隨著社會(huì)發(fā)展，關(guān)節(jié)疾病以及骨損傷事件大幅攀升，臨床上對(duì)于骨科內(nèi)植入材料的需求日益增長(zhǎng)。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(fù)進(jìn)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(shù)脂和無(wú)機(jī)顯影劑（硫酸鋇、二氧化鋯等）的復(fù)合材料。由于微米級(jí)無(wú)機(jī)顯影劑材料和高分子樹(shù)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(xué)性能，影響使用效果，縮短使用壽命。 

　　針對(duì)這一核心問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所生物醫(yī)用高分子團(tuán)隊(duì)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(guò)采用雙官能團(tuán)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(shù)脂基體的結(jié)合力。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合過(guò)硫酸根離子原位分解過(guò)程，實(shí)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(guò)系統(tǒng)改變表面修飾劑的種類、含量、以及過(guò)硫酸根原位分解過(guò)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(xué)性能。與常用骨水泥材料相比，壓縮強(qiáng)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(biāo)也滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求（圖4）。X光成像實(shí)驗(yàn)證明其具有優(yōu)秀的顯影性能。細(xì)胞相容性研究則表明其細(xì)胞相容性良好，在一定條件下甚至能促進(jìn)細(xì)胞黏附。 

　　目前部分研究成果已經(jīng)在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)雜志Journal of Materials Chemistry 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(guó)發(fā)明專利四項(xiàng)（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(jìn)一步應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。 

　　該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、寧波市自然科學(xué)基金、中科院“百人計(jì)劃”以及教育部留學(xué)回國(guó)人員啟動(dòng)基金的資助。 

圖1 雙官能團(tuán)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(yù)加熱時(shí)間對(duì)MSAH表面修飾BaSO4納米粒子形貌的影響。(MSAH/BaCl2 摩爾比: 0.064，預(yù)加熱時(shí)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(xué)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(wú)MSAH表面修飾。