纳米羟基磷灰石及其复合材料的研究进展_李志宏
医疗卫生装备?２００７年第２８卷第４期
ＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｏｕｒｎａｌ?２００７Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．４
纳米羟基磷灰石及其复合材料的研究进展
李志宏
武继民
李瑞欣
许媛媛
张西正
（军事医学科学院卫生装备研究所
天津市
３００１６１）
摘要纳米羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，是较好的生物材料，被广泛应用于骨组织的修复与替代技
术。但是，由于材料本身力学性能较差制约了羟基磷灰石的进一步应用，因此，提高及制备综合性能优越的纳米羟基磷灰石复合生物材料是当今研究的重心和热点。综述了纳米羟基磷灰石制备的主要方法及其复合生物材料的研究进展，并探讨了纳米羟基磷灰石骨修复材料的发展方向。关键词
纳米羟基磷灰石；复合材料；骨修复
Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅａｎｄｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ＬＩＺｈｉ－ｈｏｎｇ，ＷＵＪｉ－ｍｉｎ，ＬＩＲｕｉ－ｘｉｎ，ＸＵＹｕａｎ－ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧＸｉ－ｚｈｅｎｇ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＡｃａｄｅｍｙｏｆＭｉｌｉｔａｒｙＭｅｄｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１６１，Ｃｈｉｎａ）
ＡｂｓｔｒａｃｔＮａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅａｎｄｐｒｏｓｔｈｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｏｓｓｅｏｕｓｔｉｓｓｕｅ，ｏｗｉｎｇｔｏｉｔｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｉｓｓｕｅｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｂｕｔｔｈｅｐｏｏｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅｒｅｓｔｒｉｃｔｓｉｔｓｆｕｒｔｈｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｄｉｃａｔｅｄｔｏｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｍａｉｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．Ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｓｗｅｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；ｂｏｎｅｒｅｐａｉｒ
作者简介：李志宏，硕士，主要从事高分子材料和生物材料方面的研究；
武继民，博士，硕士生导师，副研究员。
羟基磷灰石（ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ，ＨＡ或ＨＡＰ）是自然骨无机质的主要成分，具有良好的生物相容性和生物活性，可以引导骨的生长。其表面具有极性，与机体组织有较强的亲和力，与骨组织形成牢固的骨性结合，是公认性能良好的骨修复替代材料。本文综述了纳米羟基磷灰石复合生物材料的研究进展，并探讨了其可能的发展方向。
１纳米羟基磷灰石的合成
羟基磷灰石超微粉属无机材料，常用制备方法有水热法、
沉淀法、溶胶－凝胶法、微乳液法等。此外，还有等离子体喷涂法、干法、冲击波法等。
１．１水热法
水热法是指在密封压力容器中，以水溶液作反应介质，在
高温、高压下，使通常难溶或不溶的物质溶解且重结晶的一种制备材料的方法。它可以用来生长各种单晶，制备超细、无团聚或少团聚、结晶完好的陶瓷粉体和无机纤维或晶须增强材料。近年来，水热法制备羟基磷灰石也取得了很大的进展。
廖其龙等［１］经水热反应获得了晶粒完整、
粒度在１００ｎｍ以下的柱状或针状ＨＡ晶体，结果表明：随Ｃａ／Ｐ比的增加，进入磷灰石结构的ＣＯ３２－的量增加，引起晶格畸变，晶粒尺寸降低。肖秀峰等［２］研究发现随水热温度的提高和时间的延长，晶体发育越完整，晶粒尺寸越大。郭广生等［３］
研究中发现水热温度和反应时间对ＨＡ微晶尺寸变化有较大的影响，高温有利于ＨＡ微晶在ａ轴方向的生长，而延长时间则有利于其在ｃ轴方向的生长。刘晶冰等［４］在较低温度下合成了结晶度较高的棒状羟基磷灰石粉末，同时研究了ｐＨ值及温度对产物结构及形貌的
影响。
１．２沉淀法
沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，
在混合溶液中加入适当的沉淀剂制备超微颗粒的前驱体沉淀物，再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的超微颗粒。此法制备纳米ＨＡ大多采用无机钙盐和磷酸盐反应得到。
任卫等［５］采用均相共沉淀法和爆发成核法制备出了可长期稳定的、尺度在６０～７０ｎｍ的ＨＡ溶胶和纳米粒子。
吕奎龙等［６］
经研究发现：加入形核剂、适当提高反应温度及搅拌速度有
利于制备纯净的羟基磷灰石。李玉峰［７］研究表明：控制反应温度、加料速率，使体系维持一定ｐＨ值范围，并适当引入超声波及其它强化条件，可以合成Ｃａ／Ｐ比值较为理想、ＨＡ相较纯、晶粒度（２７２．２￣５４４．７）分布好的羟基磷灰石。郭大刚等［８］制得尺寸和形状更接近于人体骨磷灰石结构的ＨＡ颗粒，并具有较好的尺寸稳定性，６００℃下仍能保持不团聚长大。
１．３溶胶－凝胶法（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ）
溶胶凝胶法的基本原理是：将金属醇盐或无机盐水水解，
然后使溶质聚合胶化，再将凝胶干燥、焙烧，最后得到无机材料。其优点是：原料均匀混合；产品粒子化学均匀性好、纯度高、颗粒细；可容纳不溶性组分或不沉淀组分；烘干后凝胶颗粒烧结温度低。
黄志良等［９］用Ｓｏｌ－Ｇｅｌ法制备了不同钙磷摩尔比的ＨＡＰ和不同ＣＯ３２－含量的ＨＡＰ，并系统研究此２类磷灰石的热稳定性。结果表明：Ｃａ和ＨＡＰ由于存在填隙缺陷结构，表现出较高的热稳定性；在１５０￣８００℃范围内ＣＨＡＰ（含有ＣＯ３２－的ＨＡＰ）中的ＣＯ３２－脱除是非平衡态的连续固溶体分解，同时其结晶度增加且晶粒重结晶长大。袁媛等［１０］以四水硝酸钙和磷酸三甲酯为
中图分类号：ＴＢ３８３；ＴＢ３３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００３－８８６８（２００７）０４－００３０－０２
ＧＥＮＥＲＡＬＲＥＶＩＥＷ
综述
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原料，水和无水乙醇为溶剂，采用溶胶－凝胶法合成纳米羟基磷灰石；并对影响溶胶－凝胶形成的工艺条件、
溶剂的选择及加入量、溶液的ｐＨ值以及干凝胶的低温燃烧特性进行研究。朱明刚［１１］对用溶胶－凝胶法烧结制备ＨＡＰ骨水泥材料的工艺条件进行了研究，并探索了ＨＡＰ粉剂与柠檬酸水溶液构成水和凝结体系的可行性，结果显示出该材料作为医用骨水泥材料的可能性。
１．４微乳液法
微乳液法是利用２种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用
下形成一种均匀的乳液，从乳液中析出固相。ＬＩＭＧＫ［１２］最先采用该法对制备ＨＡ进行了研究。其方法是，将ＣａＣｌ２与（ＮＨ４）２ＨＰＯ４分别制成微乳液，油相为环乙醇，添加表面活性剂，将２种微乳液混合后放置一定的时间，将沉淀物用乙醇洗涤，制备出粒径为
２０￣４０ｎｍ的ＨＡ粉体。任卫等［１３］利用二乙基琥珀酰磺酸钠（ＡＴＯ）
为表面活性剂，异辛烷为油相，Ｃａ（Ｈ２ＰＯ４）２?Ｈ２Ｏ或Ｃａ（ＯＨ）２为反应
