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第1章 多级微纳结构生物材料1

1.1 引言1

1.2 高岭土增强大孔-介孔微纳支架的制备与性能1

1.2.1 高岭土增强大孔-介孔微纳支架的制备1

1.2.2 高岭土增强大孔-介孔微纳支架的性能2

1.2.3 高岭土增强大孔-介孔微纳支架的细胞相容性和成骨活性6

1.3 “大孔-微孔-介孔”三级微纳结构硅基支架材料以及高活性BMP-2的固载11

1.3.1 大孔-微孔-介孔三级微纳结构硅基支架的制备11

1.3.2 大孔-微孔-介孔三级微纳结构硅基支架的性能13

1.3.3 大孔-微孔-介孔三级微纳结构硅基支架的细胞相容性及成骨活性16

1.4 具有多级结构表界面的高分子基复合支架22

1.4.1 表面涂层大孔-介孔复合支架的制备22

1.4.2 表面涂层大孔-介孔复合支架的性能研究26

1.4.3 表面涂层大孔-介孔复合支架的细胞相容性及成骨活性28

1.5 大孔-微孔-介孔三级微纳结构复合支架的制备及其修复兔临界骨缺损的研究30

1.5.1 大孔-微孔-介孔三级微纳结构复合支架的制备31

1.5.2 大孔-微孔-介孔三级微纳结构复合支架修复兔临界骨缺损研究33

1.6 总结与展望41

参考文献42

第2章 骨组织材料的微纳制造44

2.1 研究背景与问题的提出44

2.2 生物材料的微纳米化及实现途径48

2.2.1 纳米粉体材料48

2.2.2 模板诱导与自组装制备生物材料58

2.2.3 生物材料的微球化技术61

2.3 骨组织修复支架材料的微纳制造65

2.3.1 骨组织修复支架的制造方法65

2.3.2 组织工程支架材料的数字化设计和制造73

2.4 总结与展望78

参考文献79

第3章 纳米骨修复材料的仿生制备85

3.1 引言85

3.2 有机-无机复合骨修复材料的制备策略87

3.2.1 混合成型88

3.2.2 共沉积90

3.2.3 静电纺丝91

3.2.4 凝胶表面沉积92

3.2.5 矿化自组装凝胶体92

3.3 胶原纳米骨修复材料93

3.3.1 胶原骨修复材料的发展94

3.3.2 矿化胶原策略95

3.3.3 胶原的自组装特性96

3.3.4 二维纤维组装结构97

3.3.5 三维类细胞外基质100

3.3.6 胶原溶液中的矿化行为102

3.4 胶原纳米骨修复材料的仿生合成103

3.4.1 胶原-羟基磷灰石骨修复材料103

3.4.2 多组元胶原纳米骨修复材料105

3.5 胶原纳米骨修复材料制品的构建技术110

3.5.1 基于合成羟基磷灰石粉体构建骨修复材料制品110

3.5.2 基于合成矿化产物构建纳米骨修复材料制品110

3.5.3 基于复合凝胶体构建胶原纳米骨修复材料制品112

3.6 总结与展望117

参考文献118

第4章 介孔生物活性玻璃和骨修复122

4.1 生物活性玻璃的发展122

4.1.1 熔融法制备生物活性玻璃122

4.1.2 溶胶凝胶法制备生物活性玻璃123

4.1.3 介孔生物活性玻璃124

4.2 介孔生物活性玻璃的制备及性能125

4.2.1 EISA法制备介孔生物活性玻璃125

4.2.2 两步酸催化法制备介孔生物活性玻璃130

4.2.3 不同形貌的介孔生物活性玻璃131

4.2.4 多元组分的介孔生物活性玻璃136

4.2.5 不同基团功能化的介孔生物活性玻璃138

4.2.6 几种特殊的介孔生物活性玻璃139

4.3 介孔生物活性玻璃的应用140

4.3.1 药物和生长因子的负载140

4.3.2 组织工程支架144

4.3.3 与其他材料的复合150

4.4 总结和展望152

参考文献153

第5章 成骨相关生长因子的固载与控制释放157

5.1 成骨相关生长因子简介158

5.1.1 骨形态发生蛋白-2158

5.1.2 血管内皮生长因子160

5.1.3 成纤维生长因子160

