骨修复材料知识引入高中化学的探讨

    王梓赫

    摘 要 骨修复是临床医学中非常重要的内容，医学科研组开始选用一些比较新型的材料来代替异体骨跟自体骨。据不完全统计，我们生活中因为安全事故造成的骨科疾病，致使功能障碍的人有超过300万人，目前，骨移植已经成为医学第二大需求量，仅次于输血。我们高中的化学知识中有关于骨修复类似的内容，本文便是探讨如何借助高中化学对骨修复材料进行创新，以求更好地为医学服务。

    关键词 骨科修复材料 高中化学 知识引入探讨

    中图分类号：G633.8 文献标识码：A

    骨骼有支撑身体和造血等功能，是人体的重要组成部分。然而，我们的骨骼也有很多的问题出现，影响着我们的身体健康，比如骨骼缺损、骨质疏松、关节炎等。在临床医学的治疗中，我们通常会选用自体骨或异体骨移植，但是这样会引发多种并发症，例如自体骨移植容易感染，而异体骨移植又有排异效应。所以，我们需要利用高中所需的知识，制作一些跟自体骨和异体骨有相同功能的修复材料，到目前来看，在临床医学上已取得了一些成效。

    1生物活性玻璃

    生物活性玻璃是医学上比较常用的一种修复材料，同时也是高中化学应用的医学的一个典型例子。我们都知道，普通玻璃的成分是硅酸盐，而生物活性玻璃的成分有SiO2，Na2O，CaO和P2O5，这几种成分有利于把硅灰石跟洁净磷灰石分离，提升了玻璃的强度。而且，生物活性玻璃能够与人体骨骼相结合，最主要的是能够促进骨骼细胞的迅速分化，以此使得骨骼再生，甚至都可能会超过自体骨的再生能力。在上个世纪六十年代，有位学者提出了一种观点，就是生物活性玻璃不能用于人体大面积的骨骼修复，后期的实验将玻璃（含有80%的SiO2，17%的CaO和3%P2O5）加进人体模拟体液（成分与血浆基本相似）中，在七天之后，玻璃的标称上附着一些类似球形的颗粒物，这些颗粒物都比较小，其中钙磷比为1：2，接近生物体中的钙磷比。通常情况下，磷灰石在体液中是出于过饱和的状态，再加上玻璃中的钙离子溶出，形成磷灰石晶体。在电子显微镜下，我们发现玻璃上的磷灰石晶体与人体骨骼中的磷灰石基本相似。由此可以说明，骨骼能生在玻璃上，但是只能用于小面积的修复。

    在玻璃的表面，碱金属离子会自动溶解，随后硅酸盐与磷灰石产生催化反应，当水接触玻璃的时候，钙离子与钠离子会溶解成凝胶层，钙离子产生晶核诱导钙、磷酸离子形成羟基磷灰石，这就是骨骼修复的过程。

    2羟基磷灰石

    羟基磷灰石（简称HA）是比较典型的一种治疗骨骼修复的生物活性材料，也是人体骨骼中主要的无机成分，其分子式为Ca10（PO4）6（OH）2。在医学上，羟基磷灰石能有效的预防龋齿病，因为其能与牙釉质相容，其矿化液沉淀，能够防止钙离子的流失。借其参照，我们可以将其用于骨骼修复。将羟基磷灰石植入人体内后，某些结缔组织能因其生成骨细胞，但是在某些急剧弯曲的地方，羟基磷灰石比较容易“折断”。所以，我们需要一种比较硬的材料与其相结合。在上个世纪80年代的时候，有专家发现了一种既有组织相容性又有力学特定的物质—HA-聚乙烯（简称PE）。经实验所得，40%的羟基磷灰石均匀受热与HA-聚乙烯相结合是最好的一种修复材料。

    只有了解了人体骨骼的成分，才可以“对症下药”，找出一种适合修复人体骨骼损伤的方法。按化学角度上来说，我们可以在研究过程中选用填充资料的时候使用有机高分子，然后加入羟基磷灰石，使其能促进修复材料的融合，这便是我们需要的理想型材料。

    3有序硅基介孔材料

    介孔材料在化学工业、生物技术和环境能源方面被广泛应用，有序介孔的合成有很多种方法，归其核心方法还是溶胶-凝胶法，所以，在医学上也有很多的应用案例，但在骨骼修复过程中有两个重要性问题：一是高感染率；二是修复迟滞。这是医学上明令杜绝的副作用，所以我们学生没有单独用它在做实验，而是跟多种材料相结合。我们一般将有序介孔材料作为基体，从材料组成和生物活性因子等多角度进行研究。其实，最早的是介孔陶瓷材料的引入，在过去，陶瓷技术迅速发展。现如今已经出现了多种基于陶瓷、金属和聚合材料的医疗设备。因其孔径较小，一般大于2nm小于50nm，这个孔隙利于与机体体液进行反应，接着就可以得到纳米磷灰石。纳米磷灰石的表面积比较开放，生物活性强，孔隙负载能力也比其他更有优势，它的孔隙中能负载多种分子，而且在活体中能够控制释放其负载物，有独特的传递功能。

    M41S系列硅基介孔材料的孔徑比着普通的介孔陶瓷材料更小，分布也十分均匀，使其能自主控制药物的释放量，正因为如此，钛和蛋白质才能进行局部释放，这能在骨骼修复时起到支架的作用。在临床试验中，硅基介孔材料有相容性，能够促进形成羟基磷灰石，在释放蛋白质的时候，新的组织细胞的产生，进而修复骨骼。

    综上所述，在临床医学上，传统的骨骼修复有很大的副作用，我们必须要建造新的骨骼修复材料，把治疗副作用降到最低。借助高中化学中所学的知识，创新骨修复材料是医学研究的大方向。基于化学实验的研究，深入了解骨修复的全过程，发挥出其明显的优势。

    参考文献

    [1] 朱博文.高中化学知识在生活中的应用研究[J].考试周刊， 2018，54（12）：167.

    [2] 成垒.高中化学知识在生活中的应用探讨[J].科技风， 2017，29（03）：42.