第一情报 ---生物与医药

碳纳米管应用的新方向

供稿人:杨莺歌  供稿时间:2005-8-15   关键字:碳纳米管  新骨生长  
 
美国加利福尼亚大学Riverside分校纳米科学与工程中心著名教授Haddon研究小组最近发现,碳纳米管可以用作新骨生长的“脚手架”,这对骨质疏松患者和骨折者来说是一个好消息。
 
人造骨支架可由多种材料构成,例如聚合物或缩氨酸纤维。但是它们的强度低,并且有被人体排斥的潜在可能。碳纳米管尺寸只有人类头发的十万分之一,而且强度高,弹性好,密度低。另外,还有一项非常重要的特征,即它是碳基的,可以替代骨骼中的有机部分。这些性质使碳纳米管非常适合做支撑新骨生长的支架。骨组织是胶原质纤维和羟磷灰石晶体的复合物,这种复合物是基于磷酸钙的一种无机物。胶原质三螺旋体可以本能地形成尺寸很小的纳米束,作为羟磷灰石晶体的生长模板。Haddon小组证明碳纳米管能够取代胶原质的角色诱导羟磷灰石晶体生长。经过化学处理后,碳纳米管能够吸引钙离子,促进结晶过程,在增强碳纳米管水溶性的同时,它的生物适应性也提高了。
                                    
 
图:用碳纳米管做模板生长14天后的骨骼(来源:参考文献2)
 
在此领域国内外都已进行了研究并取得一些成果。美国肯塔基基金会大学2001年8月1日公开的US6670179碳纳米管的分子功能及用作神经细胞生长的培养基,指出一个细胞及其培养基和神经再生系统包括一根碳纳米管和一个长于其上的神经细胞,他们还提出了促进神经细胞生长的方法。

美国伦斯勒工学院2001年11月22日公开的WO0187193应用于生物医学的导电纳米合成材料,将造骨细胞放置于导电的纳米合成材料上,电子激发能够增强造骨细胞的增殖。这种合成材料包括导电的纳米材料和具有生物适应性的聚合物或陶瓷,碳纳米管也可以作为导电纳米材料。
清华大学材料系崔福斋教授课题组研制成功的“NB系列纳米晶胶原基骨材料”, 与原有传统人工骨材料的最大区别在于修复后的骨头和人体骨完全一样,不会在体内留下植入物。2002年2月27日他们公开了01141901含有纳米相钙磷盐、胶原和海藻酸盐的骨材料的制备方法,发明的骨材料具有优异的生物相容性,结构上也具有仿骨性。其钙磷盐晶体尺寸在纳米量级,与有机成分胶原的结合紧密,排列有一定规律,由于采用的是天然原料此材料的生物相容性也很好。

山东大学2003年9月10日公开的03112066羟基磷灰石/碳纳米管复合材料及其制备工艺,涉及一种羟基磷灰石与碳纳米管的复合材料及其制备工艺。该复合材料主要由羟基磷灰石和碳纳米管两部分组成。工艺过程为先采用化学沉淀法合成羟基磷灰石,不经过固液分离过程,直接与碳纳米管复合制备出羟基磷灰石-碳纳米管复合材料。该复合材料具有良好的机械性能和生物相容性,同时具有一定的磁性及吸波性,可用于人体骨的修复、替换及骨科疾病的体外物理治疗等方面,并在人体承重骨及磁性和吸波材料方面具有应用潜力。
 
清华大学2002年12月27日公开的02117633碳纳米管增强的高分子基骨修复用复合材料,是一种碳纳米管增强的高分子基骨修复用复合材料,以微生物合成的聚羟基脂肪酸酯(PHA)为基体,并以碳纳米管增强。所得复合材料具有良好的生物可降解性和生物相容性以及PHA材料独特的压电性和碳纳米管的良好导电性,并具有足够的力学强度,适合于作骨修复用材料。
 
这项研究属于材料科学和生物医学的交叉领域,能够增加人造骨的弹性和强度,改善接骨的方法,以及提出了治疗骨质疏松症的新途径,引起了国内外的普遍关注,有很好的应用前景。这项发现还显示:纳米科技用种种办法可以让人体自我医治。
 
参考文献
1. Carbon Nanotubes Can Serve As Scaffolds For New Bone Growth
http://www.azonano.com
2. A Bone Mimic Based on the Self-Assembly of Hydroxyapatite on Chemically Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes                 
Chem. Mater. 2005, 17, 3235-3241
3.Molecular functionalization of carbon nanotubes and use as substrates for neuronal growth
专利号: US6670179   公开日:2001-8-1 
4.Eelectrically Conducting Nanocomposite Materials for Biomedical Applications
专利号: WO0187193   公开日:2001-11-22
5. 羟基磷灰石/碳纳米管复合材料及其制备工艺
专利号: 03112066   公开日:2003-9-10
6. 中国研制“纳米”人骨逐渐吸收生长融为一体
http://www.br.gov.cn/showzhuanti.asp?newsid=58
7.含有纳米相钙磷盐、胶原和海藻酸盐的骨材料的制备方法
专利号: 01141901   公开日:2002-2-27
8.碳纳米管增强的高分子基骨修复用复合材料
专利号: 02117633   公开日:2002-12-27

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