5.2 硅元素掺杂对rhBMP-2成骨活性的影响161

5.2.1 含硅磷酸钙骨水泥支架材料的制备161

5.2.2 CSPC材料对细胞行为的影响161

5.2.3 硅对rhBMP-2结构和活性的影响161

5.2.4 CSPC/rhBMP-2支架体内异位诱导成骨研究164

5.3 生长因子在零维材料表面的固载与控释167

5.3.1 rhBMP-2在纳米氧化硅球表面的固载167

5.3.2 rhBMP-2吸附在氧化硅表面的二级结构的研究170

5.3.3 吸附在纳米二氧化硅上的rhBMP-2的生物活性171

5.4 生长因子在一维纳米表／界面的固载173

5.4.1 单壁碳纳米管173

5.4.2 生长因子在单壁碳纳米管上的固载173

5.4.3 碳纳米管表面BMP-2的微观结构分析175

5.4.4 吸附在单壁碳纳米管上的rhBMP-2的生物活性变化177

5.5 生长因子在二维材料表面的固载与控释180

5.5.1 纳米羟基磷灰石涂层的制备180

5.5.2 rhBMP-2在HAP纳米涂层表面的吸附181

5.5.3 ALP活性183

5.5.4 掺镁纳米HAP涂层185

5.6 生长因子在介孔载体中的固载与控释190

5.7 地塞米松与rhBMP-2的协同诱导成骨活性的研究194

5.7.1 地塞米松和BMP-2协同诱导多能干细胞的成骨分化及其机理195

5.7.2 地塞米松和BMP-2协同诱导C2C12细胞成骨分化196

5.7.3 pH响应的壳聚糖／MSNs负载Dex和BMP-2201

5.8 其他成骨相关生长因子的控释203

5.8.1 血管内皮生长因子的控释203

5.8.2 多生长因子缓／控释系统204

5.9 总结与展望205

参考文献206

第6章 利用三维多孔支架在体内非骨环境构建骨修复体209

6.1 体内非骨部位诱导成骨209

6.1.1 骨诱导现象的历史衍化210

6.1.2 骨诱导性概念210

6.1.3 骨发生和骨形成211

6.1.4 骨生长因子的作用212

6.1.5 三维多孔组织工程支架213

6.1.6 骨修复体的体内组织工程培养技术214

6.2 具有骨诱导性的生物材料214

6.2.1 材料化学因素的作用215

6.2.2 支架宏观孔隙结构特征的作用217

6.2.3 支架表面微纳米结构特征的影响218

6.3 材料骨诱导性机制223

6.3.1 异位骨形成的生理介导机制223

6.3.2 异位骨形成的激发机制假说224

6.3.3 材料诱导成骨的动物模型因素226

6.3.4 植入部位与诱导成骨的关系227

6.3.5 材料理化特征诱导成骨机制229

6.4 体内构建自然骨特征的骨修复体230

6.4.1 体内骨组织工程化230

6.4.2 血管化的重要性230

6.4.3 生物力学特征234

6.4.4 骨缺损修复的动物实验及临床研究234

6.5 挑战与展望237

6.5.1 体内非骨环境构建骨修复体面临的挑战237

6.5.2 展望237

参考文献238

第7章 口腔颌面部骨组织再生的研究与应用244

7.1 概述244

7.2 种子细胞244

7.2.1 成骨细胞在颌骨组织再生中的应用研究245

7.2.2 间充质干细胞在颌骨组织再生中的应用研究246

7.3 成骨诱导因子250

7.3.1 BMP-2在颌骨再生中的应用研究250

7.3.2 PDGF在颌骨再生中的应用研究252

7.3.3 NELL-1在颌骨再生中的应用研究254

7.4 生物支架材料256

7.4.1 材料离子组成在颌骨再生中的应用研究256

7.4.2 微纳结构修饰材料在颌骨再生中的应用研究257

7.4.3 新型蛋白缓释支架材料在颌骨再生中的应用259

7.5 血管化及骨结合研究261

7.5.1 血管化261

7.5.2 骨结合264

7.6 总结与展望270

参考文献270

第8章 纳米氧化钛涂层制备及其抗菌和成骨性能调控275

8.1 钛-氧二元体系275

8.2 纳米氧化钛涂层制备276

