聚乳酸基復合骨組織修復材料的研究現狀及進展

韋宗辰，郗悅瑋，2?，翁云宣，2??

（1.北京工商大學化學與材料工程學院，北京 100048；2.塑料衛生與安全質量評價技術北京市重點實驗室，北京 100048）

0 前言

隨著經濟的發展、科學技術的進步、醫學水平的不斷提高，醫用材料越來越受到人們的重視。骨是人體重要組織，起到支撐、防護與運動功能。疾病、外傷等引起的骨組織缺損嚴重危及人類健康，給患者造成極大的痛苦。人工骨替代修復效果有限[1]，盡管手術技術、骨移植材料發展迅速，仍有5%～10%骨折患者因為手術的延遲和不完善造成殘疾，給社會和家庭造成經濟負擔[2-3]。大多數組織，如骨組織、韌帶、半月板、軟骨、骨膜和皮膚[4]，是由組成物質的兩相結合形成的，兩相分別是以纖維或顆粒形式存在的增強相和被稱為基質的連續相。以骨骼和牙齒為例，其基本組分構成分別是由膠原蛋白（16%）組成的有機基質、由羥基磷灰石（HA）晶體（50%～60%）組成的無機增強介質、水（22%）以及蛋白質、多糖、粘多糖（2%）[5]。骨是一個高度復雜、組成多樣的組織，它具有提供機械支持、支持肌肉收縮、礦物儲存，以及支撐負荷和保護內部器官等功能[5-7]。

人們在生產生活或運動的過程中，很容易因意外造成骨組織缺損，尤其是老年人容易在活動中造成一些如骨折、骨裂等創傷；另外有部分患者患有先天性骨骼疾病。為了治療這些患者骨缺陷、骨壞死等疾病，人工骨材料應運而生，目前已有多種人工骨材料應用于外科手術。人工骨是指代替天然人骨的一種用于修復骨組織缺損的生物材料。理想的人工骨材料應該具有良好的生物相容性，具有仿生的力學性能及高效的骨骼誘導、傳導性能。另外在誘導成骨細胞分化、促進新骨組織生長的基礎上，還需具備一定的加工性能，易于加工成患者所需的大小、形狀。人工骨的生物相容性和可降解性，既可以減少二次手術給病人帶來的傷害，也可以減少患者因二次手術帶來的經濟損失[8-9]，因此生物相容性好、降解速率可控一直是人工骨材料研究的目標和方向。

目前可以將人工骨材料按照材料類型分為以下3類：金屬基、無機非金屬基、高分子基骨組織修復材料。金屬基骨修復材料也可以認為是第一代骨修復材料，隨著它植入人體，主要為骨缺損處提供一個力學支撐，金屬基骨修復材料的力學性能良好，有耐磨、耐腐蝕、易加工等諸多性能，但其缺點也十分明顯：金屬基骨修復材料普遍具有生物惰性，會引發機體的炎癥反應，也不能被細胞吞噬或當做異物排出體外，需要通過二次手術取出人體。無機非金屬基骨修復材料可以認為是第二代骨修復材料，無機非金屬基骨修復材料與人體的生物相容性很好，無毒，不容易引起機體排異反應，但是其自身的缺點主要體現在：不易加工成患者所需的形狀和大小，成型性能較差。高分子基骨修復材料的出現很好地解決了上述缺點，高分子基骨修復材料既可以通過多種成型加工手段滿足患者所需的形狀和尺寸，有些高分子材料又可以被人體吸收降解成CO2和水等排出體外。因此性能優良、功能全面的高分子基復合材料是近些年來骨組織工程材料領域的研究重點。

常用的高分子基骨修復材料主要為PLA基骨修復材料，PLA的加工性能優良，可通過多種加工成型手段按需制作成骨缺損處所需的形狀，且與人體的生物相容性能好，可以在人體內分解成CO2和水排出體外，不需要患者面對二次手術的風險。因此PLA基骨修復材料在骨外科手術上應用廣泛。

本文主要綜述了目前由PLA作為基體研究出來的PLA/有機復合材料、PLA/無機復合材料、PLA/有機/無機復合材料3種骨修復材料，它們的制備方法、特點、功能以及使用范圍，PLA基復合材料性能與結構的關系，可以為PLA基復合骨修復材料的設計與構建提供參考。

