骨骼是人体最大的组织器官，也是最容易发生缺损的部位。在我国，每年因骨折、骨肿瘤等骨科疾病导致骨缺损或功能障碍的患者超过300万人。随着纳米技术与生物技术在医用材料领域的不断融合，患者看到了“断骨再生”的希望。
从高分辨电子显微镜和原子力显微镜分析，人体骨骼具有一套精巧的结构：一束束胶原蛋白与一层层纳米级羟基磷灰石晶体均匀、有序地“镶嵌”在一起。这种多层复合的自组装结构使骨骼兼具硬度和抗弯能力。清华大学材料科学与工程系教授崔福斋指出，通过纳米技术获得与天然骨中晶体尺寸相同的纳米级羟基磷灰石，并与胶原蛋白均匀复合，是仿生人工骨材料研究的关键。
骨缺损的治疗常用手段包括自体骨、异体骨、异种骨和人工骨移植，但每种方法都存在弊端。自体骨移植被视为“金标准”，但需牺牲患者自身健康部位骨组织，属于“拆东墙补西墙”的做法。异体骨或异种骨移植存在交叉感染和免疫排异反应的风险。传统人工骨（如金属、陶瓷或高分子材料）的力学特性、生物活性和生物可降解性与天然骨相差甚远。人骨在体内处于不断降解和重建的过程，骨髓中的羟基磷灰石是纳米级颗粒，大块羟基磷灰石无法降解，因此需将其制成纳米尺度并与胶原蛋白组装。
崔福斋团队根据仿生思路，在体外模拟生物矿化和自组装过程，历经约10年研究，首次在国际上研制出纳米晶磷酸钙胶原基骨修复材料。该材料的孔隙率约为80%，孔径主要分布在100~500微米。X射线衍射、原子力显微镜和高分辨率透射电镜结果表明，材料中羟基磷灰石晶粒尺寸约为30纳米，生长在胶原纤维间隙，且羟基磷灰石晶体的c轴择优取向与胶原纤维轴向平行，这些特征与天然人体骨的成分和纳米结构相同。此外，材料的力学性能可按需调整，接近人松质骨或皮质骨，具有良好的可塑性。
崔福斋表示，研究仍在继续，从四肢骨到脊柱再到颅骨，材料使用范围越来越广，未来将不断提高材料性能，研发更多适用于不同缺损组织的剂型和形状。随着纳米与生物技术在医用材料领域的渗透，国内骨科纳米生物材料研发热情高涨，为“断骨再生”带来曙光。
骨折手术中使用的骨钉、骨板等固定物多由钛合金等金属制成，骨头愈合后需二次手术取出。进口聚乳酸固定物虽可降解，但降解产物为酸性液体，对人体有害。武汉理工大学教授李世普团队将聚乳酸骨钉、骨板类植入物改进，加入纳米羟基磷灰石，其降解产物呈偏碱性，可中和聚乳酸的酸性降解物，降低刺激。四川大学教授李玉宝团队在不降解高分子材料中添加纳米羟基磷灰石，增加强度，适用于承重骨修复。此外，碳纳米管和碳纳米线因其优越的细胞兼容性、机械和电子性能，也成为骨组织材料研究热点。
纳米材料的安全性备受关注。崔福斋强调，游离纳米颗粒可能穿透细胞进入大脑或经血管屏障进入重要器官产生毒性，但纳米人工骨中的纳米磷酸钙并非游离状态，而是与胶原蛋白结合，呈固定状态，类似天然骨。目前骨科纳米材料领域的关键问题并非安全隐患，而是缺乏相关安全检测标准。例如纳米银产品，虽可用于伤口灭菌消毒，但因国家未出台检测标准，企业无法获批生产许可证。崔福斋认为，建立科学的评价标准和体系是推动骨科纳米生物材料产业化的迫切需求。