本研究将工业用压电陶瓷与天然骨的压电效应相类似的特性引入生物材料的仿生设计，从电活性角度开发新型的骨替代材料。将新型无铅压电陶瓷铌酸锂钠钾(LNK)分别与生物陶瓷羟基磷灰石(HA)和β-磷酸三钙(TCP)复合，制备成不同含量组成的生物压电陶瓷。通过对材料压电效应和成骨特性的检测，来研究与骨组织电学性能相匹配的生物材料。基本设计理念为：一骨的压电性决定了骨的塑形和改建，而压电陶瓷的压电效应，即机械能和电能的互相转换能力与骨类似。因此，压电陶瓷LNK与生物陶瓷复合制备，可将两类陶瓷的特性优化组合来模拟天然骨的无机组成和电活性特征，将会进一步提高了材料的生物活性。二压电陶瓷材料的选择：压电陶瓷系列品种众多，应用广泛。传统的压电陶瓷大多数为含铅陶瓷，铅含量占到70％左右，压电性能较高。众所周知，铅严重危害环境和人体健康，为了达到医用材料生物相容性的要求，必须选择无铅类压电陶瓷。LNK是新型无铅压电陶瓷，具有良好的压电性能，其组成成分均为人体必须的微量元素，无毒，无致畸作用，与其它无铅压电陶瓷相比，压电性能高，性能稳定。三生物陶瓷HA和β-TCP有着与天然骨相类似的组成和结构，与体内复杂的生理环境有天然的亲和力。β-TCP具有良好的生物降解性能，在特定的组成比例下，HA／TCP陶瓷还具备骨诱导特性。本研究设计HALNK和TCPLNK两种生物压电陶瓷，又可称为非降解和可部分降解的生物压电陶瓷，不仅提高的材料生物活性，还为今后的临床需求提供了多种选择。本课题由三部分实验组成：1生物压电陶瓷材料的制备与电学性能表征本实验采用工业制备压电陶瓷的常规方法，对制备工艺进行改良，将生物陶瓷HA和β—TCP分别与压电陶瓷LNK以1／10，2／8，3／7，46，5／5，6／4，7／3，8／2含量复合。电学性能检测结果显示，压电性能随着LNK含量的增加而升高；组成相HA、β—TCP和LNK，均保持了原有的特性；1／10和5／5压电性能有等级差异。经过制备工艺改良，生物压电陶瓷最大限度的避免了外界不良因素的干扰，提高材料的生物活性和生物相容性。2生物压电陶瓷体外诱导形成类骨磷灰石的研究生物材料诱导形成类骨磷灰石的能力是决定材料是否具有骨诱导性的首要条件。本实验在模拟体液中分别测试几种压电陶瓷样本的诱导矿化性能。结果显示，类骨磷灰石晶体在生物压电陶瓷的负极面大量沉积生长，而正极端较少；类骨磷灰石晶体在样本负极面沉积量从大到小排列：TCPLNK1／10＞TCPLNK5／5＞HALNK1／10＞HALNK5／5＞LNK。结果表明，生物压电陶瓷诱导形成类骨磷灰石能力是由材料的负极面对体液中离子定向诱导吸附能力和β—TCP相的生物降解性能共同作用的结果。3生物压电陶瓷促进大鼠来源成骨细胞活性的研究TCPLNK和HALNK与大鼠来源的成骨细胞在接种早期就表现了良好的粘附性，形态正常，增殖和分化功能旺盛，呈复层生长；在所有样本负极面的成骨细胞增殖和分化能力均高于正极面；TCPLNK1／10负极面的成骨细胞增殖和碱性磷酸酶活性明显优于其它组。实验结果说明：①生物压电陶瓷TCPLNK和HALNK有着优良的生物相容性。②LNK相负极表面通过吸附外界的正电荷，形成正电荷集中位，又根据异种电荷吸引理论吸附体液各种带负电荷的成分，从而促进了蛋白吸附层的形成和细胞的粘附聚集。③TCPLNK的β—TCP相生物降解后在陶瓷表面形成了大量的孔隙，提高了材料的骨传导和骨诱导性。综上所述，本研究将工业用无铅压电陶瓷LNK引入医用材料，设计制备了新型生物压电陶瓷。研究结果表明，生物压电陶瓷TCPLNK和HALNK是“生物活性”，“生物降解性”和“电活性”的完美组合，为骨替代材料的电活性功能仿生制备和临床应用奠定了理论基础。