「人造骨頭簡(jiǎn)介」.doc

人造骨頭簡(jiǎn)介摘要： 陶瓷膏狀人造骨,陶瓷制成的新型人造骨骼,由骨骼的無機(jī)成分磷酸鈣和有機(jī)成份骨膠原組成的復(fù)合材料制成的，金屬鈦的合金材料等材料是目前醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的人造骨骼替代材料。最近發(fā)現(xiàn)海草形成的鈣化骨骼含有碳酸鈣和生物功能玻璃能夠滿足和達(dá)到生理和生物功能，在對(duì)骨缺損的修補(bǔ)和人造骨與自然骨的等手術(shù)上有重要的應(yīng)用。骨科手術(shù)也向著快速成型制造，等離子噴涂人造骨發(fā)展。最后對(duì)兩項(xiàng)新技術(shù)：能生長(zhǎng)的人造骨骼；生物降解泡沫活骨進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：人造骨 種類 工藝 簡(jiǎn)介 引言：科學(xué)在發(fā)展，人類在進(jìn)步，人們對(duì)生活質(zhì)量與水平要求越來越高，對(duì)于生命也越來越重視，而對(duì)于世界上每一個(gè)人來說，無時(shí)無刻不處在運(yùn)動(dòng)之中也就是說我們無時(shí)無刻不在用我們的手臂、腿、腳等部分來完成哪怕白是極其微小的一個(gè)動(dòng)作，而支配這種運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)就是我們的骨骼。很難想象，假若沒有了骨骼和牙齒，人會(huì)變成什么樣子。哪個(gè)白我們的骨骼朋友稍稍出點(diǎn)毛病，也會(huì)使我們的日常生活增添不小甚至是很大的麻煩，如牙齒松動(dòng)，就要影響進(jìn)食；骨骼受傷，輕者臥床休息， 重者需要截肢。 在我們迅猛發(fā)展的科技社會(huì)中，一方面，汽車等現(xiàn)代化的交通工具已經(jīng)緊緊融解在我們的生活里，改變了我們的生活，但同時(shí)也給我們帶來了一個(gè)日益嚴(yán)重的問題：車禍。車禍?zhǔn)乖S多健康人直接暴露在傷筋斷骨甚至是截肢的危險(xiǎn)之中，有時(shí)給他們的心靈造成難以彌合的創(chuàng)傷，人造骨骼應(yīng)運(yùn)而生了。最近兩年來，人造骨骼還是取得了許多可喜的進(jìn)展。人造骨定義：不同時(shí)期對(duì)人造骨的定義不盡相同，早年間，人們只能用木材，金屬作為人造骨，但效果很差，木材很容易腐爛，金屬容易被腐蝕從而使人受到感染，而且考慮到人體的排異性，對(duì)人造骨材料要求更加苛刻了?，F(xiàn)在一般認(rèn)為，人造骨是一種具有生物功能的新型無機(jī)非金屬材料，它類似于人骨與天然牙的性質(zhì)的結(jié)構(gòu)，人造骨可以依靠從人體體液補(bǔ)充某些離子形成新骨，可在骨骼結(jié)合界面發(fā)生分解、吸收、析出等反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)骨骼牢固結(jié)合。但近年間，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了有機(jī)材料也可作為人造骨的良好載體，所以，準(zhǔn)確定義有待商榷。下面我來介紹一些常見的人造骨材料。人造骨運(yùn)用的新材料:1陶瓷膏狀人造骨 日本特殊陶業(yè)公司研制出容易加工、變形的陶瓷制膏狀人造骨。膏狀人造骨可以按照人體骨損壞部位的形狀進(jìn)行加工，但是迄今已有的人造骨硬化時(shí)間都很長(zhǎng)，有的需要幾天時(shí)間。新研制的人造骨特點(diǎn)是硬化快，與已有人造骨大約相差8個(gè)小時(shí)。此外，新產(chǎn)品還具有可防血液浸入骨頭內(nèi)部、可以用專用注射針注入和與原骨親和性高等特點(diǎn)。