劉鎧銘（鄭州外國(guó)語(yǔ)新楓楊學(xué)校，河南 鄭州 450001）

骨骼作為人體的重要支架，具備造血、支撐等多種功能。但是在臨床中，因?yàn)槟[瘤并發(fā)、外部創(chuàng)傷及感染引發(fā)的骨骼缺損很普遍。在臨床治療中，我們建議選擇自體骨移植或者異體骨移植，但是自體骨移植容易引發(fā)患者取骨部位的感染，而異體骨帶來(lái)的則是患者的排異反應(yīng)，也具有感染的潛在風(fēng)險(xiǎn)。利用高中化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，代替自體骨和異體骨制作骨修復(fù)材料，在臨床應(yīng)用上取得了一定成效。

1 骨修復(fù)材料——羥基磷灰石

探明天然骨的構(gòu)成成分，才能基于仿生角度加強(qiáng)骨修復(fù)材料的研究。目前認(rèn)為納米HA和膠原質(zhì)是天然骨的主要組成部分，并且含有納米晶體雙相復(fù)合材料。在骨修復(fù)材料的研發(fā)過(guò)程中，我們選擇可以講解的有機(jī)高分子作為基體填充材料，加入HA，起到骨修復(fù)材料性能融合的作用。因此也獲得了骨修復(fù)的理想型材料。在這些理想型骨修復(fù)材料中，羥基磷灰石的骨修復(fù)應(yīng)用價(jià)值得到普遍肯定。其主要成分是天然骨無(wú)機(jī)鹽，因此其自身的骨傳導(dǎo)性和生物相容性都是其臨床應(yīng)用的天然優(yōu)勢(shì)，特別是近幾年研發(fā)的納米級(jí)羥基磷灰石，其成分越發(fā)接近天然骨，在臨床骨修復(fù)治療中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用前景廣闊。羥基磷灰石屬于典型的骨修復(fù)生物活性材料，涵蓋人體骨骼的無(wú)機(jī)成分，當(dāng)將其作為骨修復(fù)材料植入人體后，促使人體的纖維細(xì)胞及新生毛細(xì)血管自由填充在孔隙中并且開(kāi)始生長(zhǎng)，最終發(fā)育為人體骨修復(fù)的骨細(xì)胞及成骨細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)骨組織結(jié)構(gòu)的建構(gòu)。早在七十年代，人們就開(kāi)始嘗試將其作為骨修復(fù)材料，而八十年代問(wèn)世的HA—聚乙烯復(fù)合材料使得羥基磷灰石組織相容性得以保留，同時(shí)抗脆，是骨修復(fù)臨床應(yīng)用的最佳選擇。

2 骨修復(fù)材料——生物活性玻璃

生物活性玻璃也是較常用的生物活性骨修復(fù)材料，其也是高中化學(xué)知識(shí)的醫(yī)學(xué)延伸應(yīng)用體現(xiàn)。普通玻璃其成分多為硅酸鹽、硅酸鈉和硅酸鈣等，而生物活性玻璃的構(gòu)成則是CaO·2SiO2·2P2O5，這種成分構(gòu)成便于體系中潔凈磷灰石和硅灰石晶體的有效分離，實(shí)現(xiàn)玻璃強(qiáng)度的提升。生物活性玻璃可以與人體骨骼形成穩(wěn)定的高強(qiáng)度的界面結(jié)合體，以此促使骨細(xì)胞中的某些基因復(fù)活，骨細(xì)胞迅速分化，帶動(dòng)其增殖能力的提升。骨再生的速率甚至超過(guò)自身骨。目前生活活性玻璃在骨缺損臨床應(yīng)用中效果明顯。但是其也有自身應(yīng)用的局限性，早在1968年，學(xué)者Hench就認(rèn)為生物活性玻璃更適合骨再生，而不適用于大面積的骨修復(fù)。而后期大量的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一論斷。實(shí)驗(yàn)中將含80%SiO2，17%CaO，3%P2O5的玻璃放入模擬體液中，人體模擬液成分與人體的血漿基本相似，7天之后，在玻璃的表層會(huì)有一些球形的顆粒附著，而球體的數(shù)量是數(shù)以萬(wàn)千的，大小在50nm。對(duì)應(yīng)的鈣磷的比例是1.2。與生物體中鈣磷比相接近。用電子顯微鏡進(jìn)行觀察，我們發(fā)現(xiàn)玻璃表面形成的磷灰石晶體與自然骨頭中的磷灰石晶體相似，該實(shí)驗(yàn)也說(shuō)明，骨其實(shí)是可以再生在玻璃表面的，在骨再生后，玻璃會(huì)自動(dòng)降解。臨床上建議選擇多孔玻璃片，降解速度快也加大流體與玻璃的接觸面積，