8.2.1 等离子体喷涂制备纳米氧化钛涂层276

8.2.2 水热反应制备氧化钛涂层278

8.3 纳米氧化钛涂层性能调控280

8.3.1 紫外辐照调控纳米氧化钛涂层抗菌和成骨性能280

8.3.2 离子交换调控氧化钛涂层的成骨性能282

8.3.3 银注入调控氧化钛涂层抗菌性能284

8.4 总结与展望296

参考文献297

第9章 仿细胞外基质纳米梯度复合涂层的制备与性能304

9.1 引言304

9.1.1 金属植入体表面改性研究的进程304

9.1.2 细胞外基质的作用306

9.1.3 胶原在金属材料表面的嫁接307

9.2 胶原／磷酸钙纳米梯度复合涂层电化学制备及其物化性能308

9.2.1 电化学沉积（制备）参数影响308

9.2.2 复合涂层物化性能315

9.3 胶原／磷酸钙纳米梯度复合涂层电化学沉积机理317

9.3.1 涂层微纳结构分析317

9.3.2 沉积机理319

9.4 胶原／磷酸钙纳米梯度复合涂层生物学效应324

9.4.1 涂层生物学效应324

9.4.2 负载抗菌药物涂层生物学效应330

9.4.3 负载BMP涂层生物学效应339

9.5 总结和展望347

参考文献348

第10章 纳／微米多层镀技术及其在体内植入物中的应用350

10.1 引言350

10.2 纳米、微米多层镀技术350

10.2.1 多层镀薄膜的基本概念350

10.2.2 多层镀薄膜的特性352

10.2.3 多层膜的强化机制355

10.3 纳微米多层镀技术的常用方法356

10.3.1 离子束辅助沉积356

10.3.2 电子束真空蒸镀359

10.3.3 多弧离子镀361

10.3.4 磁控溅射364

10.4 微纳米镀技术在体内植入物中的应用365

10.4.1 镀层技术在封堵器和血管支架中的应用366

10.4.2 在人工晶体中的应用367

10.4.3 在口腔科中的应用368

10.4.4 骨科中的应用370

10.4.5 在抑菌中的应用371

10.5 总结与展望371

参考文献373

第11章 牙种植体表面处理技术及临床应用377

11.1 光滑表面与粗糙表面378

11.1.1 光滑表面种植体378

11.1.2 粗糙表面种植体378

11.1.3 种植体表面处理方式379

11.2 种植体表面纳米改性380

11.2.1 纳米表面几何形貌381

11.2.2 纳米化钛种植体表面的生物学性能382

11.2.3 抗菌性纳米化钛种植体表面的制备与性能384

11.2.4 常用钛种植体表面纳米化方法386

11.3 纳米表面种植体的临床应用390

11.3.1 SLA表面与SLActive表面390

11.3.2 OsseoTite表面与NanoTite表面392

11.4 TiO2纳米管表面393

11.4.1 TiO2纳米管阵列394

11.4.2 体外诱导羟基磷灰石形成的能力396

11.4.3 TiO2纳米管表面成骨细胞相容性396

11.4.4 TiO2纳米管作为模板的再修饰研究397

11.5 总结与展望398

参考文献398

第12章 羟基磷灰石纳米颗粒的抗肿瘤生物效应407

12.1 羟基磷灰石纳米颗粒的可控制备407

12.1.1 溶胶-凝胶法合成球形纳米羟基磷灰石408

12.1.2 液相沉淀法合成短棒状纳米羟基磷灰石411

12.1.3 微波-超声液相法合成介孔纳米羟基磷灰石412

12.1.4 纳米羟基磷灰石的荧光标记415

12.2 羟基磷灰石纳米颗粒的抗肿瘤活性及其机理417

12.2.1 羟基磷灰石纳米颗粒抗肿瘤活性的粒径效应418

12.2.2 羟基磷灰石纳米颗粒对不同类型肿瘤细胞的抑制作用423

12.3 其他无机纳米颗粒的抗肿瘤生物效应429

12.3.1 二氧化硅纳米颗粒抗肝癌细胞活性及其机理430

12.3.2 雄黄纳米颗粒抗肝癌细胞活性及其机理434

12.4 总结与展望438

参考文献439

索引443