由表1可知，單一的有機或無機材料都難以完全滿足骨修復材料的需求，如PLA骨修復材料，雖有易加工和化學穩定性能，但是缺少了生物活性，依然限制了其在骨組織工程中的應用。在骨組織工程材料的設計與構建中，如能將無機非金屬的生物活性與PLA基材料的易加工性及生物相容性相結合，同時具備多種優勢，更適宜廣泛應用于骨缺損的治療中。因此復合材料應運而生，復合材料是由2種或2種以上材料復合而成的多功能材料，充分利用了不同材料的優點從而制成的較單一材料更理想的材料。制備具有仿生結構性能的人工骨，是骨修復材料領域追求的目標。復合材料可以分為無機-無機復合材料、有機-無機復合材料及有機-有機復合材料，不同性能的材料經復合后可以充分發揮自身的優勢，揚長避短，更加全面滿足患者需求。本文概述了多種PLA/有機骨修復材料、PLA/無機骨修復材料、PLA/有機/無機骨修復材料的制備、性能及結構與性能的關系，為PLA基復合骨修復材料的設計與構建提供參考。

表1 常見生物醫用材料的分類、優勢和缺陷Tab.1 Classification，advantages and disadvantages of common biomedical materials

1 PLA

PLA是一種重要的可降解材料，又稱為聚丙交酯，是乳酸相互聚合或與丙交酯開環聚合而生成的高分子聚合物[10]。根據PLA旋光性的不同，可分為外消旋聚乳酸（PDLLA）、左旋聚乳酸（PLLA）、右旋聚乳酸（PDLA）3種異構體。

PLA的合成主要有2種途徑：一是乳酸直接聚合。另一種是由乳酸預聚生成低分子量物質，其解聚得丙交酯，丙交酯 重結晶后開環聚合得到PLA。具體合成過程如圖1所示。

圖1 PLA的合成線路Fig.1 Synthesis of PLA

PLA可使用農業廢料如麥麩、米糠和甘蔗渣[11]等發酵、聚合生產，目前在骨組織工程中研究日益廣泛。PLA的生物相容性好，成本較為低廉，在生物醫學領域如藥物輸運系統（DDS）、組織工程等具備極大的應用潛力，目前已有多種PLA基產品如手術縫合線、醫用敷料、微膠囊微球類藥物緩釋材料等被美國食品藥品監督管理局批準應用于臨床中。

在骨組織修復材料方面，單一的PLA有生物活性較差等缺點，其功能單一，難以滿足各類患者的不同要求。所以PLA常與其他功能性材料復合，制備具有生物活性和可控降解性的復合組織工程支架用于骨內固定和骨缺損的修復。PLA基生物材料可調控的降解速率、良好的生物相容性和易于加工的性能使其在生物醫藥領域具有極大的研究前景，PLA與其他材料復合制成的骨修復材料既具備一定的生物活性，又具備易加工性和良好的生物相容性，在植入體內的初期可以填補受損的骨組織，同時促進骨細胞的黏附、分化、增殖，隨骨細胞的生長、增殖，PLA基骨修復材料可在體內緩慢降解，避免了二次手術取出給患者帶來痛苦，可以按需調節，治療不同部位的骨缺損和骨疾病，因此PLA基復合材料是近些年研究的熱點與難點。

2 PLA/有機復合材料

PLA成型性能優良，可通過多種加工手段制成不同形狀滿足患者需求，但是由于PLA脆性大、親水性差、降解速率不可控，且其生物活性差，不適合單獨應用于組織工程中。與金屬基骨修復材料和無機非金屬基骨修復材料相比，PLA基骨修復材料可以和多種材料復合使用增強其生物活性、調控其降解速率。PLA與有機材料的復合，在滿足生物活性及治療骨疾病、改善PLA基骨修復材料的生物相容性等多種性能方面均有較大提升。

Wang等[12]用PLA和聚乙二醇（PEG）-聚己內酯復合制備了兩親性聚合物用于骨組織工程。疏水片段增強了聚合物的穩定性和生物降解性，親水性PEG片段提高力學強度的同時可以調節聚合物在體內降解速率。嵌段共聚結合了每種聚合物的優勢，更適合應用于骨組織工程。雖然這些嵌段共聚物目前只有少數被批準應用于臨床[13]，但其在骨修復領域具有巨大的應用潛力。