试剂制备球状纳米羟基磷灰石颗粒。
２纳米羟基磷灰石复合生物材料
纳米羟基磷灰石复合生物材料主要是指在纳米ＨＡ中加
入第二相或多相材料，从而获得有利的组织学反应、满意的强度和刚性，并为组织再生合成支架材料（其超微结构如图１所示）。其中，羟基磷灰石以纳米级纤维（颗粒或粉体）填充有机基质，而有机基质则提供骨修复材料所需的一定的形状。该复合材料充分发挥了ＨＡ的生物相容性和有机聚合物优越的加工性能以及可生物降解性等，并具有天然骨的类似结构，通过合理开发有可能使之成为理想的骨组织替代材料。因而，近年来得到了充分的发展，主要包括羟基磷灰石／天然高分子复合生物材料和羟基磷灰石／人工高分子复合生物材料２类。
２．１羟基磷灰石／天然高分子复合生物材料２．１．１
羟基磷灰石／胶原复合材料
骨的结构可以分成２个不同层次的复合：ＨＡ增强胶原蛋
白纤维构成３￣７μｍ的同轴层环状结构和在μｍ￣ｍｍ尺度上骨小管增强间隙骨。因此，人体骨可以看成是一种天然无机物－高聚物复合材料。制备仿天然骨的成分、结构和特性的胶原／纳米羟基磷灰石复合支架材料是目前生物材料研究的热点之一。
Ｃｈａｎｇ等［１４］用仿生共沉淀法制备出直径为５～１５μｍ柱状孔道、
纳米ＨＡ晶体沿胶原纤维排列、具有三维网状多孔结构的胶原／纳米羟基磷灰石复合材料；Ｊｏｈｎ等［１５］用交替沉淀法、Ｒｏｖｅｒｉ
等［１６］
模拟体内骨胶原的矿化过程、林晓艳等［１７］
采用仿生原位沉积矿化法，制备出仿生胶原／纳米羟基磷灰石复合骨支架材料。与简单共混相比，这些方法制备胶原／纳米羟基磷灰石复合材料具有生物可降解性高、表面能较大、生物相容性和生物活性更好等特点，但仍不能与骨生长速度很好地匹配。
２．１．２羟基磷灰石／壳聚糖复合材料
Ｙａｒｎａｇｖｃｈｉ等［１８］利用共沉淀法制备了壳聚糖／羟基磷灰石
均相纳米复合材料。研究发现，复合材料中的羟基磷灰石结晶呈长２３０ｎｍ、宽５０ｎｍ的椭圆状聚集态，与壳聚糖分子长度相对应，且该结晶生长排布（ｃ轴）与壳聚糖分子链相平行。表明壳聚糖分子的氨基可能与钙离子结合成核，促进羟基磷灰石在此处的结晶生长，压实的复合材料具有机械韧性。ＨｕＱ等［１９］制备壳聚糖／纳米羟基磷灰石复合棒用于骨折内固定的研究。张利等［２０］采用共沉淀法制备了ｎ－ＨＡ／ＣＳ复合材料。实验结果表明，复合材料中ｎ－ＨＡ和ＣＳ两相间有良好的相容性并存在较强的相互作用，其抗压强度达１２０ＭＰａ左右。体外模拟体液
（ＳＢＦ）浸泡试验结果表明，复合材料中有机相ＣＳ在浸泡过程
中逐渐发生降解，与此同时，在复合材料表面有类骨磷灰石层沉积，表明该复合材料具有较高的生物活性和可降解性。
２．１．３羟基磷灰石／骨形态发生蛋白复合材料
骨形态发生蛋白（ＢＭＰ）是一种存在于骨基质中的小分子量酸性多肽类物质，具有高效骨诱导作用，可以诱导血管周围未分化的间充质细胞及骨髓细胞分化成软骨细胞和骨细胞，具有非种属特异性诱导骨形成的生物学特性。Ａｓａｈｉｎａ等［２１］利用羟基磷灰石作为载体，得到ＨＡ／ＢＭＰ复合物，经动物实验表明，其骨诱导活性比颗粒状、
块状羟基磷灰石和ＨＡ／胶原复合材料都要高。ＯｎｏＩ等［２２］将多孔羟基磷灰石用含前列腺素Ｅ１的
ｒｈ－ＢＭＰ溶液浸泡后植入小鼠体内，同时与单纯含ｒｈ－ＢＭＰ的
溶液对比，发现将多孔羟基磷灰石用含前列腺素Ｅ１的溶液处理能促进ｒｈ－ＢＭＰ的骨诱导活性。
２．２羟基磷灰石／人工高分子复合生物材料２．２．１ＨＡ／ＰＬＡ的复合材料
聚乳酸（ＰＬＡ）是一种具有良好生物相容性和生物降解性的聚合物，其强度和刚性随分子量的升高而增强，体内降解吸收所需时间也随之延长。将ＨＡ、ＰＬＡ２种材料在加热加压的条件下共混，待温度降低后即得到具有一定强度和刚度的固体材料［２３］；或将二者共混分散于有机溶剂，待有机溶剂挥发后制成ＨＡ／ＰＬＡ的复合材料［２４］。但在复合材料植入体内后，其力学性能因聚乳酸的降解导致强度下降。因此，如何控制聚乳酸的降解速度，使复合材料自身强度的下降能被新骨沉积形成的强度所弥补，已成为ＨＡ－ＰＬＡ复合材料研究中的关键。目前，主要是通过改变ＨＡ－ＰＡＬ的混合比例，使用高分子量的ＰＬＡ参与复合，以及在ＰＬＡ中引人硬段结构来实现［２５］。
２．２．２ＨＡ／聚乙烯（ＰＥ）复合材料
ＨＡ／ＰＥ复合材料是目前研究最广泛、
最深入的无机／有机复合骨修复材料。Ｂｏｎｆｉｅｌｄ等［２６］开发的ＨＡ／ＰＥ复合材料于２０世纪８０年代初期以ＨＡＰＥＸＴＭ为商品名称上市。其杨氏模量与韧性断裂强度接近于人体皮质骨。体外实验表明，ＨＡＰＥＸＴＭ的初始
人成骨细胞样细胞较早开始分化，ＨＡ颗粒提供了细胞附着的有利位置。临床应用证实，人体对植入物的接受情况较好，在骨与植入物之间有一良好的界面。但是，ＨＡ粒子与ＨＤＰＥ基体间为机械键合，界面结合强度低，限制了其在承重部位的应用。
Ｗａｎｇ等［２７］用硅烷偶联剂改性处理ＨＡ后，再与已接枝丙
烯酸单体的ＨＤＰＥ复合，得到一种新的ＨＡ／ＨＤＰＥ复合材料，大大提高了新型ＨＡ／ＨＤＰＥ复合材料的力学性能。ＬｉｍｉｎｇＦａｎｇ等［２８］采用新型工艺制备的ＨＡ／ＨＤＰＥ复合材料，其材料杨氏模
图１纳米羟基磷灰石复合生物材料超微结构图
ｃ．ＨＡ－ＰＥ超微结构图［２８］
ａ．ＨＡ－ＣＯＬ超微结构图［１７］ｂ．ＨＡ－ＣＳ超微结构图［２０］ＧＥＮＥＲＡＬＲＥＶＩＥＷ
综述
３１
量提高９０％，屈服强度提高５０％，进一步扩展了其应用范围。罗庆平等［２９］采用磷酸单酯偶联剂对ＨＡ进行表面改性处理，发现改性后ＨＡ／ＨＤＰＥ具有更好的机械力学性能。
２．２．３ＨＡ／聚酰胺（ＰＡ）复合材料
ＨＡ／ＰＡ复合材料是一种新型的硬组织修复材料。聚酰胺具有优良的韧性，其刚度也超过相同分子量的聚乳酸及聚乙烯，可利用其来改善ＨＡ材料韧性并从整体上提高复合材料的力学性能。李玉宝等［３０，３１］通过ＰＡ对纳米ＨＡ材料的增韧，设计出兼具生物活性及生物相容性的硬组织修复材料，其综合力学性能与自然骨的力学性能匹配，能满足临床硬组织修复要求。动物实验结果表明，纳米磷灰石／聚酰胺复合材料具有优异的生物活性和力学性能，与自然骨能形成牢固的生物性的骨键合。另外，还发现该种材料有诱导软骨的特性。
３展望
近年来，关于羟基磷灰石及其复合材料的研究已取得可喜的进展，但都没从根本上提高其强度和韧性来满足临床要求。尤其是复合材料体内强度下降与骨生长速度相匹配的问题，依然困扰着生物材料与生物工程学界的广大工作者。为此，我们设想应从以下几个方面着手：（１）改善或研究出新的合成方法，提高羟基磷灰石本身的强度；（２）进行分子设计，对已有材料进行改性；并提高复合加工技术，解决材料的相容性问题，使复合材料的两相或多相之间更好地匹配；（３）运用仿生学原理，研究合成新型的仿生骨，并解决诸如胶原蛋白的降解速度等问题，使复合材料体内强度下降速度与骨生长速度相匹配。
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［３１］ＺｈａｎｇＬｉ，ＬｉＹｕｂａｏ，ＷａｎｇＸｕｅｊｉａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅｐｏｒｏｕｓｓｃａｆｆｏｌｄｍａｄｅｏｆｔｈｅｎａｎｏ－ＨＡ／ＰＡ６６ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．ＪＭａｔｅｒＳｃｉ，２００４，３９：１－４．
（２００６－１２－１３收稿２００７－０３－２０修回）
ＧＥＮＥＲＡＬＲＥＶＩＥＷ
综述
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医疗卫生装备?２００７年第２８卷第４期
ＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｏｕｒｎａｌ?２００７Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．４
羟基磷灰石研究进展