這家公司開始在東京大學(xué)醫(yī)學(xué)系附屬醫(yī)院等日本國(guó)內(nèi)5家醫(yī)院進(jìn)行了臨床治療骨折實(shí)驗(yàn)，得到的評(píng)價(jià)中“極為有用”占82 。它們爭(zhēng)取于2004年通過制藥公司生產(chǎn)投入市場(chǎng)。2美國(guó)陶瓷人造骨骼 美國(guó)科學(xué)家研制出一種陶瓷制成的新型人造骨骼移植后可以替代人體內(nèi)的真正骨骼且人體內(nèi)的組織細(xì)胞不會(huì)出現(xiàn)壞死現(xiàn)象 并能繼續(xù)生長(zhǎng) 不僅如此這種骨骼在手術(shù)前的二至三小時(shí)就可制作完成。以前，需安裝金屬假肢的或做人體骨骼手術(shù)的患者則要等待較長(zhǎng)時(shí)間才能找到較為合適的金屬假肢或人體骨骼。用陶瓷制造骨骼是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為患者專門定做的， 因此它完全適合患者。這項(xiàng)新技術(shù)依靠x射線來確定骨骼尺寸和形狀，它的精細(xì)度達(dá)到01毫米 制定骨骼之后還可在骨骼上鉆一些小孔 以便手術(shù)醫(yī)生將新骨骼與病人原先之骨骼連接起來。此外這種人造骨骼所用的材料與人體骨骼非常相似，有助于患者更加活動(dòng)自如。外科手術(shù)醫(yī)生寄希望于這項(xiàng)新技術(shù)，因?yàn)榻饘偌僦胁槐M人意，移植骨骼也有缺陷：但陶瓷骨骼能否長(zhǎng)期保持其堅(jiān)固性、仍需實(shí)踐予以檢驗(yàn)。3人造“懶骨頭” 現(xiàn)在， 日本醫(yī)學(xué)科學(xué)家發(fā)明了一種人造骨其工作特點(diǎn)頗具智能，可為病人減少定時(shí)服用鈣制劑及定期測(cè)定血鈣的痛苦，有人戲稱”懶骨頭”。此種義骨的工作原理是將藥物預(yù)先裝入人造骨骼中完成植入手術(shù)。該義骨不僅可支撐體重，同時(shí)當(dāng)體內(nèi)血鈣濃度降低時(shí) 人造骨即釋放鈣離子入Fm：而當(dāng)血鈣升高時(shí)鈣離子即在人造骨表面形成一神奇薄膜，堵塞其表面的微孔 阻止藥物釋放入Fm。4磷酸鈣和骨膠原人造骨骼 日本物質(zhì)和材料研究機(jī)構(gòu)與有關(guān)大學(xué)合作開發(fā)出新的人造骨骼是用由骨骼的無機(jī)成分磷酸鈣和有機(jī)成份骨膠原組成的復(fù)合材料制成的其強(qiáng)度與彈性均接近于真正的骨骼把它移植到缺損部位能很快被吸收并長(zhǎng)出新的骨骼來。在狗身上做實(shí)驗(yàn)表明 大約3個(gè)月就可以再生出新的骨骼來。這一科研成果目前僅處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，尚需進(jìn)行實(shí)用化研究開發(fā)， 才能達(dá)到臨床試驗(yàn)水平。5鈦骨骼 因?yàn)殁伩梢院热梭w骨骼密切結(jié)合，新的骨頭可以貼合在鈦上，所以金屬鈦的合金材料是目前醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的最好的人造骨骼替代材料，鈦被人們贊譽(yù)為”新生物金屬”現(xiàn)在它已開始應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肋關(guān)節(jié)、頭蓋骨、主動(dòng),C-瓣、骨骼固定夾等方面。鈦是一種無毒的純性金屬，正因?yàn)殁伣饘俚摹凹儭?，故物質(zhì)和它接觸的時(shí)候，不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。