Wang等使用不同的方法合成兩親性嵌段共聚物后對其性能進行測試，研究證實不同的聚合方法與技術手段對聚合物的性能有較大影響，因此可以通過選擇合適的聚合手段制備具有不同特性的聚合物，合成方法如圖2所示[12]。

圖2 合成兩親性嵌段共聚物Fig.2 Synthesis of amphiphilic block copolymers

Wang等研究證實PEG片段對材料特性的影響主要集中在兩親性、自組裝性能、力學強度和降解性能等方面。如上所述，PEG的長度和組成對聚合物的最終性能起到至關重要的作用。通常情況下，膠束化、溶膠-凝膠轉變等表面性質會受到PEG含量的影響，PEG含量越高，親水性越好，接觸角越小，臨界膠束濃度越高，溶脹比越高。同樣，更高的PEG組成也導致更快的降解速率，另外，PEG片段的增加也會影響材料的力學性能。基于PEG共軛聚合物的特性，其可應用于骨和軟骨的修復，另外聚合物可作為支架包裹生長因子和藥物以刺激骨組織再生。但是在兩親性聚合物的設計與構建中，仍存在一些問題有待系統地解決。例如，理想的親疏水含量比尚未得到充分闡明，炎癥反應的產生和復合支架引起并發癥的原因仍不明確。此外，即使使用了足夠多種的動物模型進行長期研究，動物模型研究和人體臨床試驗的效率仍存在差異。此外，再生骨和原有骨組織的功能差異也尚不明確。因此，應進一步設計構建新型兩親性材料，并對其促進骨缺損修復的機理進行探索研究，最大限度提升其促進缺損組織修復再生效果。

Gritsch等[14]研究證實，生物活性玻璃和體液接觸形成磷灰石的過程如圖3所示：首先，生物活性玻璃和體液交換離子（第一～第三階段），鈣和磷酸鹽離子形成一層無定型磷酸鈣（第四～第五階段），最后層層堆疊，形成磷灰石結晶（第六階段）。

圖3 在生物活性玻璃和體液接觸的表面形成磷灰石（HCA）Fig.3 HCA on the surface of bioactive glass in contact with body fluids

生物活性納米顆粒的添加不僅促進了生物礦化，改善了復合材料的力學性能，同時增加了細胞與材料之間的相互作用，促進了細胞的黏附。細胞的刺激是一個復雜的課題，其中涉及多種不同的化學和物理現象[10]。Gritsch等研究證實通過超順磁性氧化鐵納米粒子磁刺激或通過碳納米管電刺激可以有效增強組織和材料之間的相互作用。另外經多種生物活性分子（如生長因子、重組蛋白）等修飾后，PLA表面具備更多活性基團，材料的生物活性顯著提高。Gritsch等研究證實，摻雜生物活性玻璃（BGs）后，BGs分解產生的堿性物質可以有效中和PLA分解時產生的酸性環境，使炎癥不易產生。近期有關BGs的文獻表明，其應用不應局限于骨組織工程[15-16]。摻雜活性離子后BGs具備調節血管生成和基因表達的性能，因此Gritsch等預計未來將會有越來越多關于PLA/BGs應用于軟組織工程的研究。這些用于提高PLA生物活性的材料為PLA基組織工程支架的構建與制備打開了新的大門，其可以充分利用PLA的諸多優勢，如成本較低、易于加工等，同時可使組織和組織工程支架之間的相互作用最大化，促進細胞黏附與增殖，從而促進組織的修復。

利用有機復合材料可以改善PLA基材料的性能，起到互補的作用。Xiao等[17]采用溶劑蒸發法制備了PLA/檸檬酸鈣（CC）多孔復合支架。所得的多孔復合支架孔隙分布均勻，孔徑約為100～500 μm。CC的加入提高了復合材料的整體力學性能。其壓縮強度為1.76～4.08 MPa，彈性模量為 29.10～49.49 MPa。X射線衍射技術（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）和熱分析結果證實，由于CC有機組分的親脂性，CC在PLA基體中分散均勻。此外，CC的親水性提高了復合材料的潤濕性，檸檬酸鹽降低了PLA與早期磷灰石的界面能，從而具備高礦化活性，引導了磷灰石的形成。此外，CC的引入有效中和了PLA降解帶來的酸性環境，防止了酸性產物引起的部分炎癥。PLA/CC復合材料可能是一種有前途的、可行的、有效的骨修復材料。