帶動(dòng)玻璃的整體性轉(zhuǎn)化。在臨床上，建議小范圍的骨缺損修復(fù)使用。生物活性玻璃是如何誘導(dǎo)羥基磷灰石生成的呢？在玻璃的表層，O原子成鍵的堿金屬離子會(huì)溶解，而對(duì)應(yīng)的玻璃中含有的硅酸鹽與磷灰石進(jìn)行催化反應(yīng)，水接觸到玻璃表面時(shí)，實(shí)現(xiàn)了鈣鈉離子的溶解，

形成凝膠層，成骨細(xì)胞鋪置到層上，體液中的氫離子進(jìn)入玻璃中。玻璃中含有的鈣離子分離出來(lái)，產(chǎn)生晶核，對(duì)鈣離子和磷酸離子起到誘導(dǎo)，促使羥基磷灰石形成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)骨修復(fù)。

3 骨修復(fù)材料——有序硅基介孔材料

近幾年，針對(duì)骨修復(fù)過(guò)程中普遍面臨的高感染率和修復(fù)遲滯兩大關(guān)鍵問(wèn)題，在嘗試了不可降解骨修復(fù)材料之后，人們也著手于可降解骨修復(fù)材料的研發(fā)。以有序介孔材料為基體，從材料組成改性、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生物活性因子裝載等多個(gè)角度入手，做好骨修復(fù)新型材料的研發(fā)成為必然趨勢(shì)。最早引入的是介孔陶瓷材料，其對(duì)應(yīng)的孔徑范圍大于2納米小于50納米，這個(gè)孔隙大小方便與機(jī)體體液反應(yīng)，納米磷灰石因此在表面成型，完成骨修復(fù)。其表面積更為開(kāi)放，因此其生物活性更強(qiáng)?？紫兜呢?fù)載能力更強(qiáng)，當(dāng)其進(jìn)入人體后可以自主控制負(fù)載物的釋放量，應(yīng)用效果更明顯。隨著人們對(duì)有序硅基介孔材料研究的深入，其在骨修復(fù)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)也更加明顯。M41S系列硅基介孔材料是當(dāng)前應(yīng)用較廣的骨修復(fù)材料，其孔徑在2～10nm范圍，而且在孔隙分布上也具有骨修復(fù)的天然優(yōu)勢(shì)，其孔隙分布是十分均勻的，便于后期藥物釋放量的自主控制。正是因?yàn)樵摬牧蠘?gòu)成的特殊性，其實(shí)現(xiàn)了肽、蛋白質(zhì)等我氐的局部釋放，奠定骨修復(fù)過(guò)程中骨細(xì)胞生理功能的基礎(chǔ)框架。對(duì)于植入促進(jìn)骨形成的生物分子設(shè)計(jì)提供了新思路。未來(lái)的幾年，這也是骨修復(fù)研發(fā)的主導(dǎo)方向。在骨修復(fù)臨床治療中選用生物相容特性或生物可吸收性的硅基介孔材料，促使表面羥基磷灰石的形成，在局部釋放出肽、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，幫助人體骨骼產(chǎn)生新的活體組織細(xì)胞，從而達(dá)到骨修復(fù)的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

醫(yī)學(xué)臨床上，骨損傷導(dǎo)致的骨缺失很普遍，自體骨移植的感染風(fēng)險(xiǎn)，異體骨移植的排異反應(yīng)，讓我們不得不反思如何創(chuàng)新骨修復(fù)材料。利用高中化學(xué)的相關(guān)原理知識(shí)，做好骨修復(fù)材料的創(chuàng)新研究是當(dāng)前骨修復(fù)材料研究的一大方向。本文重點(diǎn)分析了羥基磷灰石、生物活性玻璃、有序硅基介孔材料三種比較典型的骨修復(fù)材料，基于化學(xué)研究及化學(xué)實(shí)驗(yàn)的視角，探明其骨修復(fù)原理，論證了其在臨床醫(yī)學(xué)骨修復(fù)中的優(yōu)勢(shì)，為骨修復(fù)材料的研發(fā)提供有效思路。

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