纳米羟基磷灰石复合支架材料的研究与应用_张金鹏

中国组织工程研究与临床康复
第 15 卷 第 42 期 2011–10–15 出版
October 15, 2011 Vol.15, No.42
Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research
纳米羟基磷灰石复合支架材料的研究与应用*★
张金鹏，汤 逊
Research progress of nano-hydroxyapatite composite scaffolds
Zhang Jin-peng, Tang Xun
Abstract
BACKGROUND: Hydroxyapatite has been widely used as reconstructive and prosthetic material for osseous tissue, owing to its excellent biocompatibility and bioactivity. But, its brittleness is one of the most serious obstacles for its wider applications as load-bearing implants. OBJECTIVE: To review various hydroxyapatite composites and the research progress in this field. METHODS: Articles were searched in PubMed database (1995-01/2010-10) and CNKI Database (1995-01/2010-10) with the keywords of “nano-hydroxyapatite, composites” in English and Chinese, respectively. Repetitive studies and non-relevant studies were excluded. And 33 papers were included in result analsysis. RESULTS AND CONCLUSION: With the development of nanotechnology, components of nano-hydroxyapatite composites are optimized. Experimental results have showed their superiority that nano-hydroxyapatite composites could mimic natural bone and extracellular matrix well. Simultaneously, the preparation method needs further optimization, the combination between nano-hydroxyapatite and polymer need to be improved so as that nano-hydroxyapatite composites have the best mechanical property, best processability and best biological property, then meeting the requirements of clinical applications. Zhang JP, Tang X. Research progress of nano-hydroxyapatite composite scaffolds. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2011;15(42):7887-7891. [https://www.doczj.com/doc/394717378.html, https://www.doczj.com/doc/394717378.html,]
