶液共混法,熔融共混法,原位聚合,法,自组装,技术,溶胶凝胶,法,放电等离子烧结,技术,电泳沉积,法,10,CNTs,复合材料的常见制备方法,Y,代表复合物的杨氏模量，,代表材料的力学强度，,V,f,为,CNTs,在复合物中的体积百分比,11,原位聚合,CNTsHA,复合材料,Scheme 1.Schematic representation of grafting of HA on,SWCNTs1.,1,.Neelgund,G.M.,et al.,A simple and rapid method to graft hydroxyapatite on carbon nanotubes.Materials Science and Engineering:C,2011.31(7):p.1477-1481.,12,The grafting of HA on carboxylated SWCNTs was characterized by,FTIR spectroscopy shown in Fig.1,.,The chemical composition of HA is Ca,10,(PO,4,),6,(OH),2,13,P-O,-OH,-OH,C=O,The results obtained,from XRD confirm the grafting of HA onto SWCNTs-COOH.,14,G-band,D,-band,Fig.4.SEM images of(a)SWCNTs-COOH and(bd)f-SWCNTs.,15,Fig.5.TEM images of(a)SWCNTs-COOH and(bd)f-SWCNTs,.,16,存在的问题及,展望,CNTs,在应用中主要遇到,2,个方面的问题，即,分散性和生物安全性。,CNTs,作为一种极富前景,的组织,工程支架材料，展现出较好的细胞增殖率、,附着率、骨传导性和骨诱导性。,CNTs,作为一种,新兴,的骨组织工程支架值得深入研究，特别是在,降解,速度和慢性毒性方面。,17,References,IIJIMA,S.,HELICAL MICROTUBULES OF GRAPHITIC CARBON.NATURE,1991.354(6348):p.56-58,.,Neelgund,G.M.,et al.,A simple and rapid method to graft hydroxyapatite on carbon nanotubes.Materials Science and Engineering:C,2011.31(7):p.1477-1481,.,万乾炳,温,.A.,吕,.A.,碳纳米管复合骨组织工程细胞支架的研究进展,.,国际口腔医学杂志,2010(04):,第,460-463,页,.,L.P.Zanello,B.Zhao,H.Hu,R.C.Haddon.Bone cell proliferation on carbon nanotubes.,2006,Firkowska,I,Olek,M,Pazos-Perz,N,Rojas-Chapana,J,Giersig.Highly ordered MWNT-based matrixes:topography at the nanoscale conceived for tissue engineering.Langmuir.,2006,18,Thanks,！,