【原创资讯】碳纤维增强骨骼替代材料可最大程度地减少骨损伤
人体自身能够独自治疗许多外部伤害和伤口，自我修复功能可修复皮肤擦伤，并使骨骼重新生长。但是，在骨折后或由于缺损而引起的骨折时，医生通常不得不使用骨骼替代材料以部分或完全恢复损伤部位的骨的形状和功能。为了确保在发生损坏时不必通过大量手术来更换或修复此类植入物，最好希望骨骼替代材料本身应具有自我修复的能力。
来自德国的耶拿·弗里德里希·席勒大学的材料科学家现在已经开发出一种骨骼替代材料，该材料可以最大程度地减少对其造成的损害，并同时自我修复。他们研究发布在著名的研究杂志“ Scientific Reports ”上。
作为德国研究基金会优先研究计划“自愈材料”的一部分，该项目由来自于耶拿大学与维尔茨堡大学的专家联合开发，他们专注于所谓的磷酸钙水泥——一种已经在医学中广泛使用的骨骼替代品研究。
一方面，该材料刺激骨骼形成并增加血管的向内生长。另一方面，它可以通过微创手术以糊剂的形式引入人体。它的延展性使其可以紧密地与骨骼结构结合。Frank A教授解释说：“由于其高度的脆性，当材料承受过大的载荷时，会在材料中形成裂纹。这些裂纹会迅速扩大，破坏植入物的稳定性并最终将其破坏。”出于这个原因，迄今为止，磷酸钙胶粘剂主要用于在口腔和颌骨区域中对骨骼没有起到承重作用的骨骼。
现如今，耶拿大学的材料科学家已经开发出一种磷酸钙水泥，其中的任何裂纹都不会演变成灾难性的破坏。相反，材料本身将它们密封，其根本原因是在该材料中添加了碳纤维。
“首先，这些碳纤维大大提高了磷酸钙水泥的破坏耐受性，因为它们在形成裂缝时就弥合了裂缝，从而阻止了它们进一步开裂，” Müller解释说。“第二，我们已经化学活化了纤维的表面。这意味着，一旦暴露的纤维遇到体液，该体液聚集在裂缝产生的开口中，就会开始矿化过程。所产生的磷灰石——基本的构成要素骨组织——然后再次闭合裂缝。”
耶拿科学家在实验中通过故意破坏磷酸钙水泥并将其在体液中治愈的过程进行了模拟。这种固有的自我修复能力以及与纤维增强相关的更大的承重能力，可以大大扩展可使用磷酸钙水泥制成的骨植入物的区域，未来还可能包括骨骼的承重区域。