羟基磷灰石研究进展 摘要：由于羟基磷灰石( HA) 不但与人体骨骼晶体成分和结构基本一致,而且其生物 相容性、界面生物活性均优于医用钛、硅橡胶及植骨用碳材料等植入医用材料,另外有极好骨传导性和与骨结合的能力, 无毒副作用, 无致癌作用,所以被广泛用作硬组织修复材料和骨填充材料的生理支架以及疾病、意外事故中的骨修复材料。同时，羟基磷灰石具有良好的生物活性,具有特殊的晶体化学特点，是较好的生物材料,被广泛应用于骨组织的修复与替代技术.目前,羟基磷灰石涂层的制备方法有等离子喷涂法、激光熔覆法、电结晶液相沉积法、溶胶-凝胶法等。对于制备要求较高、具有表面活性的吸附材料羟基磷灰石而言,溶胶- 凝胶法是较为合适的方法,本文羟基磷灰石涂层进行了研究。主要从羟基磷灰石的合成制备,复合材料涂层种类及HA涂层影响因素，应用等方面对羟基磷灰石进行介绍，并对其进行研究展望。 关键词：羟基磷灰石制备复合材料涂层研究进展 前言 羟基磷灰石是一种磷酸钙生物陶瓷, 与人体自然骨和牙齿等硬组织中的无机质在 化学成分和晶体结构上具有相似性，是一类重要的骨修复材料,分子式为Ca10 ( PO4) 6 ( OH ) 2 , 简写为HA 或HAP,Ca/ P 物质的量比理论值为1. 67, 属磷酸钙陶瓷中的一种生物活性材料。从分子结构( 如图1) 可以看出, 它易与周围液体发生离子交换。HA 属六方晶系, 空间群为P63/m。其结构为六角柱体, 与c轴垂直的面是一个六边形, a、b 轴的夹角为120 °, 晶胞常数a= b= 9. 324 A , c= 6. 881A 。单位晶胞含有10 个 [ Ca]2+、6个[ PO4]3-和2个 [ OH]-, 这样的结构和组成使 得H A 具有较好的稳定性。 磷灰石是自然界广泛分布的 磷酸钙盐矿物，根据其结构通 道中存在的阴离子的种类, 可分为氟-、氯-、羟磷灰石等 不同亚种矿物。其中，羟基磷 灰石(hydroxyapatite，缩写为 HA或HAp)的研究和应用最 广泛。羟基磷灰石是人体和动 物的骨骼和牙齿的主要无机 成分，具有良好的生物相容性和生物活性，HA材料对动物体人体无毒、无害、无致 癌作用，可增强骨愈合作用，能与自然骨产生化学结合，HA植入人体后对组织无刺 激和排斥作用,能与骨形成很强的化学结合,用作骨缺损的充填材料,为新骨的形成提供
纳米羟基磷灰石及其复合材料的研究进展_李志宏
医疗卫生装备?２００７年第２８卷第４期 ＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｏｕｒｎａｌ?２００７Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．４ 纳米羟基磷灰石及其复合材料的研究进展 李志宏 武继民 李瑞欣 许媛媛 张西正 （军事医学科学院卫生装备研究所 天津市 ３００１６１） 摘要纳米羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，是较好的生物材料，被广泛应用于骨组织的修复与替代技 术。但是，由于材料本身力学性能较差制约了羟基磷灰石的进一步应用，因此，提高及制备综合性能优越的纳米羟基磷灰石复合生物材料是当今研究的重心和热点。综述了纳米羟基磷灰石制备的主要方法及其复合生物材料的研究进展，并探讨了纳米羟基磷灰石骨修复材料的发展方向。关键词 纳米羟基磷灰石；复合材料；骨修复 Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅａｎｄｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ＬＩＺｈｉ－ｈｏｎｇ，ＷＵＪｉ－ｍｉｎ，ＬＩＲｕｉ－ｘｉｎ，ＸＵＹｕａｎ－ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧＸｉ－ｚｈｅｎｇ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＡｃａｄｅｍｙｏｆＭｉｌｉｔａｒｙＭｅｄｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１６１，Ｃｈｉｎａ） ＡｂｓｔｒａｃｔＮａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅａｎｄｐｒｏｓｔｈｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｏｓｓｅｏｕｓｔｉｓｓｕｅ，ｏｗｉｎｇｔｏｉｔｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｉｓｓｕｅｂｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｂｕｔｔｈｅｐｏｏｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅｒｅｓｔｒｉｃｔｓｉｔｓｆｕｒｔｈｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｄｉｃａｔｅｄｔｏｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｍａｉｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．Ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｉｎｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｓｗｅｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎａｎｏ－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；ｂｏｎｅｒｅｐａｉｒ 作者简介：李志宏，硕士，主要从事高分子材料和生物材料方面的研究； 武继民，博士，硕士生导师，副研究员。 羟基磷灰石（ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ，ＨＡ或ＨＡＰ）是自然骨无机质的主要成分，具有良好的生物相容性和生物活性，可以引导骨的生长。其表面具有极性，与机体组织有较强的亲和力，与骨组织形成牢固的骨性结合，是公认性能良好的骨修复替代材料。本文综述了纳米羟基磷灰石复合生物材料的研究进展，并探讨了其可能的发展方向。 １纳米羟基磷灰石的合成 羟基磷灰石超微粉属无机材料，常用制备方法有水热法、 沉淀法、溶胶－凝胶法、微乳液法等。此外，还有等离子体喷涂法、干法、冲击波法等。 １．１水热法 水热法是指在密封压力容器中，以水溶液作反应介质，在 高温、高压下，使通常难溶或不溶的物质溶解且重结晶的一种制备材料的方法。它可以用来生长各种单晶，制备超细、无团聚或少团聚、结晶完好的陶瓷粉体和无机纤维或晶须增强材料。近年来，水热法制备羟基磷灰石也取得了很大的进展。 廖其龙等［１］经水热反应获得了晶粒完整、 粒度在１００ｎｍ以下的柱状或针状ＨＡ晶体，结果表明：随Ｃａ／Ｐ比的增加，进入磷灰石结构的ＣＯ３２－的量增加，引起晶格畸变，晶粒尺寸降低。肖秀峰等［２］研究发现随水热温度的提高和时间的延长，晶体发育越完整，晶粒尺寸越大。郭广生等［３］ 研究中发现水热温度和反应时间对ＨＡ微晶尺寸变化有较大的影响，高温有利于ＨＡ微晶在ａ轴方向的生长，而延长时间则有利于其在ｃ轴方向的生长。刘晶冰等［４］在较低温度下合成了结晶度较高的棒状羟基磷灰石粉末，同时研究了ｐＨ值及温度对产物结构及形貌的 影响。 １．２沉淀法 沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合， 在混合溶液中加入适当的沉淀剂制备超微颗粒的前驱体沉淀物，再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的超微颗粒。此法制备纳米ＨＡ大多采用无机钙盐和磷酸盐反应得到。 任卫等［５］采用均相共沉淀法和爆发成核法制备出了可长期稳定的、尺度在６０～７０ｎｍ的ＨＡ溶胶和纳米粒子。 吕奎龙等［６］ 经研究发现：加入形核剂、适当提高反应温度及搅拌速度有 利于制备纯净的羟基磷灰石。李玉峰［７］研究表明：控制反应温度、加料速率，使体系维持一定ｐＨ值范围，并适当引入超声波及其它强化条件，可以合成Ｃａ／Ｐ比值较为理想、ＨＡ相较纯、晶粒度（２７２．２￣５４４．７）分布好的羟基磷灰石。郭大刚等［８］制得尺寸和形状更接近于人体骨磷灰石结构的ＨＡ颗粒，并具有较好的尺寸稳定性，６００℃下仍能保持不团聚长大。 １．３溶胶－凝胶法（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ） 溶胶凝胶法的基本原理是：将金属醇盐或无机盐水水解， 然后使溶质聚合胶化，再将凝胶干燥、焙烧，最后得到无机材料。其优点是：原料均匀混合；产品粒子化学均匀性好、纯度高、颗粒细；可容纳不溶性组分或不沉淀组分；烘干后凝胶颗粒烧结温度低。 黄志良等［９］用Ｓｏｌ－Ｇｅｌ法制备了不同钙磷摩尔比的ＨＡＰ和不同ＣＯ３２－含量的ＨＡＰ，并系统研究此２类磷灰石的热稳定性。结果表明：Ｃａ和ＨＡＰ由于存在填隙缺陷结构，表现出较高的热稳定性；在１５０￣８００℃范围内ＣＨＡＰ（含有ＣＯ３２－的ＨＡＰ）中的ＣＯ３２－脱除是非平衡态的连续固溶体分解，同时其结晶度增加且晶粒重结晶长大。袁媛等［１０］以四水硝酸钙和磷酸三甲酯为 中图分类号：ＴＢ３８３；ＴＢ３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－８８６８（２００７）０４－００３０－０２ ＧＥＮＥＲＡＬＲＥＶＩＥＷ 综述 ３０