Department of Orthopedics, Kunming General Hospital of Chengdu Military Command of Chinese PLA, Clinical College of Kunming Medical College, Kunming 650032, Yunnan Province, China Zhang Jin-peng★, Studying for master’s degree, Department of Orthopedics, Kunming General Hospital of Chengdu Military Command of Chinese PLA, Clinical College of Kunming Medical College, Kunming 650032, Yunnan Province, China yefei182@https://www.doczj.com/doc/394717378.html, Correspondence to: Tang Xun, Master, Professor, Chief physician, Department of Orthopedics, Kunming General Hospital of Chengdu Military Command of Chinese PLA, Clinical College of Kunming Medical College, Kunming 650032, Yunnan Province, China tangxun657@ https://www.doczj.com/doc/394717378.html, Supported by: the Science and Technology Plan Projects Foundation of Yunan Province, No. 2010BC006* Received: 2011-04-26 Accepted: 2011-08-01
摘要
背景：羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性，被广泛应用于骨组织的修复与替代技术，但脆性大限制了其在承载部 位骨替换中的应用。 目的：对纳米羟基磷灰石复合支架材料的研究现状与进展进行综述。 方法：分别以英文检索词“nano-hydroxyapatite(nano-HA)，composites”；中文检索词“纳米羟基磷灰石，复合材料”， 应用计算机检索中国期刊网全文检索库(CNKI)及 PubMed 数据库 1995-01/2010-10 有关文章， 纳入纳米羟基磷灰石复合材 料的文献。排除与研究目的无关和内容重复者。保留 33 篇文献做进一步分析。 结果与结论：随着纳米技术的发展，纳米羟基磷灰石复合支架材料中复合成分得以不断优化，能比较好的模仿天然骨和细胞 外基质的结构特点，证明了其优越性，但仍需要进一步优化制备方法，增强纳米羟基磷灰石和生物高分子界面的结合，使复 合材料的力学、加工性能和生物性能达到最佳契合点，从而达到临床使用的要求。 关键词：纳米羟基磷灰石；生物高分子；复合材料；性能；研究进展 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2011.42.024 张金鹏，汤逊．纳米羟基磷灰石复合支架材料的研究与应用[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15(42):7887-7891. [https://www.doczj.com/doc/394717378.html, https://www.doczj.com/doc/394717378.html,]
组成成分上与自然骨组织钙盐一致， 具有良好的 0 引言 各种创伤、 肿瘤相关的骨折与大段骨缺损是 较常见的组织损伤，外科治疗通常需要暂时性 或永久性的植入物，自体骨移植因能够提供成 骨活性细胞、骨诱导生长因子及骨传导基质 , 因此依然被看作是“金标准” ，同种异体骨移植 也是一种治疗骨缺损的标准方法
[6] [1-5]
生物相容性和骨传导性， 能为新骨的形成提供生 理支架作用。但羟基磷灰石生物陶瓷的脆性高、 抗折强度低等缺点，限制了其应用的范围。随着 纳米技术的发展， 羟基磷灰石可以制备成纳米羟 基磷灰石(nano-hydroxyapatite，nano-HA)粉体 颗粒，再与多种材料复合，很大程度上拓展了其 应用的领域。 纳米纤维为基础的合成材料和天然高分子 材料是一种和天然细胞外基质相似的材料， 是现 今骨组织工程研究和探索的热点。 纳米级纤维状 的基质为细胞的黏附、 增殖、 分化提供有利环境， 而 nano-HA 能有效地引导细胞分泌细胞外基 质，使新骨组织和血管长入材料内部，具有良好 的骨传导作用 [7]。 本文拟对 nano-HA 复合支架
。然而自体
骨移植有诸如材料来源有限、供区并发症等不 足 ； 同种异体骨移植又有传播疾病、 免疫排斥 反应、伦理等问题。所以利用人工合成材料模 仿天然骨的特征，以达到修复骨缺损的目的一 直是骨替代材料研究的重要方向。羟基磷灰石 是自然骨的主要无机部分，合成羟基磷灰石在
