第31章 纳米生物复合材料

从材料学角度来看，生物体及其多数组织均可视为由各种基质材料构成的复合材料。具体来看，生物体内以无机-有机纳米生物复合材料最为常见，如骨骼、牙齿等就是由羟基磷灰石纳米晶体和有机高分子基质等构成的纳米生物复合材料。人们通过仿生矿化方法制备纳米生物复合材料，获得了优于常规材料的力学性能。

按照生物矿化过程原理，美国科学家找到了一种两亲性肽分子，该两亲分子一端为亲水的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)，另一端含有磷酰化的氨基酸残基，亲水的RGD序列有利于材料与细胞的粘连，而磷酰化的氨基酸残基可与钙离子相互作用。此两亲性肽分子能组装成纳米纤维以期促进生物矿化，使之成为模板指导羟基磷灰石(HA)结晶生长。此两亲分子纳米纤维溶液可形成类似于骨的胶原纤维基质的凝胶，因此可将疑胶注射至骨缺损处作为生成新骨组织的基质。研究表明将凝胶置于含酸和磷酸盐离子的溶液中，20min后体系仿生矿化，HA结晶沿纤维生长，转变成羟基磷灰石-肽复合材料，该纳米生物复合材料坚硬如真骨。

清华大学研究开发的纳米级羟基磷灰石-胶原复合物在组成上模仿了天然骨基质中无机和有机成分，其纳米级的做结构类似于天然骨基质。多孔的纳米羟基磷灰石-胶原复合物形成的三维支架为成骨细胞提供了与体内相似的微环境。细胞在该支架上能很好地生长并能分泌骨基质。体外及动物实验表明，此种羟基磷灰石-胶原复合物是良好的竹修复纳米生物材料。