納米復合生物材料是一種相對較新的材料，其結構包括高分子聚合物和基質結構，其中基質結構是生物可降解且具有生物活性的納米級填料。Bharadwaz等[18]發表了關于天然和合成高分子、納米復合材料的最新趨勢，概述了聚己內酯（PCL）、聚（乳酸-乙醇酸）（PLGA）、PEG、PLA和聚氨酯（PU）基納米復合材料近期研究進展。引入納米纖維膜的復合材料具有諸多優勢，如比表面積大、力學強度高、穩定性高、細胞易于黏附、增殖等。此外，納米纖維膜的加入為細胞構建了類細胞外基質（ECM）結構。Bharadwaz等研究證實納米材料摻入復合結構可以有效提高堿性磷酸酶（ALP）活性，Runx-2蛋白活性以及促進膠原蛋白（Col）I型基因表達。這種混雜結構具有最佳的孔隙率和力學性能，增強了養分和生長因子在納米復合支架中的輸運，從而促進新骨組織的發育。納米復合生物材料的性能可通過調節聚合物與納米粒子或納米纖維比例以及制備方式等調控。與普通3D支架相比，水凝膠基聚合物支架具有顯著的優勢，水凝膠基聚合物支架可以作為嵌入納米粒子或納米纖維的可注射支架。以水凝膠納米顆粒為基礎的可注射支架是減少支架植入過程侵入性的理想材料，可廣泛應用于顱面缺損的治療。支架的降解性能與聚合物基質的交聯程度密切相關。在生物相容性和降解性方面，天然聚合物相比合成聚合物具有明顯優勢，而合成聚合物可通過物理、化學和制備方法等增強材料性能，促進細胞增殖和組織生長。但是由合成聚合物降解產生的副產物可能會引起周圍組織中酸的積累等不良反應。因此，優化聚合物復合支架，是獲得促進骨組織再生的支架材料的關鍵。由于納米復合生物材料的細胞相容性和生物活性增強，可以促進骨組織修復與再生，因此在骨組織再生領域具有重要的研究意義。

仿生骨組織工程支架的構建是骨組織工程面臨的嚴峻挑戰之一，其具備與骨組織相似的力學性能和多孔結構。雖然靜電紡絲技術可用于制備具有類細胞外基質結構的納米纖維網絡，但其形狀和孔徑的限制阻礙了其發展。在此，Chen等[19]結合冷凍干燥和交聯技術制作了一種新型三維PLA/再生纖維素（RC）支架。由于隨著RC納米纖維的引入，支架的親水性和生物活性得到了提高。檸檬酸作為無毒交聯劑參與RC納米纖維的酯化交聯反應，其未反應的羧基基團也可以賦予三維支架促進磷灰石的成核能力，從而進一步提高成骨潛力。由此產生的PLA/RC納米纖維重構支架具有高吸水率、類細胞外基質結構。另外，具有大量羥基和羧基的PLA/RC支架在模擬液體（SBF）溶液中表現出優異的生物礦化能力。而形成骨狀的磷灰石不僅可以對PLA酸性降解產物起到中和作用，同時也有利于促進植入支架的骨整合。整個制備過程安全、環保、經濟，能很好地滿足生物醫用材料的需求，PLA/RC支架在骨組織工程領域具有廣闊的應用前景。

Deval等[20]使用靜電紡絲法成功制備了以PLA/骨形態發生蛋白2（PLA/BMP2）為核，PLA/牛磺熊去氧膽酸（TUDCA）為殼的同軸納米纖維支架用于骨組織支架的應用，如圖4所示。

圖4 PLA同軸納米纖維的制備示意圖Fig.4 Schematic diagram of preparation of PLA coaxial nanofibers

TUDCA和BMP-2在內皮細胞和間充質細胞中表現出增強的血管生成和骨生成作用。用人骨髓間充質干細胞（hMSCs）和人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）對PLA和同軸納米纖維支架進行細胞相容性測試，兩者均表現出良好的細胞相容性，但同軸納米纖維支架表現出更優異的細胞相容性。細胞培養實驗證實hMSCs和HUVECs具有良好的成骨和血管生成活性。組織學染色圖片顯示，負載TUDCA/BMP 2同軸纖維支架在骨形成和新血管形成中具有良好的效果。同軸納米纖維支架可以長期緩釋TUDCA和BMP2用于血管形成和成骨，從而促進缺損部位骨組織修復。因此，負載TUDCA/BMP2的PLA基同軸納米纖維支架可作為一種有前景且更有效的骨組織工程支架。