ISSN 1673-8225
CN 21-1539/R
CODEN: ZLKHAH
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https://www.doczj.com/doc/394717378.html,
张金鹏，等．纳米羟基磷灰石复合支架材料的研究与应用
解 放 军 成都 军 区 昆明总医院 （昆明 医学院临床学院） 全军骨科中心， 云 南省昆明市 650032 张 金 鹏 ★， 男 ， 1982 年生，河北 省献县人，汉族， 昆 明 医 学院 解 放 军 昆 明 总医 院 临 床学院在读硕士， 主 要 从 事骨 移 植 替 代 材 料方 面 的 研究。 yefei182@ https://www.doczj.com/doc/394717378.html, 通讯作者：汤逊， 硕士，教授，主任 医师， 解放军成都 军 区 昆 明总 医 院 全军骨科中心， 云 南省昆明市 650032 tangxun657@ https://www.doczj.com/doc/394717378.html,
中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号: 1673-8225 (2011)42-07887-05 收稿日期：2011-04-26 修回日期：2011-08-01 (20101209004/D·W)
材料的研究现状与进展做一综述。 1 资料和方法 1.1
资料来源
耳骨、充填骨缺损等，而不能在受载场合下应 用[8]。现在采用 nano-HA 粉体颗粒与多种材料 复合增韧技术来提高其力学性能。nano-HA 与 普通羟基磷灰石相比具有更好的理化性能，如
由第一作者应用计算机进行检
溶解度较高、比表面积大、生物活性更好、吸 附能力强等，是极具潜力的人体硬组织修复材 料[9-10]。目前，nano-HA 的合成技术已相当成 熟，不仅可以制备出高化学纯度和高化学计量 比的 nano-HA 粉体， 还可以制备不同晶体形貌 的粉体满足不同的应用需求。 然而 nano-HA 粉 体自身难以成型，需与其他材料复合才能制备 成符合骨支架材料特点的骨修复材料。 2.3
Nano-HA 为基础的支架材料
索。以“nano-hydroxyapatite，composites” 为检索词，检索 PubMed 数据库 (1995-01/ 2010-10)。以“纳米羟基磷灰石、复合材料” 为 检 索 词 ， 检 索 CNKI 数 据 库 (1995-01/ 2010-10)。文献检索语种限制为英文和中文。 1.2 资料筛选及评价
纳入标准： ① 文献内容与本文主题密切相
关。②论点论据可靠的原创性文章。③观点明 确分析全面的文献。
排除标准：重复性研究。
骨支架材料
是植入体内修复骨缺损的最基本构架，是新生 组织生长所依托的基本骨架结构。支架材料在 骨组织再生过程中发挥以下作用：①结构上能 加强骨缺损部位的强度。②防止周围软组织长 入。 ③作为体外接种的细胞在体内增殖的支架。 ④利用与细胞整合以及受体的互相作用，作为 对每篇符合纳 一种细胞功能调节因素。⑤作为细胞、生长因 子和基因的生物载体。骨组织是人体最坚固的 组织之一，对支架材料有特殊的要求，理想的 骨支架材料应具有以下特点：①良好的生物相 容性，有利于细胞的长入、分化、增殖。②良 好的生物降解性，并能控制降解速度。③具有 三维立体多孔结构，具有较高的面积体积比。 ④具有可塑性和一定的机械强度，易于加工。 ⑤良好的细胞-材料界面，来源充足。目前，以 Nano-HA 为基础的支架材料主要分以下几种。 2.3.1 Nano-HA/ 天然有机高分子材料 天然 有机高分子材料具有抗原性低、组织亲和性好 的优点，其天然的孔隙结构有利于种子细胞的 黏附、增殖和分化。缺点是体内降解速度太快， 力学性能较差。故常与其他生物材料混合制成 复合材料，壳聚糖和胶原是目前研究最多的两 种。
Nano-HA/壳聚糖：壳聚糖是自然界广泛存在
1.3
结局测量指标
① 纳米羟基磷灰石的性
质。②纳米羟基磷灰石复合支架材料的生物相 容性。③纳米羟基磷灰石复合支架材料的力学 性能。 1.4
资料提取与文献质量评价
入标准的文献进行以下几个方面的评价：①随 机分配方法。②是否采用盲法评估。③动物脱 落或患者失访情况。文献筛选和质量评价由 2 位作者独立进行并交叉核对，如有分歧，则通 过讨论或由其他同事协助解决。 2 结果
