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生物复合材料

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生物复合材料

       通过复合材料与临床医学交叉发展口腔生物复合材料,长期围绕牙周组织和牙齿硬组织缺损治疗用生物复合材料的生物和力学相容这一关键科学问题开展研究.阐明了纳米纤维拓扑结构调控干细胞成骨分化过程的规律性作用。提出了多尺度、多维度填料增强口腔生物复合材料的设计思想,实现了修复材料与牙齿硬组织的模量匹配和界面相容。发明了用于牙齿硬组织替代修复的系列纤维增强树脂桩核产品制备技术,满足患者的个性化根管形态修复需求,实现了批量生产与临床推广应用,获得SFDA的注册证2项,临床推广应用超过百万人次。

功能纳米纤维

 

       从结构的角度来说,天然的细胞外基质是由各种纳米尺度的蛋白纤维原和纤维交织而成的网状结构,静电纺丝制备纤维的直径在数十纳米到微米间可调,由它们松散堆积得到的多孔结构,不仅具有高孔隙率、高表面积、易于组合成不同形状的三维结构,还可以从尺度和形态上仿生模拟天然细胞外基质的胶原纤维(50-500nm)网络结构,这使静电纺丝纳米纤维支架成为组织工程支架的理想选择之一。

        本中心在多项国家自然基金面上项目、国家973、863和科技支撑项目支持下,对用静电纺丝技术制备不同材质的纳米纤维、对纳米纤维形貌和直径的控制,以及对纳米纤维三维堆积的控制等方面,进行了系统深入的研究,自行开发设计和加工了多组静电纺丝设备和多种纤维接收装置,成功制备了具有不同特性的多种纳米纤维,包括合成高分子/天然高分子复合,有机-无机复合,陶瓷和生物活性碳纳米纤维等。

        在此基础上,详细研究了各种材料的亲疏水性、力学性能和体外降解性能,并将它们作为口腔引导组织再生和颌骨修复材料,结合MC3T3-E1成骨细胞、MG-63、BMSCs和牙周膜细胞的体外培养,系统研究了纳米纤维材料的生物相容性、细胞亲和性、纳米尺度人工细胞外基质对细胞生物学行为的影响。

 

 

硬组织再生修复材料

 

①基于功能纳米纤维构建的梯度功能化引导组织再生膜,是引导组织再生术的关键材料,可用于牙周缺损、齿槽骨缺损、颌骨缺损的再生修复治疗,所提供的膜阻隔功能,可以有效防止结缔组织细胞侵入骨缺损部位,成骨活性成分羟基磷灰石的引入,具有促进成骨的作用。

②基于相分离技术和致孔剂发构建的三维多孔支架,同时具有孔径为200-400um的贯穿孔结构,利于细胞进入生长,同时具有纳米纤维化孔壁,利于营养物质和代谢废物的传输,结合生物矿化和碳纳米材料增强,是一类有应用前景的骨组织工程支架材料。

③通过对明胶的衍生化改性,引入新的交联机制,发展了明胶-聚膦腈、明胶-聚酯和明胶-聚N-异丙基丙烯酰胺等数种复合水凝胶材料,依据交联方法的不同,可获得可注射水凝胶用于非承重骨缺损的填充修复。

④基于溶胶-凝胶/静电纺丝技术制备的磷酸钙陶瓷纳米纤维材料,通过改变制备参数,可获得三维支架或短纤维粉末材料,用于引导骨组织再生修复。

 

 

口腔修复关键材料:

 

①复合树脂:口腔医用复合树脂是以高分子树脂基体、填料以及引发体系复合而成的椅旁光固化修复材料,该类复合树脂多采用甲基丙烯酸酯单体及其改性树脂,但因它们的玻璃化转变温度较高,使用条件下处于玻璃态,脆性大导致机械强度不高,耐磨性较差,尤其是冲击强度较差。此外,单体聚合时存在一定的体积收缩,这种收缩应力作用于粘接界面和牙体组织,影响充填修复的预后效果,其改进方法通常是通过填料技术实现其增韧增强。本中心基于多尺度/多维度填料技术研发的复合树脂,具有强度高、耐磨性好、聚合收缩低的优良特性,可用于龋齿的填充修复。

②纤维桩是一种新型口腔材料,具有生物相容性好、美观、高强、模量与牙本质匹配性好等诸多优点,主要应用于口腔牙体缺损大的牙齿,经过完善根管治疗后,用树脂类牙科粘接剂将纤维桩粘接在牙齿根管内,再在此基础上堆积牙科充填树脂,恢复牙齿冠部外形,并可以修整成冠桥修复体预备体形态,为冠桥修复体提供固位和支持。基于纤维增强复合材料拉挤成型技术本中心研发了系列玻璃/石英纤维增强环氧树脂桩材料和产品,结合CAD/CAM数字化成型技术,发展了适应个性化治疗的一体化纤维桩核。

③光固化高强度纤维,是基于界面相容原理,通过对纤维表面进行改性处理,然后浸渍光固化树脂得到的,具有临床椅旁可操作性,除可作为可塑性的纤维桩材料用于某些特殊根管(如弯曲根管)的桩核治疗,还可以用于制作冠桥、松牙固定和正畸等多种用途。