纳米羟基磷灰石_HAP_的制备方法及应用 (1)
!""#年第$期（第$$期）佛山陶 瓷!!!!!!! %&&前言 ’()由于其成份与生物机体骨骼的无机成份相近，因而引起了人们的广泛的关注。上世纪#"年代，就有人合成了’()。随着科学技术的进步和人们认识的不断提高，许多研究结果表明，’()是一种无毒、无致癌、无副作用和具有良好生物相容性的生物活性材料；人们还发现’()具有固体碱性能*%+和较强的离子交换能力，因此在催化载体、离子交换领域得到了广泛的应用；同时还能吸附有毒的离子*!+和具有温敏、湿敏效应*#+，因此还是绿色环保材料和智能材料。此外，武汉理工大学生物中心研究发现纳米’()能抑制癌细胞的生长，而对正常的细胞没有副作用，为制备新一代抗癌药物提供了新的途径。 ’()具有许多优良的特性，除与本身特性有关外，还与其制备方法和制备工艺有密切的关系。 !&&’()的晶体结构 羟基磷灰石英文名称’,-./0,12134356分子式为71%" 8)9:;<=9’;!&>简写为’(或’()?>钙磷比71@)AB@#!%C<$（当71@)小于%C<$称为钙亏’()>当71@)大于%C<$称为钙盈’()>当71@)为%C<$称为正常’()）>属磷酸钙=D7);陶瓷中的一种生物活性材料。从分子式可以看出，71!E位置=(位;易被%、!、#价和FGG#E等离子替换；*)9:+#H 位置=I位;易被*(J9:+#H、*K9:+#H、*L49:+!H、*L9:+!H、*79#+!H等基团替换；*9’+H位置=M位>通道离子;易被卤素元素替代，并且置换速度非常快；它还可以与含羧基=799’;的氨基酸、蛋白质、有机酸等反应。(、I、M还能相互耦合替代*:+。 D.N5O1P*B+等研究发现’()与氟磷灰石具有同样结构属于六方晶系，空间群为)<#@O。其结构为六角柱体，与Q 轴垂直的面是一个六边形，1、R轴的夹角为%!""，晶胞常数1ARASC:#!!，QA 2010-2011 第2学期《生物医用材料》期中考试 姓名： 学号： 学院： 专业： 班级： 任课老师： 羟基磷灰石研究进展 摘要：由于羟基磷灰石( HA) 不但与人体骨骼晶体成分和结构基本一致,而且其生物 相容性、界面生物活性均优于医用钛、硅橡胶及植骨用碳材料等植入医用材料,另外有极好骨传导性和与骨结合的能力, 无毒副作用, 无致癌作用,所以被广泛用作硬组织修复材料和骨填充材料的生理支架以及疾病、意外事故中的骨修复材料。同时，羟基磷灰石具有良好的生物活性,具有特殊的晶体化学特点，是较好的生物材料,被广泛应用于骨组织的修复与替代技术.目前,羟基磷灰石涂层的制备方法有等离子喷涂法、激光熔覆法、电结晶液相沉积法、溶胶-凝胶法等。对于制备要求较高、具有表面活性的吸附材料羟基磷灰石而言,溶胶- 凝胶法是较为合适的方法,本文羟基磷灰石涂层进行了研究。主要从羟基磷灰石的合成制备,复合材料涂层种类及HA涂层影响因素，应用等方面对羟基磷灰石进行介绍，并对其进行研究展望。 关键词：羟基磷灰石制备复合材料涂层研究进展 前言 羟基磷灰石是一种磷酸钙生物陶瓷, 与人体自然骨和牙齿等硬组织中的无机质在 化学成分和晶体结构上具有相似性，是一类重要的骨修复材料,分子式为Ca10 ( PO4) 6 ( OH ) 2 , 简写为HA 或HAP,Ca/ P 物质的量比理论值为1. 67, 属磷酸钙陶瓷中的一种生物活性材料。从分子结构( 如图1) 可以看出, 它易与周围液体发生离子交换。HA 属六方晶系, 空间群为P63/m。其结构为六角柱体, 与c轴垂直的面是一个六边形, a、b 轴的夹角为120 °, 晶胞常数a= b= 9. 324 A , c= 6. 881A 。单位晶胞含有10 个[ Ca]2+、6个[ PO4]3-和2个 [ OH]-, 这样的结构和组成使 得H A 具有较好的稳定性。 磷灰石是自然界广泛分布的 磷酸钙盐矿物，根据其结构通 道中存在的阴离子的种类, 可分为氟-、氯-、羟磷灰石等 不同亚种矿物。其中，羟基磷 灰石(hydroxyapatite，缩写为 HA或HAp)的研究和应用最 广泛。羟基磷灰石是人体和动 物的骨骼和牙齿的主要无机 成分，具有良好的生物相容性和生物活性，HA材料对动物体人体无毒、无害、无致 癌作用，可增强骨愈合作用，能与自然骨产生化学结合，HA植入人体后对组织无刺 激和排斥作用,能与骨形成很强的化学结合,用作骨缺损的充填材料,为新骨的形成提供 纳米羟基磷灰石制备方法及应用 赖荣辉 西南民族大学化学与环境保护工程学院高分子化学与物理 摘要 羟基磷灰石（HA）具有良好的生物相容性和生物活性，被广泛的应用于骨修复和药物载体中。但是其本身容易团聚，而形成较大的晶体，使得其生物学性能下降。合成纳米级的羟基磷灰石，使得羟基磷灰石具有较大的比表面积，而具有较好的生物学性能。本文综述了近年来合成纳米羟基磷灰石的进展和几种主要的合成方法包括：水热法、超声法、溶胶-凝胶法、自燃烧法。并对纳米羟基磷灰石的一些改性方法做了简述。最后还对纳米羟基磷灰石的一些应用做了简述。 关键词：羟基磷灰石;制备方法;生物材料;纳米晶体 0 前言 羟基磷灰石，英文名Hydroxyapatite（HA）,其化学式为Ca10(PO4)6(OH)2作为一种现代的纳米生物材料，是动物和人体骨骼和牙齿的主要无机成分，具有良好的生物相容性。故常用作骨修复材料和药物载体[1] 1 纳米羟基磷灰石的合成方法 一、自燃烧法 自燃烧法是一种利用硝酸盐与羧酸反应，在低温下实现原位氧化、自发燃烧、快速合成产物前驱体粉末的方法[2]。王欣宇等[3, 4]通过自燃烧法投制备纳米羟基磷灰石粉，他们结合络合物机理和氧化还原反应机理，以柠檬酸为络合剂并通过其具有还原性与硝酸盐混合均匀后进行充分络合，在加热条件下就会发生氧化还原反应，在较低的温度下就可以燃烧。其反应方程式如下： C6H8O7 + Ca2+ = C6H6O7Ca + 2H+（l） 5C6H6O7Ca + l8NO3- + l8H+ = 30CO2 +9N2 + 24H2O + 5CaO （2）9Ca(NO3)2+ 5C6H8O7 = 30CO2 + 9N2 +20H2O + 9CaO （3）王欣宇等最后所得的自燃烧法制备纳米羟基磷灰石的最佳条件为n（H2O）: n （Ca2+）= 30 ~ 35时，可使自燃烧反应进行，反应时间短。对于该反应体系pH的最佳范围为2 ~ 3。最佳的加热温度为80℃，自燃烧产物粉末煅烧的最佳温度为750℃。采用上述最佳工艺条件制备出的HAP 粉末，经超声分散，分散介质为水，然后用粒度分析仪测定粉末的二次平均粒径为494.6±l0.l nm。可见，虽然他们得到了纳米级的羟基磷灰石，但是其平均粒径对于现在的临床研究来说仍然太大了，并且在自燃烧法的反应过程复杂，过程的煅烧温度750℃过高，不利于控制。 二、水热法 水热法是在特定的密闭容器（高压釜）里，用水溶液作反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶，从而得到纳米结构的晶体。其优点是可以通过控制水热条件（温度、反应时间、前驱物形式等）面得到不同的粉体晶粒物相和形貌[5]，徐光亮, 聂轶霞[5]等人利用CaCO3和CaHPO4·2H2O按一定的n(Ca)/n(P)混合在高温高压下合成纳米羟基磷灰石，并且通改变反应的条件：前驱物配比、水热反应温度、以用反应时间等来研究羟基磷灰石合成的最佳反应条件。对于水热法，仍存在一些缺点，因为水热反应耍要在一个高温高压的反应条件下进行，过程不易控制。并且，反应时间耍8h以上才能达到最佳反应，反应时间过长。 另，据报道，任强，罗宏杰等[6]人通过低温燃烧／水热法联合法制备了纳米羟基磷灰石。