2.1 纳入文献基本情况 计算机初检得到 3 034 篇文献，中文 1 643 篇，英文 1 391 篇。阅读 标题和摘要进行初筛，排除因研究目的与此文 无关的 2 492 篇，内容重复性的研究 413 篇， Meta 分析 96 篇，共保留 33 篇文献进行分析。 文献[1-7]概述了 nano-HA 复合支架材料近年来 的 应 用 和 发展 ； 文 献 [8-10] 对 羟 基 磷 灰 石 和 nano-HA 进 行 比 较 ； 文 献 [11-27] 评 价 了 以 Nano-HA 为基础的几种支架材料； 文献[28-33] 展望了 nano-HA 复合支架材料的发展。 2.2
羟基磷灰石及 nano-HA
的一种天然多糖类有机聚合物，它的分子结构 与细胞外基质主要成分糖氨多糖相似，具有良 好的生物相容性和可降解性，且易于塑性，已 广泛应用于组织工程研究[11]。但其力学性能较 差，不能应用于承重部位骨缺损的修复。为了 弥补其缺陷，人们将壳聚糖与其他材料复合以 增强其力学强度，改善其生物活性。Hu 等[12] 利用原位复合法合成的 Nano-HA/壳聚糖复合 材料获得了良好的力学性能， 同时 nano-HA 弥 补了壳聚糖降解快、力学性能差的缺点，而壳
P.O. Box 1200, Shenyang 110004 https://www.doczj.com/doc/394717378.html,
羟基磷灰石是自
然骨的主要无机部分，化学分子式： Ca10(PO4)6(OH)2，占骨质量的 70%~90%，合 成羟基磷灰石在组成成分上与自然骨组织钙盐 一致；在生物学特性方面，具有良好的生物相 容性和骨传导性，能为新骨的形成提供生理支 架作用，与骨组织形成直接的骨性结合。但羟 基磷灰石生物陶瓷脆性高、抗折强度低，目前 仅能应用于非承重的小型种植体， 如人工齿根、
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聚糖分子使 nano-HA 依次层层组装，这种结构特点和 天然骨组织中羟基磷灰石排列方式相似。而王新等 [13] 的实验表明 nano-HA/壳聚糖支架的细胞相容性是明显 好于纯壳聚糖的，成骨细胞在支架上能很好的黏附、增 殖，并分泌纤维状细胞外基质。良好的物化性质和细胞 相容性, 加上较高的孔径和孔隙率，nano-HA/壳聚糖支 架可作为较理想的骨组织修复材料。
Nano-HA/胶原：天然骨中质量分数约 70%为羟基磷
有的细胞生物活性。 Woo 等[18]模仿骨基质制备聚左旋乳 酸/羟基磷灰石支架材料，观察成骨细胞培养初期的活 动， 发现聚左旋乳酸/羟基磷灰石支架在培养早期可以抑 制成骨细胞的凋亡， 黏附于聚左旋乳酸/羟基磷灰石支架 材料上的成骨细胞整合素 β1 和 β3(细胞表面受体纤连 蛋白和玻连蛋白的信号物质)表达程度很高。 虽然还处于 实验阶段，但凭借其良好的力学性能和细胞生物活性， 聚左旋乳酸/羟基磷灰石支架材料证明了其很大的应用 潜力。
Nano-HA/乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)：PLGA 是软骨
灰石，余下的 30%的有机物基质，主要为Ⅰ型胶原，天 然骨结构上有层次地分为宏观结构、微米结构、纳米结 构，在这些结构中 nano-HA 与胶原纳米纤维结合。胶 原能为细胞提供支持保护作用，并且与细胞的黏附、生 长、功能表达有密切关系，还可促进矿物质的沉积和诱 导产生趋化因子如血小板生长因子等。 nano-HA 改变了 生物材料的表面粗糙程度, 利于成骨细胞的附着和成骨 代谢活动,其机制为 nano-HA 诱导细胞长出发达的丝状 伪足或片状伪足，增强了细胞运动，而胶原纳米纤维增 强 了 细 胞 黏 附 于 nano-HA 的 能 力 [14] ， 成 骨 细 胞 被 nano-HA/胶原支架材料富集、活化，在材料周围增殖、 分泌纤维状细胞外基质，从而加快了成骨进程。Fukui 等
[15-16]
组织工程常用的基质替代材料，美国食品与药品管理局 已经批准其应用于临床器械，如缝合线、固定螺钉、颅 颌面固定板、前交叉韧带重建钉及给药系统[19]。其不足 之处在于疏水性强、细胞黏附能力弱[20]，但实验证明三 维多孔的 PLGA 支架材料是具有骨传导性的 [21] ，而 PLGA 纳米复合材料似乎更加有前景，Jose 等[19,
22]
运