骨膜來源于中胚層的間質，由間質細胞和無定形基質組成。在骨骼發育過程中，間質首先集中形成軟骨模型和富含間質細胞的纖維膜，也稱為軟骨膜。隨著軟骨膜的血管化，間質細胞增殖并分化為成骨細胞，然后包裹在軟骨周圍形成一層原始骨組織，稱為骨領。隨著骨領的形成，軟骨膜逐漸發育形成骨膜結構[21-22]。隨后，由于骨膜中的血管和成骨細胞侵入軟骨，軟骨細胞發生變性和凋亡，最終軟骨基質鈣化，實現軟骨內成骨過程。骨膜成骨細胞分泌骨基質和纖維，逐漸礦化，最終以膜內成骨[26]的形式嵌入鈣化基質。

骨膜在骨的發育和損傷愈合過程中起著重要的作用。Wu等[23]制備了一種可持續釋放血管內皮生長因子VEGF的微米/納米纖維仿生骨膜，作為外源性血管化骨膜纖維層，通過膠原自組裝和微溶膠靜電紡絲技術，誘導體內內源性形成層完全再生形成骨膜和骨組織[24]。VEGF是一種廣泛應用的生物活性因子，是一種強有力的血管生成蛋白，參與內皮祖細胞的聚集、增殖和分化。此外，它還直接或間接參與膜內成骨和軟骨內成骨[25-26]。然而，由于VEGF的生物半衰期較短，因此VEGF的有效給藥通常依賴于高劑量或多次注射，且存在潛在的副作用[27]。因此，有必要開發一種局部給藥系統來持續釋放VEGF。通過微溶膠靜電紡絲技術，Wu等成功合成了以溶膠包覆VEGF顆粒為核心，PLA為外殼的核-殼結構。將透明質酸在靜電紡絲混合液中分散形成乳狀液，乳狀液中的微滴稱為微溶膠顆粒，這樣的乳液不僅可以在有機溶劑中形成一個隔離系統來保持VEGF的生物活性，還可以起到緩慢釋放VEGF的作用。此外，PLA纖維核心的透明質酸是結締組織細胞外基質的重要成分，具有抗炎、抗菌和成骨作用[28]，因此，選擇透明質酸溶液作為VEGF的載體。VEGF在纖維內的持久釋放誘導了內皮細胞的成熟，并在早期缺氧環境中形成血管，帶來了大量的營養物質、生長因子和自體血源干細胞。此外，成熟的內皮細胞還可釋放BMP-2、BMP-4等成骨活性物質，進一步促進骨修復[25-26，28]。

肌腱是束狀纖維結締組織，通過提供壓力轉移和穩定關節，在肌肉骨骼活動中起著至關重要的作用[36]。然而，肌腱組織極易受到各種體育鍛煉、肌腱疾病和事故的損傷，其固有的愈合能力較差[29-30]。傳統的臨床治療方法包括自體移植、異體移植和異種移植[31]。自體移植增加了患者的痛苦，異體移植和異種移植存在不良反應風險[32-33]。

組織工程（TE）被認為是一種很有前景的再生肌腱修復策略[34-36]。許多研究都強調了適當設計纖維支架的重要性[37-38]，其可以模擬天然肌腱細胞外基質（ECM）的纖維微結構和功能特征[29，39-40]。目前，各種纖維制造技術和紡織工藝已被用于設計和構建纖維結構[41-42]。通常包括2個步驟，通過濕紡紗或干紡紗工藝生產微米級紗線，隨后通過紡織技術組裝成性能可調控的2D或3D結構[43-44]。如圖5所示，Wu等[45]設計了一種改進的靜電紡絲裝置[45]。

圖5 混紡紗制備圖Fig.5 Preparation diagram of blended yarn

PLA基醫用材料也可以通過制備工藝改善其性能，復雜的層次結構的構建可以增加天然材料的強度與韌性，然而，完全復制天然結構材料的構架已被證明是困難的。受致密骨的層次結構的啟發，He等[46]使用一種創新的方法，在工業規模上構建了具備模擬骨結構的PLA支架，其同時具有超強韌性（90.3 kJ/m2）、高剛度（2.15 GPa）、平衡強度（52.6 MPa）和顯著的抗熱變形性能（在163℃下保持1 h），這些優異的性能使其在人工骨和組織支架等領域具有巨大的應用潛力。

