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人體自身能夠獨自治療許多外部傷害和傷口，自我修復功能可修復皮膚擦傷，并使骨骼重新生長。但是，在骨折后或由于缺損而引起的骨折時，醫(yī)生通常不得不使用骨骼替代材料以部分或完全恢復損傷部位的骨的形狀和功能。為了確保在發(fā)生損壞時不必通過大量手術來更換或修復此類植入物，最好希望骨骼替代材料本身應具有自我修復的能力。

來自德國的耶拿·弗里德里希·席勒大學的材料科學家現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種骨骼替代材料，該材料可以最大程度地減少對其造成的損害，并同時自我修復。他們研究發(fā)布在著名的研究雜志“ Scientific Reports ”上。

作為德國研究基金會優(yōu)先研究計劃“自愈材料”的一部分，該項目由來自于耶拿大學與維爾茨堡大學的專家聯(lián)合開發(fā)，他們專注于所謂的磷酸鈣水泥——一種已經(jīng)在醫(yī)學中廣泛使用的骨骼替代品研究。

一方面，該材料刺激骨骼形成并增加血管的向內(nèi)生長。另一方面，它可以通過微創(chuàng)手術以糊劑的形式引入人體。它的延展性使其可以緊密地與骨骼結構結合。Frank A教授解釋說：“由于其高度的脆性，當材料承受過大的載荷時，會在材料中形成裂紋。這些裂紋會迅速擴大，破壞植入物的穩(wěn)定性并最終將其破壞。”出于這個原因，迄今為止，磷酸鈣膠粘劑主要用于在口腔和頜骨區(qū)域中對骨骼沒有起到承重作用的骨骼。

現(xiàn)如今，耶拿大學的材料科學家已經(jīng)開發(fā)出一種磷酸鈣水泥，其中的任何裂紋都不會演變成災難性的破壞。相反，材料本身將它們密封，其根本原因是在該材料中添加了碳纖維。

“首先，這些碳纖維大大提高了磷酸鈣水泥的破壞耐受性，因為它們在形成裂縫時就彌合了裂縫，從而阻止了它們進一步開裂，” Müller解釋說。“第二，我們已經(jīng)化學活化了纖維的表面。這意味著，一旦暴露的纖維遇到體液，該體液聚集在裂縫產(chǎn)生的開口中，就會開始礦化過程。所產(chǎn)生的磷灰石——基本的構成要素骨組織——然后再次閉合裂縫。”

耶拿科學家在實驗中通過故意破壞磷酸鈣水泥并將其在體液中治愈的過程進行了模擬。這種固有的自我修復能力以及與纖維增強相關的更大的承重能力，可以大大擴展可使用磷酸鈣水泥制成的骨植入物的區(qū)域，未來還可能包括骨骼的承重區(qū)域。