该方法充分发挥了低温燃烧法(LCS)和水热法的优势，具有制备温度低、反应速度快、制备效率高以及粉体的纯度高、粒度小(40 nm～80 nm)且均匀等优点。该次实验主要用Ca(NO)2,(NH4)2HPO4和柠檬酸(C6H8O7H2O)，通过羟基磷灰石中的Ca:P=5:3，并根据燃烧化学基本理论来参加反应。该实验的主要环节是反应温度的确定和硝酸钙与磷酸氢二铵和柠檬酸的比例，其最佳比例为Ca(NO3)2·4H2O:(NH4)2HPO4:C6H8O7·H2O=5:3:2.2。实验的具体过程是： 《生物医用材料》期末论文 学院：材料与化工学院 专业：材料科学与工程 学生姓名： 学号： 任课教师：唐敏 2010年6月20日 羟基磷灰石在生物医用材料中的研究进展 材料与化工学院 07材料科学与工程卢仁喜 摘要:羟基磷灰右是一种优质的医用生物材料，在生物医用材料和医学研究领域有着广泛的应用和研究。本文在综合了一些文献的基础上，对羟基磷灰石在生物医用材料的研究上做了总结和概括，并且提出了一些自己的看法。 关键字：羟基磷灰石生物医用材料进展 1.引言 生物材料(biomaterials)是对生物体进行治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料。随着材料科学、生命科学与生物技术的发展，越来越多的生物材料得到广泛应用，人们开始在分子水平上去认识材料和机体问的相互作用，力求使无生命的材料通过参与生命组织的活动，成为有生命组织的一部分。其中金属材料、生物陶瓷材料、高分子材料、聚合物及其复合材料是应用最广泛的生物材料。近年来，常用的骨骼替代品是金属、塑料以及陶瓷等，其中以钛和钛合金为主。但是由于它们的惰性，它们不能很好的与生物体本身产生相容性，作为硬组织植入材料，它们与骨之间只是一种机械嵌连的骨整合，而非化学骨性结合，致使植入后与骨组织之间结合较差，常引起植入失效。同时金属的耐磨性和耐腐蚀性较差，腐蚀产牛的离子会对人体组织产生不良影响。羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)生物陶瓷材料具有优良的生物活性和生物相容性，被认为是一种最具潜力的人体硬组织替换材料。但是HA的力学性能较差，抗弯强度和断裂韧性指标均低于人体致密骨，限制了它们单独在人体负重部位的使用。但是由于它本身的特点，以及自然界再也找不出与它具有类似生物相容性的陶瓷材料，同时他又可以同多种材料进行复合来改变它在某一方面的劣势。所以，近年来羟基磷灰石及其复合物的研究受到广泛关注。 2.羟基磷灰石及特点 羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)是一种微溶于水的弱碱性磷酸钙盐，它是脊椎动物骨和齿的主要无机成分，在人骨中约占72％，齿骨中则高达97％，其生物相容性及活性良好，对人体无毒副作用，可增强骨愈合作用，能与自然骨产生化学结合，被认为是最有前途的人工齿及人工骨的替代材料。目前有关羟基磷灰石的研究已经取得了很大的进展，人工合成HA的方法主要有沉淀法、水热反应法和溶胶一凝胶法。然而，羟基磷灰石的烧结性能差，力学性能特别是冲击韧性不足以作为骨替代的理想材料，因此必须通过与其它材料复合来提高有关性能，使之得以在临床上推广应用。所以，基于羟基磷灰石在力学上的性质，它在生 纳米材料学作业 2005202027 张峰 一．外文综述 1．纳米羟基磷灰石与胶原和聚乙烯醇的复合生物材料[1] 材料的制备 1．合成纳米羟基磷灰石 根据羟基磷灰石中Ca/P摩尔比nCa/Np=1.67，配制Ca(NO3)2·4H2O(80 ml, 0.1 M)溶液和Na3PO4 (48 ml, 0.1 M)溶液，室温下共滴定，不断搅拌混合液。用Na(OH)2调节PH，使PH保持在10。反应得到悬浊液用布氏漏斗过滤后，去离子水清洗，沉淀物80℃隔夜干燥。 2．合成纳米羟基磷灰石/PVA复合物 90℃下配制不同浓度的PVA/去离子水混合液，90℃保持30min。在搅拌的条件下加入1中制备的羟基磷灰石粉体，持续搅拌30min，制得的HAp/PVA凝胶体。用冷冻分相干燥法对该胶体脱水干燥（将胶体降温至-20℃后在升温至20℃，如此反复进行1～4个周期）。 3．合成羟基磷灰石/胶原复合物（HAp/Col） 先在室温下配制30ml、浓度为0.6 mg/ml胶原/水的混合液，持续搅拌2h。之后加入80 ml 0.1M 的Ca(NO3)2·4H2O溶液，再缓慢滴加Na3PO4 (48 ml, 0.1 M)溶液，用Na(OH)2调节PH至10，制得呈凝胶状的HAp/Col复合物。将该凝胶用布氏漏斗过滤，去离子水清洗，室温干燥。4．合成羟基磷灰石/胶原/PVA复合物（HAp/Col/PVA） 室温、搅拌的条件下配制15ml浓度为0.3mg/ml的一型胶原/水混合物，持续搅拌1h后把该混合液倒入等体积的PVA/水的混合液中。将得到的混合物室温搅拌30min，再加入40ml0.1M 的Ca(NO3)2（PH调为10），搅拌，70℃保持24h。之后加入24ml0.1M Na3PO4（PH调为10）。如此，在胶原/PVA上原位合成HAp。然后将反应混合物过滤、冲洗、干燥、检测。 结果与讨论 1．不论是单独合成还是在胶原或PVA或是胶原/PVA纤维上原位合成，所制得的羟基磷灰石都为纳米微粒，其宽为10～30nm，长为40～50nm。 2．羟基磷灰石通过氢键或[OH-]-Ca2+-[-OH]和PVA和胶原结合形成有机－无机杂化体，此外胶原上的羧基也是和羟基磷灰石上的钙离子结合的位点。由于氢键的形成，随着有机相的增加，在有机相原位合成的羟基磷灰石的粒径和结晶度减小。 3．在PVA有机相中引入羟基磷灰石无机相后，复合材料的线性粘弹性大大提高，经低温处理后塑性大幅度增加。 4．复合材料由于胶原的加入、并经脱水处理后强度得到提高，且形成孔径在50～500nm范围内的贯通孔多孔材料。 2．用多糖基羟基磷灰石制备可生物吸收的骨水泥[2] 材料的制备 1．合成纳米羟基磷灰石 用CaCl2和(NH4)2HPO4共沉淀法制备羟基磷灰石纳米晶体。将0.3M(NH4)2HPO4 水溶液缓慢逐滴滴加到0.5M的CaCl2水溶液中。搅拌速度调整为1000rpm，反应温度保持在60℃，用注射器滴加NH4OH的方法调节混合液的PH值，最小为10。反应所得沉淀在相同的搅拌速度下陈化24h，然后过滤，蒸馏水洗4～5次，微波照射15min。微波照射后将最终的沉淀物10,000rpm转速下离心分离10min，去离子水反复冲洗，之后60℃真空干燥。 2．制备复合骨水泥 将适量壳聚糖分散在含2％乙酸的蒸馏水中。37℃，1000rpm搅拌的条件下，将1中反应 化学沉淀法制备纳米羟基磷灰石粉体 1、实验目的： 熟练使用化学沉淀法制备纳米粉体； 2、实验原理 化学沉淀法为制备纳米粉体的常用方法，本实验以Ca(NO3)2、(NH4)2HPO4和NH3·H2O 为原料，制备纳米羟基磷灰石粉体，基本原理如下： (NH4)2HPO4+NH3·H2O (NH4)3PO4+ H2O 3(NH4)3PO4+ NH3·H2O (NH4)10(PO4)3·OH 2(NH4)10(PO4)3·OH+10Ca(NO3)2Ca10(PO4)6(OH)2+20NH4NO3 3、试剂和仪器 Ca(NO3)2·4H2O，分析纯；(NH4)2HPO4，分析纯；氨水，分析纯；无水乙醇，分析纯；蒸馏水，实验室自制。 电动搅拌器；三口瓶；烧杯，分液漏斗，量筒，玻璃棒，天平，抽滤装置等。 4、实验过程 （1）安装实验装置。将三口烧瓶，铁架台，水浴锅，冷凝管，搅拌器等安装成需要的装置形式； （2）配料。按n(Ca)/n(P)=1.67的配比分别称取相应量的Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4，放入500ml烧杯中，迅速加入250ml蒸馏水，用玻璃棒进行搅拌直至溶解完毕； （3）加料、反应。将硝酸钙溶液加入三口烧瓶中，开动搅拌器进行搅拌，加入一定量氨水，调节pH>12，将(NH4)2HPO4溶液加入250ml分液漏斗中，慢慢滴入三口瓶中，控制时间为1小时，整个过程保持搅拌并在室温下进行； （4）升温反应。(NH4)2HPO4溶液滴加完毕后，使水浴升温至90℃，并保温反应3小时，整个过程保持搅拌； （5）降温冷却。保温3小时完成后，使其降温冷却至室温； （6）抽滤、洗涤。