也就是說， 因?yàn)殁伒哪透g性、穩(wěn)定性高，使它在和人長(zhǎng)期接觸 以后也不影響其本質(zhì)，所以不會(huì)造成人的過敏，它是 唯一對(duì)人類植物神經(jīng)和味覺沒有任何影響的金屬。鈦 又被人們稱為“親生物金屬”。鈦在醫(yī)學(xué)上有著獨(dú)特 的用途。在骨頭損傷處，用鈦片和鈦螺絲釘固定好， 過幾個(gè)月，骨頭就會(huì)長(zhǎng)在鈦片上和螺絲釘?shù)穆菁y里。 新的肌肉就包在鈦片上，這種“鈦骨”就如真的骨頭 一樣，甚至可以用鈦制人造骨頭來代替人骨治療骨折。因此 鈦是一種理想的生物材料。鈦頭、鈦制心臟起搏器不受雷雨天氣的影響：鈦義齒在頭面部MAI檢查中不須拆除修復(fù)體。1 973年在國(guó)內(nèi)首先開始研制成功鈦制人工關(guān)節(jié)此項(xiàng)目在1 978B獲全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。金屬鈦具有良好的生物相容性和彈性模量，但其抗磨性能較差。金屬鈦有強(qiáng)度和良好的韌性很接近生物骨骼的要求 但植入人體或生物體后往往難以產(chǎn)生理想的生物相容性缺乏生物活性只是簡(jiǎn)單的機(jī)械物理結(jié)合，使這種材料的應(yīng)用受到很大的限制。6海草人造骨 德國(guó)基爾市的科學(xué)家成功制成了一種新型的可代替骨頭的生物材料它是生長(zhǎng)在海赫爾果蘭島邊淺水處的某些海草。這些海草形成的鈣化骨骼含有碳酸鈣其表面有布滿直徑51 0微米的小孔與天然骨頭差不多。利用這種多孔材料可以制成性能幾乎與人的骨頭完全一樣的人造骨是理想的骨組織替代物尤其適用于假牙。7生物玻璃人造骨 生物功能玻璃主要是指能夠滿足和達(dá)到生理和生物功能的玻璃。近年來開發(fā)出一些具有生物活性、機(jī)械強(qiáng)度高的生物功能玻璃。它具有與周圍骨質(zhì)結(jié)合牢固(生物活性)：植入骨內(nèi)沒有排異反應(yīng)對(duì)人體無害、無毒(生物親和性)機(jī)械強(qiáng)度較自然骨骼高且在人體內(nèi)無強(qiáng)度疲勞現(xiàn)象， 容易滅菌：成型加工容易等特點(diǎn)。生物功能玻璃多為含鈣和磷的向晶玻璃。將這樣的玻璃植入骨骼后 自玻璃表面溶出的鈣離子與體液中存在的磷酸根離子結(jié)合生成磷酸鈣層借此與骨頭表面新后骨的磷酸鈣層牢固地結(jié)合在一起。生物玻璃主要用在人造骨、人造牙、人造關(guān)節(jié)等方面。這種玻璃的臨床使用將會(huì)為人類生活帶來更多快樂和幸福大大提高人們的生活質(zhì)量。8玻璃基生物水泥(GBC) 生物水泥(骨水泥)在對(duì)骨缺損的修補(bǔ)和人造骨與自然骨的蒙古結(jié)等手術(shù)上有重要的應(yīng)用。它可以在不犧牲生物活性的基礎(chǔ)上 現(xiàn)場(chǎng)成型和加工以滿足骨I-4手術(shù)中矯形或修補(bǔ)的要求對(duì)恢復(fù)骨功能有重要意義。此外： 在手術(shù)中人造骨與機(jī)體內(nèi)的自然骨之間的連接， 需要用骨水泥進(jìn)行秸結(jié)，通常用聚甲基丙烯酸甲酶作為骨蒙古結(jié)劑(bone cement)雖然PMMA骨水泥成型容易，使用方便 但由于其生物相容性差，與人體骨是非骨性結(jié)合，在使用后期會(huì)造成連接部位的松動(dòng)，降低連接強(qiáng)度此外，PMMA水泥不能白行凝固硬化需要添加固化劑，在凝固硬化時(shí)產(chǎn)生大量熱效應(yīng)同時(shí)由于PMMA會(huì)降解成有毒的單位，對(duì)機(jī)體也是十分有害的。因此在手術(shù)中PMMA骨水泥材料的作用受到限制從而提出研制新型骨水泥Jr4-：l-的要求。