1、本研究將工業(yè)用壓電陶瓷與天然骨的壓電效應(yīng)相類似的特性引入生物材料的仿生設(shè)計(jì)，從電活性角度開(kāi)發(fā)新型的骨替代材料。將新型無(wú)鉛壓電陶瓷鈮酸鋰鈉鉀(LNK)分別與生物陶瓷羥基磷灰石(HA)和β-磷酸三鈣(TCP)復(fù)合，制備成不同含量組成的生物壓電陶瓷。通過(guò)對(duì)材料壓電效應(yīng)和成骨特性的檢測(cè)，來(lái)研究與骨組織電學(xué)性能相匹配的生物材料。 基本設(shè)計(jì)理念為： 一、骨的壓電性決定了骨的塑形和改建，而壓電陶瓷的壓電效應(yīng)，即機(jī)械能和電能的互相轉(zhuǎn)換能

2、力與骨類似。因此，壓電陶瓷LNK與生物陶瓷復(fù)合制備，可將兩類陶瓷的特性優(yōu)化組合來(lái)模擬天然骨的無(wú)機(jī)組成和電活性特征，將會(huì)進(jìn)一步提高了材料的生物活性。 二、壓電陶瓷材料的選擇：壓電陶瓷系列品種眾多，應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的壓電陶瓷大多數(shù)為含鉛陶瓷，鉛含量占到70％左右，壓電性能較高。眾所周知，鉛嚴(yán)重危害環(huán)境和人體健康，為了達(dá)到醫(yī)用材料生物相容性的要求，必須選擇無(wú)鉛類壓電陶瓷。LNK 是新型無(wú)鉛壓電陶瓷，具有良好的壓電性能，其組成成分均為人體

3、必須的微量元素，無(wú)毒，無(wú)致畸作用，與其它無(wú)鉛壓電陶瓷相比，壓電性能高，性能穩(wěn)定。 三、生物陶瓷HA和β-TCP有著與天然骨相類似的組成和結(jié)構(gòu)，與體內(nèi)復(fù)雜的生理環(huán)境有天然的親和力。β-TCP具有良好的生物降解性能，在特定的組成比例下，HA/TCP陶瓷還具備骨誘導(dǎo)特性。本研究設(shè)計(jì)HALNK和TCPLNK兩種生物壓電陶瓷，又可稱為非降解和可部分降解的生物壓電陶瓷，不僅提高的材料生物活性，還為今后的臨床需求提供了多種選擇。 本課

4、題由三部分實(shí)驗(yàn)組成： 1.生物壓電陶瓷材料的制備與電學(xué)性能表征 本實(shí)驗(yàn)采用工業(yè)制備壓電陶瓷的常規(guī)方法，對(duì)制備工藝進(jìn)行改良，將生物陶瓷HA和β-TCP分別與壓電陶瓷LNK以1/10，2/8，3/7，46，5/5，6/4，7/3，8/2 含量復(fù)合。電學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果顯示，壓電性能隨著LNK含量的增加而升高；組成相HA、β-TCP和LNK，均保持了原有的特性；1/10和5/5壓電性能有等級(jí)差異。經(jīng)過(guò)制備工藝改良，生物壓電陶瓷最大

5、限度的避免了外界不良因素的干擾，提高材料的生物活性和生物相容性。 2.生物壓電陶瓷體外誘導(dǎo)形成類骨磷灰石的研究 生物材料誘導(dǎo)形成類骨磷灰石的能力是決定材料是否具有骨誘導(dǎo)性的首要條件。本實(shí)驗(yàn)在模擬體液中分別測(cè)試幾種壓電陶瓷樣本的誘導(dǎo)礦化性能。結(jié)果顯示，類骨磷灰石晶體在生物壓電陶瓷的負(fù)極面大量沉積生長(zhǎng)，而正極端較少；類骨磷灰石晶體在樣本負(fù)極面沉積量從大到小排列：TCPLNK1/10>TCPLNK5/5>HALNK1/10>H

6、ALNK5/5>LNK。結(jié)果表明，生物壓電陶瓷誘導(dǎo)形成類骨磷灰石能力是由材料的負(fù)極面對(duì)體液中離子定向誘導(dǎo)吸附能力和β-TCP相的生物降解性能共同作用的結(jié)果。 3.生物壓電陶瓷促進(jìn)大鼠來(lái)源成骨細(xì)胞活性的研究 TCPLNK和HALNK與大鼠來(lái)源的成骨細(xì)胞在接種早期就表現(xiàn)了良好的粘附性，形態(tài)正常，增殖和分化功能旺盛，呈復(fù)層生長(zhǎng)；在所有樣本負(fù)極面的成骨細(xì)胞增殖和分化能力均高于正極面；TCPLNK1/10負(fù)極面的成骨細(xì)胞增殖和堿性

7、磷酸酶活性明顯優(yōu)于其它組。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：①生物壓電陶瓷TCPLNK和HALNK有著優(yōu)良的生物相容性。②LNK 相負(fù)極表面通過(guò)吸附外界的正電荷，形成正電荷集中位，又根據(jù)異種電荷吸引理論吸附體液各種帶負(fù)電荷的成分，從而促進(jìn)了蛋白吸附層的形成和細(xì)胞的粘附聚集。③TCPLNK的β-TCP相生物降解后在陶瓷表面形成了大量的孔隙，提高了材料的骨傳導(dǎo)和骨誘導(dǎo)性。 綜上所述，本研究將工業(yè)用無(wú)鉛壓電陶瓷LNK引入醫(yī)用材料，設(shè)計(jì)制備了新型生物壓電陶