将所得反应物用抽滤装置进行抽滤、洗涤，过程中用蒸馏水不断冲洗，直至溶液p H≈7； （7）干燥。将所得粉体放入真空干燥箱中进行干燥，于80℃保温4小时，120℃保温4小时； （8）研磨、过筛。将干燥后的粉体研磨后过200目筛； （9）煅烧。将过筛后的粉体于800℃保温30分钟进行煅烧处理，得纳米羟基磷灰石粉体。 本实验具体要求： （1）配制 3.0mol/lCa(NO3)2·4H2O溶液250ml，按n(Ca)/n(P)=5：3配置相应浓度的(NH4)2HPO4溶液250ml，要计算出Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4的具体称量重量； （2）氨水按120ml加入。 纳米羟基磷灰石的结构设计 摘要 羟基磷灰石与人体硬组织的化学成分和晶体结构极为相似，具有独特的生物活性和生物相容性，是目前生物材料研究的热点。当尺寸在1～100nm时，羟基磷灰石(HAP)纳米粒子有独特的生物学特性。此外羟基磷灰石粉体在吸附、催化、荧光、半导体、抗癌等领域也有广泛应用。 关键词：纳米材料羟基磷灰石结构设计抗癌 NANO HYDROXY APATITE STRUCTURE DESIGN ABSTRACT Hydroxyapatite is the main inorganic components of bone tissues，has good biocompatibility and biological activity，which is the research hotspot of biologicalmaterials．HAP particles have unique biological properties when their size maintained in nano scale.In addition，HAP also has wide application in adsorption，catalysis，fluorescence，semiconductor,cancer areas． KEYWORDS：nanometer materials hydroxyapatite physical design anticancer 1.1 纳米羟基磷灰石的特点 nHA是一种粒径较一般细胞粒径小，粒径为1～100 nm的超微粒子。当物质小到纳米级后，会具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点。这些特性导致其特有的热、磁、光敏感特性和表面稳定性，容易通过外场(电、磁、光)实现对其性能的控制，有利于实现靶向输送、控制释放、保护和稳定被输送物质。同时还具有不易被机体网状内皮细胞清除、有效避免脾滤过效应、通过增加渗透和滞留效应增强靶组织累积等优势。 人体骨中无机结构的基本单元式针状和柱状的磷灰石晶体，呈高度有序的排列，其结晶学C轴平行于胶原纤维方向定向生长，这种结构是一种理想的等强度优化结构，具有优良的生物力学性能。人工合成的羟基磷灰石是一种优良的硬组织替代材料，具有良好的生物亲和性，生物相容性，生物活性和骨传导作用。依据“纳米效应”理论，纳米级的羟基磷灰石其粒子活性更高，更有利于骨组织的整合，骨传导性能，溶解性能和力学性能提高。 1.2 纳米磷灰石的基本特性 1.2.1 HAP粒子的晶体结构 羟基磷灰石的理论组成为Ca10(P04)6(OH)2，为六方晶系，属于L6PC对称型和P63/m空间群，其结构为六角柱体，晶胞参数为a0=b0=0.943～0.938nm，C0=0.688～0.686nm，z=2, α=β=900，γ=1200。晶胞含有l0个Ca2+、6个PO43-，和2个OH-，结构中Ca2+离子分别位于配位数为9的Ca(Ⅰ)位置和配位数为7的Ca(Ⅱ)位置，结构比较复杂，其在(0001)面上的投影如图1.1。 羟基磷灰石的研究进展及其应用 课程：材料科学前沿 姓名：盛亚雄 学号：1026010127 班级：10级材料科学1班 完成时间：2013年6月13日 目录 摘要 (2) 前言 (2) 1 羟基磷灰石的组成和晶体结构 (2) 2 羟基磷灰石的制备 (3) 3 羟基磷灰石复合材料 (4) 4 羟基磷灰石的应用 (5) 5羟基磷灰石的发展趋势 (7) 6结语 (8) 参考文献 (8) 羟基磷灰石的研究进展及其应用 摘要羟基磷灰石具有良好的生物活性，是较好的生物材料，故被广泛应用于 骨组织修复和替代技术。而又因具有特殊晶体化学特点，除作为医用生物材料外，还用作无机生物材料和激光器基质材料，尤其在环境治理、湿度传感器等研究领域具有重要意义。目前，羟基磷灰石的制备方法有溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法、干式法和微乳液法等。对于制备要求较高，具有表面活性的吸附材料羟基磷灰石而言，溶胶-凝胶法是较为合适的方法。此外，本文还对羟基磷灰石复合材料进行了研究。以及对羟基磷灰石的应用了做出介绍和展望。 关键词羟基磷灰石制备复合材料环境材料生物陶瓷发展趋势 前言 磷灰石是自然界广泛分布的磷酸钙盐矿物，根据其结构通道中存在的阴离子的种类，可分为氟磷灰石和氯磷灰石等不同亚种矿物。其中，羟基磷灰石的研究和应用最广泛。由于羟基磷灰石(HA)不但与人体骨骼的晶体成分和化学结构基本一致，而且生物相容性和界面生物活性均优于医用钛、硅橡胶及植骨用碳材料等植入医用材料，另外有极其良好的骨传导性和骨结合的能力，无毒副作用，无致癌作用，因此被广泛用于作为硬组织修复和骨填充材料的生物支架及疾病、意外事故中的修复材料，是目前生物材料研究的热点。此外，大量研究表明，羟基磷灰石具有良好的离子交换性能，能吸附并回收利用地方饮用水中过量的氟离子和工业废水中的重金属离子，可以用作一种新型的环境功能矿物材料。多孔羟基磷灰石陶瓷耐热、耐湿范围广，灵敏度高，是一种新型的湿敏半导体陶瓷材料。本文的目的主要是介绍羟基磷灰石的制备，以及简单介绍一下羟基磷灰石复合材料，并且对其在生物材料和功能材料等方面的应用做出展望，这对今后羟基磷灰石的进一步的开发和研究具有重大意义。 1 羟基磷灰石的化学组 成和晶体结构 羟基磷灰石的化学式为 Ca10PO46OH2简写为HA或HAP, Ca/P的物质的量之比为1.67。其分 子结构为六方晶体，属于P63/m空 间群。晶胞常数为晶胞常数a= b= 9. 324 A , c= 6. 881A。单位晶胞含有 本科生毕业论文(设计) 题目水热法制备纳米羟基磷灰石专业材料物理 水热法制备羟基磷灰石 摘要：羟基磷灰石具有良好的生物相容性能，在许多领域都得到了广泛的应用，其对蛋白质吸附问题更是成为了生物材料领域的一个研究热点。本文采用硝酸钙 （Ca( NO3)2·4H2O）和磷酸铵（( NH4)3PO4·3H2O）为原料，在水热的条件下合成了羟基磷灰石粉体。借助X射线衍射仪（ XRD）、透射电镜（TEM）对经过烧结样品的物相和微观形貌进行了分析，研究了水热温度对合成羟基磷灰石粉体的影响,并且用紫外可见光光度计测试其对蛋白质的吸附性能，研究结果表明，在设计的温度范围内，水热温度越高，反应生成的HA粉体结晶度就越高，颗粒越细小，微观性能优良，且制备的HA颗粒对蛋白质的吸附性能更好。 