美國加利福尼亞大學Riverside分校納米科學與工程中心著名教授Haddon研究小組最近發(fā)現(xiàn),碳納米管可以用作新骨生長的“腳手架”,這對骨質(zhì)疏松患者和骨折者來說是一個好消息。
人造骨支架可由多種材料構成,例如聚合物或縮氨酸纖維。但是它們的強度低,并且有被人體排斥的潛在可能。碳納米管尺寸只有人類頭發(fā)的十萬分之一,而且強度高,彈性好,密度低。另外,還有一項非常重要的特征,即它是碳基的,可以替代骨骼中的有機部分。這些性質(zhì)使碳納米管非常適合做支撐新骨生長的支架。骨組織是膠原質(zhì)纖維和羥磷灰石晶體的復合物,這種復合物是基于磷酸鈣的一種無機物。膠原質(zhì)三螺旋體可以本能地形成尺寸很小的納米束,作為羥磷灰石晶體的生長模板。Haddon小組證明碳納米管能夠取代膠原質(zhì)的角色誘導羥磷灰石晶體生長。經(jīng)過化學處理后,碳納米管能夠吸引鈣離子,促進結晶過程,在增強碳納米管水溶性的同時,它的生物適應性也提高了。
在此領域國內(nèi)外都已進行了研究并取得一些成果。美國肯塔基基金會大學2001年8月1日公開的US6670179碳納米管的分子功能及用作神經(jīng)細胞生長的培養(yǎng)基,指出一個細胞及其培養(yǎng)基和神經(jīng)再生系統(tǒng)包括一根碳納米管和一個長于其上的神經(jīng)細胞,他們還提出了促進神經(jīng)細胞生長的方法。
美國倫斯勒工學院2001年11月22日公開的WO0187193應用于生物醫(yī)學的導電納米合成材料,將造骨細胞放置于導電的納米合成材料上,電子激發(fā)能夠增強造骨細胞的增殖。這種合成材料包括導電的納米材料和具有生物適應性的聚合物或陶瓷,碳納米管也可以作為導電納米材料。
清華大學材料系崔福齋教授課題組研制成功的“NB系列納米晶膠原基骨材料”, 與原有傳統(tǒng)人工骨材料的最大區(qū)別在于修復后的骨頭和人體骨完全一樣,不會在體內(nèi)留下植入物。2002年2月27日他們公開了01141901含有納米相鈣磷鹽、膠原和海藻酸鹽的骨材料的制備方法,發(fā)明的骨材料具有優(yōu)異的生物相容性,結構上也具有仿骨性。其鈣磷鹽晶體尺寸在納米量級,與有機成分膠原的結合緊密,排列有一定規(guī)律,由于采用的是天然原料此材料的生物相容性也很好。
山東大學2003年9月10日公開的03112066羥基磷灰石/碳納米管復合材料及其制備工藝,涉及一種羥基磷灰石與碳納米管的復合材料及其制備工藝。該復合材料主要由羥基磷灰石和碳納米管兩部分組成。工藝過程為先采用化學沉淀法合成羥基磷灰石,不經(jīng)過固液分離過程,直接與碳納米管復合制備出羥基磷灰石-碳納米管復合材料。該復合材料具有良好的機械性能和生物相容性,同時具有一定的磁性及吸波性,可用于人體骨的修復、替換及骨科疾病的體外物理治療等方面,并在人體承重骨及磁性和吸波材料方面具有應用潛力。
清華大學2002年12月27日公開的02117633碳納米管增強的高分子基骨修復用復合材料,是一種碳納米管增強的高分子基骨修復用復合材料,以微生物合成的聚羥基脂肪酸酯(PHA)為基體,并以碳納米管增強。所得復合材料具有良好的生物可降解性和生物相容性以及PHA材料獨特的壓電性和碳納米管的良好導電性,并具有足夠的力學強度,適合于作骨修復用材料。
這項研究屬于材料科學和生物醫(yī)學的交叉領域,能夠增加人造骨的彈性和強度,改善接骨的方法,以及提出了治療骨質(zhì)疏松癥的新途徑,引起了國內(nèi)外的普遍關注,有很好的應用前景。這項發(fā)現(xiàn)還顯示:納米科技用種種辦法可以讓人體自我醫(yī)治。