用 静 电 纺 丝 技 术 将 PLGA 与 nano-HA 合 成 线 性 PLGA/nano-HA 纳米材料，发现 nano-HA 的质量分数 为 5%时获得了最大储存模量，为 724 MPa。此外纳米 化后增大的表面积使材料的亲水性大大提高，不仅细胞 黏附力增强，而且具有了增强细胞生物活性的能力，初 步的体外细胞培养结果显示人类间充质干细胞沿材料 纳米纤维指向高度线性排列，说明纳米纤维材料能诱导 细胞的黏附和增殖，而这对于骨修复支架材料来讲意义 重大。 2.3.3 Nano-HA/复合材料 单一支架材料难以满足骨 组织修复的需要，为弥补单一材料的缺陷，将两种或多 种材料按照一定比例混合形成复合材料，以达到增强力 学强度、 调节降解速度和改善生物活性的目的。 Lian 等[23] 将骨髓基质细胞和多孔 nano-HA/胶原/聚左旋乳酸材料 体外复合培养，7 d 后细胞基本汇合成片，细胞表面和 周围出现较多网状胶原纤维；用上述自体骨髓基质细胞 /仿生材料复合体修复兔桡骨干 15 mm 骨缺损， 24 周后 即达到骨性融合，骨密度亦和对侧正常桡骨无明显差 异，组织学观察 24 周植入材料大部分降解并为新生骨 替代。Catledge 等[24]应用静电纺丝技术将聚已酸内酯、 Ⅰ型胶原和 nano-HA 按一定比例制成三相纳米纤维支 架，电镜下显示纤维的平均直径与天然骨细胞外基质中 的胶原纤维束直径很接近，纳米颗粒平均直径 30 nm， 绝大多数均匀分布。Niu 等[25]利用热致相分离法将密封 骨形成蛋白 2 源性合成肽的壳聚糖微球整合到 nano-HA/胶原/聚左旋乳酸基质中，复合成一种微球-支 架系统，该系统的降解速度可由壳聚糖微球的含量调 控，骨形成蛋白 2 源性合成肽的释放能被壳聚糖微球和 聚左旋乳酸基质控制。此微球-支架系统可以在不同的 组织再生应用中用来释放各种生物活性因子，具有很好 的应用前景。 Liao 等[26]将骨粘连蛋白加入Ⅰ型胶原溶液
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修复兔颅骨缺损的研究中， nano-HA/胶原支架材
料在植入后 2 周就发现了新骨形成的组织学证据，12 周新生骨完全修复骨缺损,并形成成熟的骨小梁结构， 而 这时 nano-HA/ 胶原复合人工骨也完全降解。因此， nano-HA/胶原支架材料可能是很有前途的骨修复材料。 2.3.2 Nano-HA/合成有机高分子材料 人工合成有机 高分子材料目前研究最多的有聚乳酸(polylaciecacid， PLA)、聚羟基乙酸(polyglycolic acid，PGA)及其共聚物 (PLGA)。 现在已经证实成骨细胞和成纤维细胞与 PLGA 有良好的生物相容性，其降解速率可以通过调节聚合体 的相对分子量来控制。PLA、PGA 及其共聚物已经获得 美国食品与药品管理局批准应用于临床。这些材料来源 充足，可产量化合成，但都有机械强度差、酸性降解产 物改变微环境的 pH 值、可塑性弱及容易引起无菌性炎 症等缺点，因此不能单独作为支架材料应用于骨组织修 复 ， 常 和 其 他 无 机 材 料 复 合 ， Nano-HA/PLA 、 Nano-HA/PLGA 支架材料是比较有代表性的支架材料。
Nano-HA/聚乳酸：聚乳酸属于聚酸类，一般应用聚左
旋乳酸(PLLA)，由于其具有良好的生物相容性、成型性， 降解产物的安全性和可控的生物降解性而受到关注。 Nano-HA/PLLA 支架材料的良好生物相容性在 Ren 等[17] 的研究中被证实，依照 ISO 10993-1 标准，材料细胞毒 性为Ⅰ级； 实验还表明 Nano-HA/PLLA 支架材料的抗压 强度最低为 729 kPa， 并且 nano-HA 的质量分数每增加 4%，材料的抗压强度就增加 39.2%。Nano-HA 加入极 大地减轻了 PLLA 的无菌性炎症反应，很大程度上改善 了其力学性能，同时两者复合也收获了单独材料都不具
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张金鹏，等．纳米羟基磷灰石复合支架材料的研究与应用
中沉淀法合成 nano-HA/Ⅰ型胶原/骨粘连蛋白复合物， 显微镜下观察到纺锤状的 nano-HA 沉淀在了Ⅰ型胶原/ 骨粘连蛋白复合物上，透射电镜和扫描电镜的观察结果 显示矿化的纤维束自发形成了 50，250，1 100 nm 几 个层次。这证明了骨黏连蛋白在骨组织中能引导矿物质 晶体按照某个次序生长。Liuyun 等[27]应用冷冻-干燥法 制备 nano-HA/壳聚糖/羧甲基纤维素复合材料，利用壳 聚糖和羧甲基纤维素具有相似结构但相反电荷的特点， 形成聚电解质网状结构，使 nano-HA 均一地整合到聚 电解质中，而不用在另外加入交联剂。合成的支架材料 抗压强度 3.5 MPa，孔隙率 77.8%，并且间充质干细胞 能很好的黏附并增殖。由此可见，nano-HA/壳聚糖/羧 甲基纤维素复合材料将是一种很有前途的骨修复材料。
[6] [7]
[8] [9] [10]
[11] [12]
[13]
3 小结 骨是一种复杂的生物矿化体系。生理状态的羟基磷 灰石晶体尺度在纳米级，以有机质形成的网络为模板有 规律的沉积, 形成连续的、有支持力的结构
