生物材料领域的前沿

了解细胞-基质相互作用对于适用于组织再生的三维（3D）支架。细胞粘附，二维平面上的迁移、增殖、分化和信号转导衬底已经被广泛研究了三十多年，产生了大量表明细胞可以感知细胞外基质的多种特征的知识（ECM），整合信息并对其作出响应。然而，体内的细胞驻留在纳米结构3D ECM网络中并与之交互，越来越多的证据已经表明，细胞对3D环境的反应明显不同从2D基板上获得。本章描述了当前控制方面的进展细胞对3D支架的反应。定制脚手架化学品的技术从生物材料方面强调了成分、结构和刚度，以及说明了它们在调节细胞-支架相互作用中的应用。

可生物降解材料在组织再生应用的多种支架。几年来已经开发了用于制备三维物体的制造技术对特定细胞系具有高度亲和力的支架。本回顾章提供了简要概述工程脚手架涉及的一些关键方面已应用于三种不同类型的组织，即骨骼、皮肤和心肌。我们已经讨论了形成高度精细调节的生物材料，可以模拟自然组织，并鼓励所需组织的再生。预计适当的具有理想机械、电气和生物性能的支架材料，以及生物医学成像和计算机生成的数据集将彻底改变组织工程使我们更接近功能器官的发展。

纳米晶金刚石薄膜，包括所谓的纳米晶金刚石（NCD）和超纳米晶金刚石（UNCD）代表了生物材料具有优异的机械、摩擦学和电学性能，其包括高表面光滑度、高耐腐蚀性、化学惰性，优异的电化学性能、生物相容性和无毒性。这些属性将纳米金刚石薄膜定位为一类具有吸引力的材料，用于生物医学领域的一系列治疗和诊断应用。因此，纳米金刚石薄膜与生物分子和细胞的相互作用过去几年的研究重点集中在剪裁上用于控制其生物性能的薄膜特性。在这个第章，纳米晶生物性能的当前知识从特定应用的角度回顾了金刚石薄膜，涵盖了一些主题如增强细胞粘附力、防污涂层、无污染细胞和蛋白质的表面、微模式化以及生物分子的固定生物测定。为了更好地理解文献中使用的术语与这类材料的制造和表面功能化有关CVD金刚石薄膜最常见的合成和改性方法是介绍。尽管仍然存在许多挑战，但可以预见这种独特的材料将对下一代生物医学设备。

本章详细讨论了生物医用陶瓷、生物相容性及新兴技术陶瓷材料在生物医学领域的应用趋势。陶瓷是一组有前途的材料，在许多领域都有潜在的应用如工程、技术、医药等。它们是无机材料，可以通过高温和低温工艺制备。孔隙度，结晶度、成分等是决定陶瓷性能的特征。对这些特性进行了调整，以在分子水平上获得适当改性在as陶瓷合成过程中的预期应用以及用其他材料进行功能化。它们可以批量设计材料到纳米级材料。它们通常属于生物惰性、生物活性以及可吸收陶瓷。根据他们的活动，他们在生物医学领域。在生物医学领域，陶瓷材料被用作替代品骨和牙齿材料以及金属植入物涂层。高级陶瓷材料的分子级改性研究正在进行开发人工移植材料、药物释放材料以及组织工程和基因治疗应用材料。

牙齿组织损伤严重影响数百人的生活质量世界各地的人们。虽然牙科植入物在许多情况下都能发挥有效的功能，他们不能完全满足再生牙科的所有方面。组织利用支持细胞功能的创新生物材料支架进行工程再生牙组织为临床牙科提供了新的可能性。这里有多次尝试检测不同的生物材料支架和细胞来源再生替代天然细胞外基质类似物。人们相信涉及支架、干细胞和生长因子的再生牙科将成为在接下来的二十年里很常见。本章对脚手架技术的当前发展和挑战对再生牙科的意义。

