骨修復材料知識引入高中化學的探討

王梓赫

摘 要 骨修復是臨床醫學中非常重要的內容，醫學科研組開始選用一些比較新型的材料來代替異體骨跟自體骨。據不完全統計，我們生活中因為安全事故造成的骨科疾病，致使功能障礙的人有超過300萬人，目前，骨移植已經成為醫學第二大需求量，僅次于輸血。我們高中的化學知識中有關于骨修復類似的內容，本文便是探討如何借助高中化學對骨修復材料進行創新，以求更好地為醫學服務。

關鍵詞 骨科修復材料 高中化學 知識引入探討

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A

骨骼有支撐身體和造血等功能，是人體的重要組成部分。然而，我們的骨骼也有很多的問題出現，影響著我們的身體健康，比如骨骼缺損、骨質疏松、關節炎等。在臨床醫學的治療中，我們通常會選用自體骨或異體骨移植，但是這樣會引發多種并發癥，例如自體骨移植容易感染，而異體骨移植又有排異效應。所以，我們需要利用高中所需的知識，制作一些跟自體骨和異體骨有相同功能的修復材料，到目前來看，在臨床醫學上已取得了一些成效。

1生物活性玻璃

生物活性玻璃是醫學上比較常用的一種修復材料，同時也是高中化學應用的醫學的一個典型例子。我們都知道，普通玻璃的成分是硅酸鹽，而生物活性玻璃的成分有SiO2，Na2O，CaO和P2O5，這幾種成分有利于把硅灰石跟潔凈磷灰石分離，提升了玻璃的強度。而且，生物活性玻璃能夠與人體骨骼相結合，最主要的是能夠促進骨骼細胞的迅速分化，以此使得骨骼再生，甚至都可能會超過自體骨的再生能力。在上個世紀六十年代，有位學者提出了一種觀點，就是生物活性玻璃不能用于人體大面積的骨骼修復，后期的實驗將玻璃（含有80%的SiO2，17%的CaO和3%P2O5）加進人體模擬體液（成分與血漿基本相似）中，在七天之后，玻璃的標稱上附著一些類似球形的顆粒物，這些顆粒物都比較小，其中鈣磷比為1：2，接近生物體中的鈣磷比。通常情況下，磷灰石在體液中是出于過飽和的狀態，再加上玻璃中的鈣離子溶出，形成磷灰石晶體。在電子顯微鏡下，我們發現玻璃上的磷灰石晶體與人體骨骼中的磷灰石基本相似。由此可以說明，骨骼能生在玻璃上，但是只能用于小面積的修復。

在玻璃的表面，堿金屬離子會自動溶解，隨后硅酸鹽與磷灰石產生催化反應，當水接觸玻璃的時候，鈣離子與鈉離子會溶解成凝膠層，鈣離子產生晶核誘導鈣、磷酸離子形成羥基磷灰石，這就是骨骼修復的過程。

2羥基磷灰石

羥基磷灰石（簡稱HA）是比較典型的一種治療骨骼修復的生物活性材料，也是人體骨骼中主要的無機成分，其分子式為Ca10（PO4）6（OH）2。在醫學上，羥基磷灰石能有效的預防齲齒病，因為其能與牙釉質相容，其礦化液沉淀，能夠防止鈣離子的流失。借其參照，我們可以將其用于骨骼修復。將羥基磷灰石植入人體內后，某些結締組織能因其生成骨細胞，但是在某些急劇彎曲的地方，羥基磷灰石比較容易“折斷”。所以，我們需要一種比較硬的材料與其相結合。在上個世紀80年代的時候，有專家發現了一種既有組織相容性又有力學特定的物質—HA-聚乙烯（簡稱PE）。經實驗所得，40%的羥基磷灰石均勻受熱與HA-聚乙烯相結合是最好的一種修復材料。

只有了解了人體骨骼的成分，才可以“對癥下藥”，找出一種適合修復人體骨骼損傷的方法。按化學角度上來說，我們可以在研究過程中選用填充資料的時候使用有機高分子，然后加入羥基磷灰石，使其能促進修復材料的融合，這便是我們需要的理想型材料。

3有序硅基介孔材料

介孔材料在化學工業、生物技術和環境能源方面被廣泛應用，有序介孔的合成有很多種方法，歸其核心方法還是溶膠-凝膠法，所以，在醫學上也有很多的應用案例，但在骨骼修復過程中有兩個重要性問題：一是高感染率；二是修復遲滯。這是醫學上明令杜絕的副作用，所以我們學生沒有單獨用它在做實驗，而是跟多種材料相結合。我們一般將有序介孔材料作為基體，從材料組成和生物活性因子等多角度進行研究。其實，最早的是介孔陶瓷材料的引入，在過去，陶瓷技術迅速發展。現如今已經出現了多種基于陶瓷、金屬和聚合材料的醫療設備。因其孔徑較小，一般大于2nm小于50nm，這個孔隙利于與機體體液進行反應，接著就可以得到納米磷灰石。納米磷灰石的表面積比較開放，生物活性強，孔隙負載能力也比其他更有優勢，它的孔隙中能負載多種分子，而且在活體中能夠控制釋放其負載物，有獨特的傳遞功能。

M41S系列硅基介孔材料的孔徑比著普通的介孔陶瓷材料更小，分布也十分均勻，使其能自主控制藥物的釋放量，正因為如此，鈦和蛋白質才能進行局部釋放，這能在骨骼修復時起到支架的作用。在臨床試驗中，硅基介孔材料有相容性，能夠促進形成羥基磷灰石，在釋放蛋白質的時候，新的組織細胞的產生，進而修復骨骼。

綜上所述，在臨床醫學上，傳統的骨骼修復有很大的副作用，我們必須要建造新的骨骼修復材料，把治療副作用降到最低。借助高中化學中所學的知識，創新骨修復材料是醫學研究的大方向。基于化學實驗的研究，深入了解骨修復的全過程，發揮出其明顯的優勢。

參考文獻

[1] 朱博文.高中化學知識在生活中的應用研究[J].考試周刊， 2018，54（12）：167.

[2] 成壘.高中化學知識在生活中的應用探討[J].科技風， 2017，29（03）：42.