隨著社會發(fā)展，關(guān)節(jié)疾病以及骨損傷事件大幅攀升，臨床上對于骨科內(nèi)植入材料的需求日益增長。骨水泥被用作固定骨科內(nèi)植入物，并且可以顯影、跟蹤病人術(shù)后康復進程，是臨床上不可或缺的一種重要骨科材料。目前廣泛使用的骨水泥材料是基于丙烯酸酯高分子樹脂和無機顯影劑（硫酸鋇，二氧化鋯等）的復合材料。由于微米級無機顯影劑材料和高分子樹脂基體之間相容相差，易發(fā)生相分離，產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低骨水泥力學性能、影響使用效果，縮短使用壽命。
針對這一核心問題，寧波材料所生物醫(yī)用高分子團隊提出將表面改性和納米粒子原位合成相結(jié)合的思想，通過采用雙官能團小分子表面修飾劑，調(diào)控硫酸鋇納米粒子形貌，改善硫酸鋇納米粒子和高分子基質(zhì)相容性，提高其和樹脂基體的結(jié)合力。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合過硫酸根離子原位分解過程，實現(xiàn)表面改性硫酸鋇粒子可控原位合成（圖1，圖2）。
研究發(fā)現(xiàn)，通過系統(tǒng)改變表面修飾劑的種類、含量、以及過硫酸根原位分解過程，可以系統(tǒng)調(diào)控表面改性硫酸鋇納米粒子的形貌（圖3）。所制備骨水泥具有優(yōu)異的力學性能。與常用骨水泥材料相比，壓縮強度從70 MPa提高到120 MPa，彎曲模量從1800 MPa提高到2500 MPa，其它性能指標也滿足相關(guān)標準要求（圖4）。X光成像實驗證明其具有優(yōu)秀的顯影性能。細胞相容性研究則表明其細胞相容性良好，在一定條件下甚至能促進細胞黏附。
目前部分研究成果已經(jīng)在英國皇家學會雜志Journal of Materials B 上發(fā)表論文兩篇（Journal of Materials Chemistry B 2013, 1, 4043-4047; Journal of Materials Chemistry B 2014, 2, 1264-1274）；授權(quán)中國發(fā)明專利四項（ZL 201210363129.X, ZL 20121032861.5, ZL 201210363017.4, ZL 201210362670.9）。相關(guān)研究成果為表面改性納米硫酸鋇在骨水泥以及其它相關(guān)醫(yī)用材料中的進一步應(yīng)用奠定了堅實的科學基礎(chǔ)。
該工作得到了國家自然科學基金、寧波市自然科學基金、中科院“百人計劃”、以及教育部留學回國人員啟動基金的資助。
圖1.雙官能團表面修飾劑分子結(jié)構(gòu)
圖2.表面改性納米硫酸鋇及骨水泥合成示意圖
圖3.不同預加熱時間對MSAH表面修飾BaSO4納米粒子形貌的影響
(MSAH/BaCl2 摩爾比: 0.064，預加熱時間分別為a-f: 0, 15 min, 30 min, 60 min, 120 min, 240 min)
圖4. MSAH表面改性納米 BaSO4骨水泥力學性能。
S0: 微米尺度未表面改性BaSO4 粒子, S1–S5: 不同MSAH/BaCl2 摩爾比所合成 BaSO4納米粒子（0, 0.041, 0.082, 0.164, 0.328）
黑色：MSAH修飾，紅色：無MSAH表面修飾