聚酯是由主链酯组成的一类聚合物根据特定应用的需求。迄今为止开发的聚酯已经产生了由于其在生物医学领域的适用性，引起了极大的兴趣。尽管这些是柔性材料，在某种意义上可以通过化学调整来获得所需属性，这是在以下情况下必须考虑的重要参数之一设计用于生物医学应用的材料代表了生物相容性。

本书的这一章旨在回顾最常见的研究了聚酯生物材料。本章第一节将重点介绍聚酯的合成策略以及可能的改性策略。第二个本章的一节将重点介绍几种用于获得具有不同结构的组织工程支架。

生物可吸收聚合物是制造用于组织工程应用的创新支架。然而，他们的实际能力支持再生过程需要仔细评估。细胞外基质（ECM）是一个提供特定线索的复杂功能结构，应该复制以促进植入后的有效组织再生。在这方面，静电纺丝是一种生产类ECM支架的直接技术。由于细胞亲和力，天然聚合物可能是有希望的候选材料，即使受快速降解和低机械稳定性的影响。此限制可以是通过交联过程克服，使可用于药物长期释放的最终结构生长因子。

本章首先回顾了交联电纺天然纤维的潜力聚合物。交联电纺明胶评价的实验结果支架作为载血管内皮生长因子的合适基质也在本文中提出。

伤口愈合及其并发症给健康带来了巨大负担全球护理。目前的组织工程材料在达到预期的安全性和有效性。由于复杂的三维结构纳米结构、形状设计的灵活性和多功能表面改性，先进的纳米材料为革新现代医学带来了新的希望。这个它们在医学研究和临床实践中的潜在应用包括诊断、治疗、成像和组织再生。本章回顾了进展近十年来，纳米材料在皮肤组织工程中的应用。它主要关注生物可降解、无毒和与靶点细胞具有生物相容性。新型生物功能的特点纳米材料在组织工程中应用的支架、安全性和未来趋势也进行了讨论，旨在促进开发支架的持续研究工作用于优化皮肤再生的材料。

在合成物表面掺入生物活性成分聚合物纤维对提高支架的生物相容性至关重要。堆芯-壳体通过单喷丝板制备了结构尼龙6/乳酸（LA）纳米纤维LA和尼龙-6溶液的简单混合产生的静电纺丝。低谷发现LA的蒸发速率和增塑剂性质是导致尼龙-6的点结合形态形成及溶剂降解复杂的相分离机制可以形成网状结构复合纤维的核壳结构。这些纤维经过进一步处理钙基可将表面LA转化为乳酸钙（CL），从而增加复合垫的生物相容性。SBF培养试验和体外细胞相容性试验表明，CL/尼龙-6复合垫的生物相容性比纯尼龙-6支架。因此，这种新型纳米纤维复合垫可以成为骨组织工程的潜在候选人。

正在评估几种类型的纳米颗粒的治疗和诊断应用程序。尽管这些纳米制剂的生物相容性在不同的模型中进行评估后，将测试标准化至关重要以提高我们在这方面的知识。本书的这一章总结了三种药物的体内外毒性实验结果纳米颗粒：金、二氧化硅和聚乳酸-羟基乙酸。本章给出了可用于评估药物毒性的方法概述纳米颗粒。只要可能，NP大小、化学成分、，给出了具有毒性的电荷和浓度。我们进一步讨论了纳米材料毒性机制包括细胞膜扰动、氧化压力和炎症反应。

在生物相容性的合成方面已经付出了相当大的努力具有可调新结构和改进生物活性的支架。在以下领域内生物陶瓷、硅基有序多孔材料受到越来越多的关注生物材料科学界，因为二氧化硅是许多材料的主要成分生物相容性多孔支架材料。此外，膳食硅也起着重要作用在骨形成中的作用，明显存在于活动钙化部位，刺激参与骨和软骨形成的基因表达，诱导成骨分化和细胞矿化。更重要的是，硅化支架具有容纳不同客体分子的能力，代表新一代结构独特的材料。本章收集并讨论了硅基支架的最新进展。剪裁的合成方法重点介绍了脚手架的化学成分和结构。