关键词：羟基磷灰石纳米晶体；水热法；生物陶瓷材料；蛋白质吸附 Hydrothermal synthesis of hydroxyapatite Abstract：Hydroxyapatite has been widely used in biomedical field as its good biocompatibility. The protein adsorption attracted increasing attention in the field of HA based biomaterials. In this paper, hydroxyapatite was synthesized by the hydrothermal method using calcium nitrate (Ca(NO3)2) and ammonium phosphate ((NH4)3PO4) as raw materials. The structure and morphology of synthesized HA were characterized by XRD and TEM. The protein adsorption of HA was tested by the UV-VIS spectrophotometer. The results showed that the higher hydrothermal temperature was contributed to higher crystallinity and smaller particles. Nano HA powders which had good crystallinity were synthesized when the concentration of reactants is 0.2mol/L and the hydrothermal temperature is 180℃,which led to better adsorption properties of HA to the bovine serum albumin ( BSA). Key words：Hydroxyapatite ；Hydrothermal；Nano particles；Protein adsorption 谢志翔等：固体氧化物燃料电池双钙钛矿型电极材料的研究进展 · 1145 · 第38卷第6期 羟基磷灰石生物陶瓷材料的研究趋势及展望 孙艳荣1，范涛1，黄勇2，马利国1，刘峰1 (1. 北华航天工业学院材料工程系，河北廊坊 065000；2. 清华大学，新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京 100084) 摘要：本文综述羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)生物陶瓷材料的研究进展，通过调控HA形貌以优化其使用性能。用不同方法制备多孔HA，旨在强化骨传导性和诱导性，同时能实现骨的增强与增韧。设计HA复合材料以弥补单一HA力学性能的不足。从仿生学角度提出HA的研究趋势：合成具有类似于自然骨精细结构的仿生学骨组织材料，实现HA生物陶瓷材料与有机体力学相容性和生物相容性尽可能理想地匹配。 关键词：羟基磷灰石；形貌调控；复合材料；生物相容性；综述 中图分类号：O611；TQ31.2 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2010)06–1145–06 RESEARCH TREND AND PROSPECT OF HYDROXYAPATITE BIOCERAMIC MATERIALS SUN Yanrong1，F AN Tao1，HUANG Yong2，MA Liguo1，LIU Feng1 (1. Department of Materials Engineering, North China Institute of Aerospace Engineering, Langfang 065000, Hebei; 2. State Key Laboratory of New Ceramic and Fine Processing, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: A review of progress in hydroxyapatite (HA) bioceramic materials is presented in this paper. The functional performance of HA can be optimized through tailoring its morphology. Porous HA ceramics prepared by various methods have strong abilities to in-tensify the osteoconduction and osteoinduction, and to improve the strength and toughness. HA composite materials can counteract the weaknesses of mechanical property of pure HA. The research trend of HA is discussed in terms of bionics. It is shown that synthe-sizing bionic bone materials with fine structure similar to natural bone can maximize the mechanical compatibility and biocompatibility between HA bioceramic materials and organisms. Key words: hydroxyapatite; morphology tailoring; composite; biocompatibility; review 近30年来，接近天然骨成分的生物陶瓷材料的研究极其活跃，羟基磷灰石{hydroxyapatite，HA或HAP，分子式为[Ca10(PO4)6(OH)2]}是最具代表性和应用最多的生物活性陶瓷。[1] HA是骨无机相的主要成分，约占干骨组织的45%，用作骨移植材料时，具有良好的生物相容性和骨传导性，用作骨组织时，具有极好的化学和生物亲合性，[2]因此可以广泛应用于生物硬组织的修复、替换及增进其功能的材料。[3–4]虽然HA生物材料的生物活性好，但作为一种典型的脆性材料，因其断裂韧性差以及抗弯强度低等缺点，使其的应用受到较多限制，仅限于应用在非承载的小型种植体，如：人工齿骨、耳骨及充填骨缺损等。 不同结晶形貌的HA晶体具有不同的表面特性和生物活性，并且对HA生物陶瓷材料的性能有着不同的影响；因此，在HA合成方面，人们已经不满足于通过各种合成方法得到HA粉体，而是希望通过对HA形貌的调控，进而达到优化HA生物陶瓷使用性能的目的，所以HA形貌的可控化研究越来越受到人们重视。[5]与此同时，旨在强化骨传导性和诱导成骨，[6]多孔HA生物陶瓷的研究和开发也受到人们广泛关注。为了弥补单一HA材料力学性能的不足，更好地满足医学使用要求，HA复合材料的研发也成为HA生物陶瓷研究的热点之一。 本文综述HA形貌的可控化、HA陶瓷的多孔化及HA材料设计复合化的研究进展，对今后制备 收稿日期：2009–09–21。修改稿收到日期：2010–01–12。 基金项目：清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室开放课题(KF09011)及北华航天工业学院科研基金(KY–2009–01–B) 资助项目。 第一作者：孙艳荣(1973—)，女，博士，副教授。Received date:2009–09–21. Approved date: 2010–01–12. First author: SUN Yanrong (1973–), female, Doctor, associate professor. E-mail: sunyanrong@https://www.360docs.net/doc/3510646676.html, 第38卷第6期2010年6月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 38，No. 6 J u n e，2010 中国组织工程研究与临床康复 第 12 卷 第 19 期 2008–05–06 出版羟基磷灰石研究进展
纳米羟基磷灰石综述
羟基磷灰石在生物医用材料中的研究进展
纳米羟基磷灰石
化学沉淀法制备纳米羟基磷灰石粉体
纳米羟基磷灰石的结构设计
羟基磷灰石的研究进展及其应用--盛亚雄
水热法制备纳米羟基磷灰石毕业论文
羟基磷灰石生物陶瓷材料的研究趋势及展望
纳米羟基磷灰石及其复合生物材料的特征及应用_李瑞琦
Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research May 6, 2008 Vol.12, No.19
学术探讨
纳米羟基磷灰石及其复合生物材料的特征及应用★
李瑞琦，张国平，任立中, 沙子义，高宏阳，董 威, 赵 峰，王 伟
Characteristics and application of nano-hydroxyapatite and its composite biomaterials