3 PLA/無機復合材料

PLA/無機復合材料不僅具備良好的生物活性、生物相容性和合適的降解性，同時可以提高人工骨材料的力學性能、物理性能、可加工性能等，另外，無機材料的添加可以通過改變無機物的種類賦予PLA/無機復合材料不同的生物活性，例如：通過摻雜生物活性玻璃，PLA/無機復合材料在體內降解過程中可以緩慢釋放鈣、磷等元素，為骨生長提供必要的微量元素，在滿足患者不同骨缺損部位的力學性能要求的同時，具備生物活性，可以促進骨缺損處骨組織的生長。

PLA和HA的復合材料已經廣泛運用于生物醫用材料中，Bankole等[47]將PLA與5%和20%磷灰石（cHA）復合構建3D打印支架。通過SEM和能量分散x射線（EDX）技術對支架進行了表征，證實HA在支架中分散均勻。通過計算機斷層掃描成像技術對支架進行微觀結構分析，以確定粗糙度、孔徑分布的形態參數、孔隙率。此外，使用體外和微量分析測試評估不同幾何形狀的PLA/cHA支架的生物相容性，以評估其形貌對物理化學和力學性能的影響。這些結果和發現適用于許多生物材料工業的生物材料的發展，已與生物系統工程相結合，以滿足醫療目的。

Wu等[48]將可降解聚合物PLA和HA的復合材料用作骨絲。評估了3種HA含量為5%、10%、15%的PLA/HA復合配方，并使用這些材料打印了放大的人類骨小梁模型。通過微計算機斷層掃描、壓縮和螺釘軸向拔出力實驗對打印模型的形貌和力學性能進行了評價。結果表明，可以使用熔融沉積（FDM）法將PLA制備骨小梁結構，HA顆粒的加入降低了3D打印精度，但制備所得的支架具備更高的力學性能。與常用的聚合泡沫合成骨模型（即鋸骨）相比，放大后的模型顯示出了略微增強的強度。通過3D打印的PLA/HA復合材料制備模擬骨小梁形貌的組織工程支架極具發展潛力。

近些年來，已有數種由PLA制成的用于骨折固定的螺釘應用于臨床，然而，PLA降解時間長且缺乏與骨骼結構的骨整合作用，因此使用降解速度更快的聚合物（如PLA-羥基乙酸共聚物（PLGA））和生物陶瓷來提高PLA基骨組織工程支架的生物活性是目前研究的熱點。加入生物陶瓷后，PLGA板的熱性能和力學性能都得到了改善，更適合應用于骨組織修復與重建中。

4 PLA/有機/無機復合材料

PLA/有機復合材料可以改善其生物活性和增加生物相容性，針對性地治療骨骼類疾病等，PLA/無機復合材料主要是在改善骨修復材料的力學性能的同時提供給骨生長必須的微量元素，促進骨缺損處地修復。而PLA/有機/無機復合材料是在上述2種復合材料上更進一步地使人工骨組織材料性能得以提升的一種材料，PLA/有機/無機復合材料是有機和無機物之間的復合，取長補短，其優異且全面的生物相容性、可加工性、無毒性、可控的降解性、生物活性等為理想的骨組織修復材料提供了更大的發展空間。

PLA納米填充材料也常常被用來滿足一些特定的需求，Fahad等[49]采用熔融纖維制備技術構建了磁性和導電填料增強的可生物降解PLA和PLA納米復合材料，并對其生物活性和生物降解特性進行了研究。熱分析證實存在約18%的碳納米結構（CNF）和石墨烯納米片（GNP）和～37%的磁性氧化鐵（Fe2O3）顆粒。在體外降解實驗中，在培養基浸泡2周和4周后，支架出現了多孔和斷裂，但質量損失可以忽略不計。與純PLA相比，加入磁性氧化鐵（Fe2O3）顆粒的PLA和加入碳納米結構的PLA降解速率增加。體外細胞活性研究表明，PLA、PLA/CNF及PLA/Fe2O3均具備良好的細胞相容性。壓縮試驗結果表明，PLA/CNF和PLA/Fe2O3的剛度分別從680 MPa下降到533 MPa和425 MPa，支架中孔隙的存在，降低了其力學強度。因此，添加導電填料的PLA納米復合材料的生物活性更強且生物降解速率更快，在骨組織修復與再生領域具備極大的潛在價值。

