中国粉体网讯 生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料，即直接用于人体或与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料。生物陶瓷不仅具有不锈钢、塑料等所具有的特性，而且具有亲水性，能与细胞等生物组织表现出良好的亲和性，在集体组织修复、替代以及再生的过程中具有非常重要的作用，因此生物陶瓷材料的研究已经成为我国生物医学工程中的重要方向。生物陶瓷材料之前，在医药学领域应用最为广泛的材料就是金属材料和有机材料，但这两种类型的材料都存在严重的缺点，金属材料植入人体体内以后容易发生腐蚀，有机材料的强度较差，因此研究生物陶瓷材料具有重要应用价值。
其中，生物陶瓷在骨骼移植研究中占有重要地位。骨骼是一种复杂的生物矿化组织，由微纳米尺度的有机（细胞、蛋白质）和无机（羟基磷灰石、碳酸钙）材料组装而成。理想的生物材料需要具有优良的骨传导性与骨诱导性，能高效促进新生骨的形成。而生物材料植入体的表面与宿主细胞直接接触，其物理化学特征是生物材料成功应用的关键因素之一。越来越多证据表明，材料表面的微纳米形貌及其化学特征能有效调控细胞的成骨活性。然而，传统的三维打印陶瓷支架的表面改性主要基于水热法、有机模版法等化学方法，这种非生物调控的矿化过程不利于晶体尺寸与结晶度的控制，从而限制了其生物学效应的高效发挥。
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员带领的研究团队提出微生物催化活性矿物诱导成骨的思想，并利用微生物催化作用构建生物陶瓷支架表面微纳米结构用于骨组织再生。
微生物催化活性矿物诱导成骨示意图
研究团队利用产脲酶菌（S.cohnii）的代谢作用在陶瓷材料表面诱导出均匀的生物矿化层。在这个过程中，微生物首先粘附在基底陶瓷表面，在脲酶和碳酸酐酶的催化下提升微环境中的pH与CO32-浓度。同时，细菌细胞壁表面的负电性基团吸附Ca2+，促进碳酸钙颗粒的结核与生长。微生物在陶瓷材料表面构建的纳米碳酸钙矿物明显抑制了硅酸钙陶瓷的快速降解，并对骨髓间充质干细胞的粘附、铺展、增殖、迁移和分化等细胞生物活性具有更好的促进作用。在皮下植入和大块骨缺损修复动物实验中，微生物催化的表面生物材料具有良好的生物相容性，表现出显著的促骨组织再生的优良生物活性。微生物催化的生物活性材料用于骨组织再生是一种微生物与组织工程相结合的新方法，这种策略为生物医学材料的制备提供了新思路。
微生物催化活性矿物形成在三维支架上诱导骨形成
吴成铁研究员来自上海硅酸盐研究所生物材料与组织工程研究中心生物材料与组织工程课题组，该研究组研究方向有组织修复再生和组织工程生物活性材料基础与应用研究（包括生物玻璃、生物陶瓷、生物高分子材料、天然生物材料、生物复合材料、纳米生物材料、多孔支架材料）、生物材料数字化智能制造与生物3D打印、兼具肿瘤治疗等疾病治疗功能的生物活性材料研究、细胞与生物材料相互作用及生物材料体内效应研究等。早在今年年初，吴成铁研究员带领的研究团队就在多功能黑色生物活性陶瓷材料研究方面取得进展。当时他们通过对传统的白色生物活性陶瓷材料（硅酸盐和磷酸盐等）进行热还原处理，研制出新一代“黑色生物活性陶瓷”，将传统生物活性陶瓷材料的应用领域从组织再生拓展到肿瘤等疾病治疗。
参考来源：上海硅酸盐研究所
（中国粉体网编辑整理/山川）
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