Li Rui-qi, Zhang Guo-ping, Ren Li-zhong, Sha Zi-yi, Gao Hong-yang, Dong Wei, Zhao Feng, Wang Wei Abstract: Pubmed database and China Journal Full-text Database were both retrieved to screen out the articles, which
summarize and review the advanced progress of nano-hydroxyapatite (nHA) and its composite biomaterials. The nHA biomaterials are compounded with secondary phase or multiphase materials, contributing towards favourable histological reaction, together with satisfactory intensity and rigidity. Furthermore, the biomaterials may produce the scaffold of tissue regeneration. The nHA composite biomaterials are divided into nHA/natural polymer composites and nHA/artificial polymer composites. The former consists of nHA compounded with collagen, bone morphogenetic protein and polysaccharide materials, while the latter comprises the composites of nHA/polyamide, polyester or polyvinyl alcohol. Although the biocompatibility and bioactivity of nHA composites have been ensured, it is still a problem of tissue engineering materials that how to match the degradation velocity of composite biomaterials with bone growth speed. Li RQ, Zhang GP, Ren LZ, Sha ZY, Gao HY, Dong W, Zhao F, Wang W.Characteristics and application of nano-hydroxyapatite and its composite biomaterials.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(19):3747-3750 [https://www.360docs.net/doc/3510646676.html,/zglckf/ejournal/upfiles/08-19/19k-3747(ps).pdf]
Department of Orthopaedics, First Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050031, Hebei Province, China Li Rui-qi ★ , Studying for master's degree, Associate chief physician, Department of Orthopaedics, First Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050031, Hebei Province, China li_ruiqi2008@126. com Received:2008-04-24 Accepted:2008-05-04
摘要：检索 Pubmed 数据库和中国期刊全文数据库文献，对应用较为广泛的纳米羟基磷灰石及其复合生物材料研究进展
加以总结。纳米羟基磷灰石复合生物材料是在纳米羟基磷灰石中加入第二相或多相材料，以获得有利的组织学反应、满 意的强度和刚性，并为组织再生合成支架材料。纳米羟基磷灰石复合生物材料大致分为纳米羟基磷灰石 /天然高分子复合 材料和纳米羟基磷灰石 /人工高分子复合材料 2 类。前者包括纳米羟基磷灰石与胶原、骨形态发生蛋白、多糖类材料复合 而成的生物材料，并各具特点。后者是由纳米羟基磷灰石与聚酰胺、聚酯、聚乙烯醇等多种人工高分子生物材料复合而 成。在保证复合材料良好生物相容性和活性的前提下，如何使复合生物材料的降解速率与骨生长速度相匹配是组织工程 材料研究中有待解决的一个主要问题。 关键词：生物材料；羟基磷灰石类；纳米技术；复合体；综述文献 李瑞琦，张国平，任立中 , 沙子义，高宏阳，董威 , 赵峰，王伟.纳米羟基磷灰石及其复合生物材料的特征及应用[J].中国组 织工程研究与临床康复，2008，12(19):3747-3750 [https://www.360docs.net/doc/3510646676.html,/zglckf/ejournal/upfiles/08-19/19k-3747(ps).pdf]
加，提高了粒子的活性，从而有利于组织的结 0 引言 羟基磷灰石因其化学成分和晶体结构与 人体骨骼组织的主要无机矿物成分基本相同， 引入人体后不会产生排异反应，故其作为骨修 复替代材料在国内外的临床应用历史已有几 十年。并已被动物实验及临床研究证实具有无 毒、无刺激性、良好的生物活性、良好的生物 相容性和骨传导性、较高的机械强度及化学性 质稳定等特点，是较好的生物材料[1]。但因羟 基磷灰石的颗粒和脆性较大、缺乏可塑性、体 内降解缓慢、生物力学强度和抗疲劳破坏强度 较低，难于被机体完全替代、利用，使其临床 应用受到限制。近年来，随着纳米知识与技术 的不断发展，人们发现人体骨骼中的羟基磷灰 石主要是纳米级针状单晶体结构 。纳米级的 羟基磷灰石与人体内组织成分更为相似，具有 更好的生物学性能。根据“纳米效应”理论， 单位质量的纳米粒子表面积明显大于微米级 粒子，使得处于粒子表面的原子数目明显增
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH
[2]
合[3]。基于此，纳米羟基磷灰石及其复合生物材 料成为当今研究的重心和热点。 1 问题的提出：
问题1：什么是纳米羟基磷灰石复合生物材料？ 问题2：纳米羟基磷灰石复合生物材料的分类？ 问题3：纳米羟基磷灰石选择天然高分子材料进行复 合的原因，复合生物材料的特点及用途如何？ 问题4：纳米羟基磷灰石选择人工高分子材料进行复 合的原因，复合生物材料的特点及用途如何？
河 北医 科大学 第 一医院骨科 河 北省石家庄市 050031 李 瑞琦 ★，男 ， 1966 年生，山西 省岚县人，汉族， 1990 年山西医科 大学毕业， 在读硕 士，副主任医师， 主 要从 事骨与 软 骨 缺损 的修复 研 究。 li_ruiqi2008@ https://www.360docs.net/doc/3510646676.html,
中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:1673-8225 (2008)19-03747-04 收稿日期：2008-04-24 修回日期：2008-05-04 (54200804240026/J·Y)
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问题的解决
问题1：纳米羟基磷灰石复合生物材料的定义
纳米羟基磷灰石复合生物材料主要是指在 纳米羟基磷灰石中加入第二相或多相材料， 从而 获得有利的组织学反应、满意的强度和刚性，并 为组织再生合成支架材料[4]。羟基磷灰石以纳米 级纤维填充于有机基质， 有机基质为骨修复材料
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