[28]
[14] [15] [16]
。因此，
[17]
从仿生学的角度看，应当保持骨组织替代材料中羟基磷 灰石在纳米状态。 “纳米效应”有利于材料的降解和吸 收，而合适的降解速率使其正好与新骨形成的速率相吻 合[29]。同时材料的吸收使孔增大，更有利于周围材料的 血管、纤维结缔组织长入，成骨细胞的聚集[30-31]。微米 级和纳米级羟基磷灰石材料对比，由于纳米材料的物理 化学溶解度较高，在纳米级羟基磷灰石材料表面破骨样 细胞的吸收率最高，这样就提高了骨缺损部位的钙、磷 浓度，此外纳米质地的材料对成骨细胞的分布有引导作 用，对加速新骨形成均非常有利
[32-33]
[18] [19] [20]
[21] [22] [23]
。随着纳米技术特
别是纳米纤维制作工艺的不断发展，纳米结构在组织工 程中的作用越来越重要，也使 nano-HA 复合支架材料 最大程度上模仿细胞外基质的结构特点成为可能。虽然 上述 nano-HA 复合支架材料绝大多数还处于实验阶段， 但它们所具有的优势正显示出其作为生物材料的巨大 潜力和广阔应用前景，已引起越来越多的关注。 4 参考文献
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https://www.doczj.com/doc/394717378.html,
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Detsch R, Hagmeyer D, Neumann M, et al. The resorption of nanocrystalline calcium phosphates by osteoclast-like cells. Acta Biomater. 2010;6(8):3223-3233. Prodanov L, te Riet J, Lamers E, et al. The interaction between nanoscale surface features and mechanical loading and its effect on osteoblast-like cells behavior. Biomaterials. 2010;31(30): 7758-7765.
高、比表面积大、生物活性更好、吸附能力强等，是极具 潜力的人体硬组织修复材料，然而纳米羟基磷灰石粉体自 身难以成型，需与其他材料复合才能制备成符合骨支架材 料特点的骨修复材料。
本综述增加的新信息：纳米尺寸的羟基磷灰石为基础 关于作者：资料收集、成文为第一作者，审校为第二
作者，由第一作者对文章负责。 的新型复合材料材料，由于在结构上与天然骨更为接近， 纳米羟基磷灰石复合材料比相应的微米复合材料具有更好 的生物学性能；同时优化材料的组成、结构和工艺将可能 得到力学性能与天然骨更为匹配的骨修复材料。因此将两 种或两种以上材料复合，将多种材料的优点充分发挥出来， 从而开发出一种或几种新型实用的骨组织修复和替代材 料。
基金资助：云南省科技计划项目基金 (2010BC006)，
课题名称“国家Ⅲ类医疗器械新型人工骨 BAB 的临床前研 究” 。
利益冲突：课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经
济组织直接或间接的经济或利益的赞助。
伦理批准：没有与相关伦理道德冲突的内容。 此问题的已知信息：羟基磷灰石是一种良好生物相容
性的生物活性材料，人工合成的羟基磷灰石具有良好的生 物亲和性、生物相容性、生物活性和骨传导作用，是一种 优良的硬组织替代材料。但由于羟基磷灰石具有陶瓷材料 固有的脆性大、韧性低等缺点，不能用于负重部位骨缺损 的修复，这就限制了其作为人体材料种植体的使用。随着 纳米技术的发展，现在采用纳米羟基磷灰石粉体颗粒与多 种材料复合增韧技术来提高其力学性能。纳米羟基磷灰石 与普通羟基磷灰石相比具有更好的理化性能，如溶解度较
临床应用的意义：各种创伤、肿瘤相关的骨折与大段
骨缺损是较常见的组织损伤，外科治疗通常需要暂时性或 永久性的植入物，骨缺损的手术治疗, 用适当的骨填充材 料修复缺陷, 是快速恢复病态的或创伤性的骨缺损组织生 理功能的有效方法。自体骨组织是骨填充的“金标准” ，但 来源很少，还需要二次手术，存在供区疼痛等问题，异体 骨组织可能存在排异反应和疾病传播等问题。纳米羟基磷 灰石复合材料由于兼具羟基磷灰石优良的生物性能和高分 子材料良好的力学性能、加工性能，已成为骨损伤修复重 建材料研究的热点。
ISSN 1673-8225
CN 21-1539/R
CODEN: ZLKHAH
7891