用玻璃粉作為生物水泥的基體加入調(diào)和液緩凝劑及粘固液制成玻璃基生物水泥(GBC)。利用玻璃中的離子活性大于晶體中的離子活性，降低水化硬化反應(yīng)的活化能從而縮短固化時(shí)間，而且玻璃中離子離析可在中 陛溶液中進(jìn)行此外玻璃本身也可具有很高的強(qiáng)度。玻璃基生物水泥 耐壓強(qiáng)度為55M pa， 抗折強(qiáng)度為1 6 Mpa，凝固時(shí)間為1025分鐘，密度為20122Ogcm 。玻璃基生物zK泥經(jīng)上海新華醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明， 無毒性作用，對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)無影響，對(duì)體內(nèi)血象變化無影響。玻璃基 Jzk：泥有望成為新型的無機(jī)生物水泥材料。人造骨工藝新發(fā)展： 1快速成型制造工藝 傳統(tǒng)方法中醫(yī)生給不幸受傷的人們植入人造骨骼時(shí)，先要根據(jù)所需植入骨骼形狀制備模型， 然后用金屬鈦等進(jìn)行”鑄造”， 費(fèi)時(shí)費(fèi)力且精度不高。德國(guó)科學(xué)家為此發(fā)明一種新型制造工藝一 快速成型制造工藝?？梢岳眉す鈱?duì)金屬鈦等原材料按照特定尺寸進(jìn)行三維切割直接生產(chǎn)出傷者所需要的人造骨骼，這不僅大大縮短制造時(shí)間而且精度也高。弗勞恩霍夫?qū)W會(huì)設(shè)在亞琛的激光技術(shù)研究所由-：1-學(xué)家邁納斯帶領(lǐng)的科研小組首先通過斷層掃描技術(shù)(CT)獲得傷者所需植入骨骼的三維數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)由電腦控制激光束來熔化金屬粉末造出所需的人造骨骼，然后將各“點(diǎn)”連接起來逐層“ 鑄造”。上述工序在一個(gè)可升降的平臺(tái)上完成，因此鑄造完畢一層以后可通過高速平臺(tái)高度重新鋪灑金屬粉末進(jìn)行下一層的“鑄造”工作，最終精確按照CT數(shù)據(jù)制造出傷者所需要的人造骨骼。利用這種制造工藝不僅可以節(jié)約原材料，而且精度高 ，速度快，更重要的是該工藝獨(dú)特的“逐點(diǎn)逐層”制造方法，它可確保制造出各種復(fù)雜形狀的植入骨骼。此外，該工藝還可用來制造其他應(yīng)用領(lǐng)域的特殊形狀物件。科學(xué)家已經(jīng)研制出了利用該工藝生產(chǎn)的儀器，但大規(guī)模臨床使用尚待時(shí)日。2等離子噴涂人造骨羥基磷灰石等離子噴涂，是在已有的金屬?gòu)?fù)合材料表面，用高溫等離子火焰噴涂上一層幾十微米厚的羥基磷灰石。目前醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的人造骨骼替代材料是金屬鈦的合金材料和羥基磷灰石材料。但它們各自存著不可克服的缺陷。使眾多的-：1-學(xué)家為之苦惱：金屬鈦有強(qiáng)度和良好的韌性很接近生物骨骼的要求，但植入人體或生物體后11-3E難以產(chǎn)生理想的生物相容性缺乏生物活性，只是簡(jiǎn)單的機(jī)械物理結(jié)合，使這種材料的應(yīng)用受到很大的限制：羥基磷灰石是與骨骼成分一樣的陶瓷材料，做成人造骨骼后，試驗(yàn)表明，植入生物體后雖然具有很好的生物相容性， 但強(qiáng)度和韌性卻很低，始終不能成為骨骼的理想的替代品，也極大的限制了它在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。而我國(guó)開展的羥基磷灰石等離子噴涂法人造骨骼的研究，創(chuàng)造性的將兩種最具有前途的生物材料揉合在一起。