人造骨支架可由多種材料構成,例如聚合物或縮氨酸纖維。但是它們的強度低,并且有被人體排斥的潛在可能。碳納米管尺寸只有人類頭發(fā)的十萬分之一,而且強度高,彈性好,密度低。另外,還有一項非常重要的特征,即它是碳基的,可以替代骨骼中的有機部分。這些性質(zhì)使碳納米管非常適合做支撐新骨生長的支架。骨組織是膠原質(zhì)纖維和羥磷灰石晶體的復合物,這種復合物是基于磷酸鈣的一種無機物。膠原質(zhì)三螺旋體可以本能地形成尺寸很小的納米束,作為羥磷灰石晶體的生長模板。Haddon小組證明碳納米管能夠取代膠原質(zhì)的角色誘導羥磷灰石晶體生長。經(jīng)過化學處理后,碳納米管能夠吸引鈣離子,促進結晶過程,在增強碳納米管水溶性的同時,它的生物適應性也提高了。
在此領域國內(nèi)外都已進行了研究并取得一些成果。美國肯塔基基金會大學2001年8月1日公開的US6670179碳納米管的分子功能及用作神經(jīng)細胞生長的培養(yǎng)基,指出一個細胞及其培養(yǎng)基和神經(jīng)再生系統(tǒng)包括一根碳納米管和一個長于其上的神經(jīng)細胞,他們還提出了促進神經(jīng)細胞生長的方法。
美國倫斯勒工學院2001年11月22日公開的WO0187193應用于生物醫(yī)學的導電納米合成材料,將造骨細胞放置于導電的納米合成材料上,電子激發(fā)能夠增強造骨細胞的增殖。這種合成材料包括導電的納米材料和具有生物適應性的聚合物或陶瓷,碳納米管也可以作為導電納米材料。
清華大學材料系崔福齋教授課題組研制成功的“NB系列納米晶膠原基骨材料”, 與原有傳統(tǒng)人工骨材料的最大區(qū)別在于修復后的骨頭和人體骨完全一樣,不會在體內(nèi)留下植入物。2002年2月27日他們公開了01141901含有納米相鈣磷鹽、膠原和海藻酸鹽的骨材料的制備方法,發(fā)明的骨材料具有優(yōu)異的生物相容性,結構上也具有仿骨性。其鈣磷鹽晶體尺寸在納米量級,與有機成分膠原的結合緊密,排列有一定規(guī)律,由于采用的是天然原料此材料的生物相容性也很好。
山東大學2003年9月10日公開的03112066羥基磷灰石/碳納米管復合材料及其制備工藝,涉及一種羥基磷灰石與碳納米管的復合材料及其制備工藝。該復合材料主要由羥基磷灰石和碳納米管兩部分組成。工藝過程為先采用化學沉淀法合成羥基磷灰石,不經(jīng)過固液分離過程,直接與碳納米管復合制備出羥基磷灰石-碳納米管復合材料。該復合材料具有良好的機械性能和生物相容性,同時具有一定的磁性及吸波性,可用于人體骨的修復、替換及骨科疾病的體外物理治療等方面,并在人體承重骨及磁性和吸波材料方面具有應用潛力。
清華大學2002年12月27日公開的02117633碳納米管增強的高分子基骨修復用復合材料,是一種碳納米管增強的高分子基骨修復用復合材料,以微生物合成的聚羥基脂肪酸酯(PHA)為基體,并以碳納米管增強。所得復合材料具有良好的生物可降解性和生物相容性以及PHA材料獨特的壓電性和碳納米管的良好導電性,并具有足夠的力學強度,適合于作骨修復用材料。
這項研究屬于材料科學和生物醫(yī)學的交叉領域,能夠增加人造骨的彈性和強度,改善接骨的方法,以及提出了治療骨質(zhì)疏松癥的新途徑,引起了國內(nèi)外的普遍關注,有很好的應用前景。這項發(fā)現(xiàn)還顯示:納米科技用種種辦法可以讓人體自我醫(yī)治。