在生物聚合物中，幾丁質是第二大天然聚合物，其不但具備無毒、良好的生物相容性和生物降解性，同時也具備促進傷口愈合的特性[50-52]。幾丁質被廣泛應用于食品和農業、紡織、化妝品、廢水處理等許多領域[53-56]。幾丁質作為生物材料主要應用于傷口敷料和受控藥物釋放材料[57-59]。其他常用于組織再生的可生物降解聚合物包括聚乙醇酸（PGA）、PLA、PGA-PLA共聚物、聚羥基烷酸（PHA）和聚己內酯（PCL）[60-64]。PLA是一種線性脂肪族熱塑性聚酯具有廣泛的可用性且易于加工[60，65-67]。基于PLA的生物降解性、生物相容性，其已被廣泛地用于外科植入材料、藥物傳遞系統以及組織工程支架[68-70]領域。PLA具有較高的彈性模量（3.5～3.8 GPa）和拉伸強度（48～110 MPa），然而，聚合物固有的脆性和低韌性限制了其應用[65-67]范圍。HA被認為是骨的主要無機成分，廣泛用于人工骨替代研究[71-72]。商業化的HA在化學和結構上都與人骨[73]的無機相相似，可以提高多種高分子材料的力學性能[74-76]。以HA納米粒子為基礎的生物納米復合材料在生物醫學應用領域具有極大的發展潛力[77]。HA可以刺激成骨細胞的生長和分化，然而，純HA易碎，缺乏柔韌性和硬度，難以形成特定形狀，強度太低，不適于組織替代應用[77-79]。基于上述性質，共混聚合物是一種有效優化材料性能的方法。

Chakravarty等[80]證實由PLA和HA增強的幾丁質具有良好的力學性能和熱性能，在生物醫學方面具有發展潛力。以離子液體1-乙基-3-甲基咪唑乙酸（[C2 mim][OAc]）為溶劑，制備幾丁質/PLA/nHA復合材料，探究聚合物濃度對復合材料導電性能的影響。利用SEM、力學試驗機等對其力學、熱性能和表面形貌進行了詳細的評價。當PLA在復合材料中的含量從20%增加到80%時，材料的拉伸強度提高了77%，斷裂伸長率和韌性顯著下降。HA的加入可以使復合材料的拉伸強度提高140%，斷裂伸長率提高465%。細胞毒性實驗證實，復合材料利于骨細胞OCY454的生長和增殖，這些材料對骨細胞基因表達沒有影響，而且具有最小的細胞毒性和適合的生物降解性。這些結果表明，相比于純幾丁質等材料，復合材料更合適應用于骨再生。PLA和HA的加入顯著提高了材料的力學性能和生物活性，有助于骨細胞的生長和增殖，是骨再生的理想材料，具有廣闊的醫學應用前景。

5 結語

PLA具備優異的細胞相容性、良好的生物降解性、易于加工等優勢，但其脆性較大、無生物活性等缺陷限制了其在骨組織工程領域的應用，因此PLA改性、復合支架的研究是國內外研究的熱點與難點，設計構建具備生物活性、合適力學性能及降解性能的PLA基復合支架具有重要的意義。總結了近些年來PLA基復合支架在骨組織工程領域的應用，并對PLA支架力學、生物學性能的影響因素進行了分析與討論，為PLA基復合支架的設計與構建提供了理論基礎。通過與有機、無機材料的復合，PLA基復合支架在具備易加工、可降解等優勢的同時可具備多種生物活性：藥物的添加可治療骨骼類疾病；生長因子的添加可促進細胞分化、血管生成，從而促進骨組織的修復與再生；生物活性玻璃的添加可以緩慢釋放骨組織生長所需的微量元素。因此，PLA基復合支架通過個性化的設計，可以實現多種骨骼類疾病的治療、骨缺損部位的快速修復。另外PLA基復合支架可在體內降解，患者不需進行二次手術，減少了患者身心痛苦及經濟負擔。PLA基復合材料具有巨大的發展前景，隨著科技進步，個性化設計的PLA基復合材料將會更多地應用于骨外科手術中。