即保持了金屬材料的強(qiáng)度和韌性，保持了羥基磷灰石的生物活性。該涂層克服了一般的簡(jiǎn)單植入骨骼替代品的，常用的是金屬合金或陶瓷涂層所帶來的生物機(jī)體排異陛， 實(shí)現(xiàn)了良好的生物相容性，能夠很好的為成骨細(xì)胞所接受。在生物材料的研究領(lǐng)域， 向前邁了一大步。從生物材料的研究結(jié)果來看，等離子噴涂法在生物活性材料領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)是不言而喻的?？梢灶A(yù)測(cè)的是，在不久的將來，羥基磷灰石等離子噴涂人造骨骼會(huì)真正的造福于那些不幸的車禍或戰(zhàn)爭(zhēng)受害者。人造骨向活性發(fā)展：1能生長(zhǎng)的人造骨骼 活的骨骼是一種復(fù)雜的材料 盡管經(jīng)常被溶解與更新，但還必須像三維結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)一樣發(fā)揮著機(jī)械功能。培育人造骨骼的努力已經(jīng)僅僅集中在補(bǔ)充礦物質(zhì)的組織上，但是沒有能力控制形成的羥磷灰。 和同事們表明通過對(duì)兩性肽段的合理設(shè)計(jì)能夠同時(shí)處理生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)的問題。在pH值低的情況下肽段裝配成長(zhǎng)的圓柱體，上面則是羥磷灰石晶體。這種晶體具有與圓柱體有關(guān)的適當(dāng)方向，并且當(dāng)pH值升高后能夠再溶解。一種關(guān)鍵的骨骼礦物能被誘導(dǎo)，沿著一個(gè)自裝配的腳手架生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)方向與骨膠原中骨骼的生長(zhǎng)方向一致。該晶體也能再溶解，表明這種設(shè)計(jì)過程可能對(duì)制造用于替代礦化組織的新材料會(huì)有所幫助。2生物降解泡沫活骨 多倫多的生物醫(yī)學(xué)專家約翰戴維斯和他的同事們利用改造的生物降解泡沫材料，成功地研制出了一種可用于骨骼移植手術(shù)的人造骨。他們用生物降解泡沫材料為病人做了一個(gè)需修補(bǔ)部位的骨架模型模型上布滿了無數(shù)個(gè)與人體軟骨組織類似的微孔，然后在微孔中植入骨骼生長(zhǎng)細(xì)胞這種人造骨骼模型一旦被植入人體，其中的骨骼生長(zhǎng)細(xì)胞可按骨架方向生長(zhǎng)形成新骨并能被人體很好地吸收從而達(dá)到修補(bǔ)骨骼的目的。本世紀(jì)移植術(shù)將取得巨大進(jìn)步， 不僅手術(shù)的方法將得到完善，外科醫(yī)生還可以利用最新的化學(xué)成果避免排異反應(yīng)，迅速發(fā)展起來的基因工程也將得到應(yīng)用。用待植機(jī)體的健康細(xì)胞人工培植器官的辦法將得到廣泛應(yīng)用。從患者身上取下的細(xì)胞可培育人造陰莖、人造骨頭和軟骨。根據(jù)同樣原理還可以進(jìn)行人工皮膚培植，為燒傷患者進(jìn)行皮膚移植。2 1世紀(jì)治療脫發(fā)也將取得革命性突破，生長(zhǎng)蛋白將使男人重新?lián)碛幸活^濃密的頭發(fā)。參考文獻(xiàn)：1 庾晉 人造骨頭取得的新進(jìn)展，科學(xué)前瞻2 沈思宏 羥基磷酸鈣人造骨的應(yīng)用研究 北京航天材料研究院 3 Samuel I. Stupp and Glenn W. Ciegler Organoapatites: Materials for artificial bone.I. Synthesis and microstructure 19914 Samuel I. Stupp, Jacqueli