纳米羟基磷灰石综述

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：

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

纳米复合材料的研究及应用-推荐下载

纳米复合材料的研究及应用 纳米复合材料的定义： 纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸 的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。 复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料，纳米钨铜复合材料。 在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。我们制备的纳米蒙脱土/PA6复合材料中，纳米蒙脱土的层间距为 1.96nm ，处于国内同类材料的领先水平（中国科学院为 1.5~1.7nm ），蒙脱土复合到尼龙基体中后完全剥离成为厚度1~1.5nm 的纳米微粒，其复合材料的耐温性能、阻隔性能、抗吸水性能均非常优秀，此材料已经实现了产业化；正在开发的纳米TiO2/聚丙烯复合材料具有优良的抗菌效果，纳米TiO2粉体在聚丙烯中分散达到60nm 以下，此项技术正在申报发明专利。 由于纳米聚合物复合材料的成型工艺不同于普通的聚合物，本方向还积极开展新的成型方法研究，以促进纳米复合材料产业化的进行。 常见的几种纳米复合材料：1，天然硅酸盐蒙脱土 简介： 纳米蒙脱土系蒙皂石粘土（包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土）经剥片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合而成，平均晶片厚度小于25nm ，蒙脱石含量大于95%。具有良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。在聚合物中的应用可以在聚合物时添加，也可以在熔融时共混添加（通常采用螺杆共混）。 　蒙脱土主要成分蒙脱石，是由两层Si—O 四面体和一层Al-O 八面体，组成的层状硅酸盐晶体，层内含有阳离子主要是钠离子，镁离子，钙离子，其次有钾离子，锂离子等。蒙脱土的纳米有机改性目的是为了：将层内亲水层转变为疏水层，从而使高聚物与蒙脱土有更好的界面相容性。 化学成分： Ex(H2O)4｛(Al2-x,Mgx)2［(Si,Al)4O10］(OH)2｝又称微晶高岭石。上式中E 为层间可交换阳离子，主要为Na+、Ca2+，其次有K+、Li+等。x 为E 作为一价阳离子时 、管路敷设技术通过管线不仅可以解决曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行 高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

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

纳米羟基磷灰石的制备及其在医学领域的应用

纳米羟基磷灰石的制备及其在医学领域的应用 漳州师范学院 化学与环境科学系 08科学教育

摘要： 生物陶瓷纳米羟基磷灰石在自然界中以自然骨、牙中的无机矿物成分为主要形式。人工合成的纳米羟基磷灰石材料具有与自然矿物相似的结构、形态、成分，表现出良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于医学领域。本文综合论述了纳米羟基磷灰石在物理化学方面的应用并对其在医学领域的应用进行了详细的论述和展望。 关键词：纳米羟基磷灰石、医学领域、合成方法及应用 Abstract： Biological nanometer hydroxyapatite ceramics in nature to natural bone and tooth the inorganic mineral composition as the main form. Synthetic nano hydroxyapatite orbital implant material has and natural mineral similar structure、shape、composition、show good biocompatibility and biological activity，widely used in medical field. The paper discusses the nano hydroxyapatite in physical chemistry and its application in medical field of applied discussed in detail and prospected. Keywords: nano hydroxyapatite，medical field，synthesis method and application

纳米羟基磷灰石及其复合生物材料的特征及应用_李瑞琦

中国组织工程研究与临床康复 第 12 卷 第 19 期 2008–05–06 出版
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.doczj.com/doc/394717378.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.doczj.com/doc/394717378.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.doczj.com/doc/394717378.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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化学沉淀法制备纳米羟基磷灰石粉体

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

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。

纳米复合材料发展与现状

纳米复合材料发展与现状 201041505118 李少军10材料一班 1 纳米复合材料 超细粒子（或纳米粒子）是指尺度介于原子、分子、离子与块状材料之间，粒径在1～100nm范围以内的微小固体颗粒。随着物质的超细化，产生了块状材料不具有的表面效应、小尺寸效应、量子效应，从而使超细粒子与常规颗粒材料相比具有一系列优异的物理、化学性质。纳米粒子经压制、烧结或溅射组合而成的具有某些特定功能的结构即纳米材料。它断裂强度高、韧性好、耐高温，纳米复合同时也提高材料的硬度、弹性模量、Weibull模数，并对热膨胀系数、热导率、抗热震性产生影响。[1] 纳米复合主要指在微米级结构的基体中引入纳米级分散相。纳米复合材料（复合超微细颗粒）表现出许多与模板核本质不同的性质，如不同的表面组成、磁性、光学性能、稳定性及表面积等。纳米复合材料涉及的范围广泛，它包括纳米陶瓷材料、纳米金属材料、纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米半导体材料、纳米聚合材料等。纳米粒子具有很高的活性，例如木屑、面粉、纤维等粒子若小到纳米级的范围时，一遇火种极易引起爆炸。纳米粒子是热力学不稳定系统，易于自发地凝聚以降低其表面能，因此对已制备好的纳米粒子，如果久置则需设法保护，例如保存在惰性空气中或其他稳定的介质中以防止凝聚。纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系。它是纳米科技发展的重要基础，也是纳米科技最为重要的研究对象。纳米材料也被人们誉为21 世纪最有前途的材料。由于纳米材料本身所具有的特殊性能。作为一种全新性能的先进复合材料，在微电子、信息、汽车、宇航、国防、冶金、机械、生物、医药、光学等诸多领域有极广泛的应用前景。 2 纳米复合材料的分类 研究纳米复合材料的一个重要目的是改进并提高块体材料的性能,或通过结构复合来发现块材料中并不存在的性能或效应。和块体材料相比,纳米复合材料的物理和化学性质将更多地依赖于材料的表面缺陷和量子尺寸效应。目前.纳米复合材料的种类繁多,可分为:固态纳米复合材料和液态纳米复合材料。基质材料对于纳米粒子的结构具有稳定作用;而基质材料的不同,又可将纳米复合材料区分为:无机基纳米复合材料和聚合物基纳米复合材料。聚合物基包括单聚合物、共聚合物和聚合物的混合;无机基则包括玻璃,如多孔玻璃、分子筛、溶胶一凝胶玻璃和陶瓷等。[2]还可根据纳米粒子的物理性质可将纳米复合材料区分为:半导体纳米复合材料、铁电体微晶复合材料、染料分子纳米复合材料、稀土纳米复合材料、金属(合金)纳米复合材料、光学纳米复合材料(非线性、发光、光折变等)、磁性纳米复合材料等。 3 纳米复合材料的制备 3.1 溶胶- 悬浮液混合法

纳米羟基磷灰石

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

纳米复合材料

纳米复合材料的制备及其应用 分析化学饶海英20114209033 摘要：聚合物基复合材料目前已经成为复合材料发展的一个重要方向，它涉及了材料物理、材料化学、有机材料、高分子化学与物理等众多学科的知识。本文主要针对纳米复合材料的制备方法、性能及应用等方面的研究进展情况进行了综述。 复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国航、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分。80年代初Roy等提出的纳米复合材料[1-3]，为复合材料研究应用开辟了崭新的领域。纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。由于纳米微粒独特的效应，使其物理和化学性能方面呈现出不同的性能。将纳米材料与复合材料结合起来，所构成的纳米复合材料兼有纳米材料和复合材料的优点，因而引起科学家的广泛关注和深入的研究[4-5,44,45]。纳米复合材料的基体不同，所构成的复合材料类型也不同，如：金属基纳米材料[9-11,43]。陶瓷基纳米材料[12]、聚合物基纳米材料。 近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。 1纳米聚合物基复合材料 1.1 纳米聚合物基复合材料的合成进展 在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。较早发展起来的几种聚合物纳米复合材料的制备方法[13-14]有共混法、溶胶-凝胶法(sol-ge1)、插层复合技术(interaction)，可分为插层和剥离(exfoliate)两种技术、原位(in-situ)法、母料法、模定向合成法(template directed)包括化学方法和电化学方法。 声化学合成(sonochemical synthesis)是制备具有独特性能的新材料的有效方法。

水热法制备纳米羟基磷灰石毕业论文

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