纳米羟基磷灰石复合支架材料的研究与应用

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。

万方数据・７０・材料导报：综述篇２０１０年８月（上）第２４卷第８期未分化间充质细胞和骨母细胞分化为成骨细胞和软骨细胞，从而诱导骨和软骨的形成Ｋ］。

但由于ＢＭＰ在体内扩散快，易被蛋白酶分解，无支架和填充作用，目前多使用载体与其结合，形成ＢＭＰ缓释系统。

目前，具有骨传导作用的多孔型羟基磷灰石材料与具有诱导异位成骨作用的ＢＭＰ复合制成的ＨＡ—ＢＭＰ已进行动物实验。

Ｍａｇｉｎ等¨。

研究ｒｈＢＭＰ７（成骨蛋白１）复合羟基磷灰石后发现，羟基磷灰石复合ｒｈＢＭＰ７可诱导更多的骨形成。

ＫｕｂｏｋｉＬ７３证实多孔状羟基磷灰石中０．３５ｍｍ孔径可直接诱导骨形成。

但羟基磷灰石不易完全降解，影响进一步吸收。

Ｔａｏ等№ｏ对一种新型ＨＡ—ＢＭＰ复合人工听小骨的临床应用效果进行评价，结果显示，新型ＨｍＢＭＰ复合人工听小骨具有良好的生物相容性和优异的传音性能，术后成功率为９２．３％，随访均未见听骨脱出。

充分表明ＨＡ—ＢＭＰ复合材料明显优于自体组织，临床应用效果稳定，具有广阔的应用前景。

图１羟基磷灰石的晶体结构及（０００１）面的投影［２１Ｆｉｇ．１Ｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｐａｔｉｔｅａｎｄｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｏｎｔｏｔｈｅ（０００１）ｐｌａｎｅ［２］蚕丝蛋白（丝素）及其纤维由于具有优异的力学特性、生物相容性、生物可降解性以及本质是蛋白质的结构特点，在生物医学领域表现出极大的应用潜力，是近年来医学组织工程感兴趣的一类特殊的生物材料。

卢神州等［９］以羟基磷灰石／丝素蛋白复合凝胶为基体，以蚕丝短纤维和ＮａＣＩ颗粒作为增强材料和致孔剂，制备羟基磷灰石／丝素蛋白多孔复合材料，结果表明，材料中含有少量蚕丝短纤维对材料抗弯强度和断裂能力的提高有显著效果。

２．１．２多元体系的复合骨修复是一个极其复杂有序的过程。

近年的研究表明，生长因子在骨愈合过程中起重要作用。

骨形态发生蛋白（ＢＭＰ）是骨生长的启动因子，对骨愈合有明显促进作用。

，纳米填料的分散状况和两相间的界面结合会极大影响复合材料的性能，近年来，纳米级填料在聚合物改性方面得到了大量研究和应用。

与普通填料相比，纳米级填料表面缺陷少，表面活性高，与聚合物发生物理或化学作用的可能性大，界面结合也较强。

但由于其大的界面张力，高的表面活性同时使得其极易团聚，难以在聚合物基体中分散均匀，或者说是很难以纳米尺度与聚合物结合，显现纳米效应。

常用的纳米材料表面处理方法，如加入偶联剂等，会降低复合材料的生物相容性。

由于羟基磷灰石中的羟基、钙离子等可以与聚乙烯醇中的羟基等产生强烈的相互作用，使二者之间的界面粘合增加，为此，我们对纳米羟基磷灰石进行大功率超声预先分散后，对其循环冷冻一解冻处理，进一步增加聚乙烯醇分子与羟基磷灰石之间的相互作用，从而在赋予材料生物活性和生物相容性的同时，提高其他性能。

，说明HA与PVA的羟基间存在相互作用。

已有研究表明PVA的羟基与HA中的ca2+之间能形成一种配位结构，具有相互作用，可引起PVA羟基伸缩振动峰向低波数移动。

这也说明凝胶复合材料中n-HA与PVA不是简单的物理共混，而是以某种化学形式相结合。

郭玉明等[11的研究结果表明HA中的Ca2+和PVA分子中的羟基之蜘形成了一种配位结构，具有相互作用，从而导致PVA分子中的羟基伸缩振动峰向低频方向移动。

同时，HA同PVA分子间的氢键作用使得PVA分子的空间立构规整度有所下降，从而导致加入n．HA后PVA分子中各基团特征峰的位置有所改变。

在n-HA／PVA凝胶复合材料中，均可观察到大量的羟基磷灰石粒子分布在PVA基体之中。

同时，当HA含量较少时(图4_4b1和r图4．4c)，HA粒于在PVA基体中呈均匀分布状态：随着HA粒子含量的增加f图4-4d)，部分HA粒子在PVA基体中呈团聚状态。

无机纳米粒子具有较高的表面能和比表面，当n-HA粒子在PVA中的含量较低时．一方面PVA溶液可作为纳米羟基磷灰石粒子的分散剂．使HA粒子均匀分布在PVA基体之中：另一方面，n-HA粒子的高表面能和比表面，可有效提高n-HA粒子同PVA基体问的界面结合强度．有利于改善复合材料的力学性能。

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－ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅａｎｄｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅＬＩＺｈｉ－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。

纳米复合羟基磷灰石在口腔治疗中的应用王宏峰【摘要】Objective Assessment of nano hydroxyapatite composite in periodontitis treatment effect.Methods Control group and experimental group included 45 patients were treated with root planing,the experiment group filed with nano hydroxyapatite composite.ResultsAfter 2 weeks,the experimental group cure rate was higher than the contrast group,no efficiency was lower than that of the control group. After 12 weeks, the experimental group cure rate was higher than that of control group, the difference is statisticaly significant(P<0.05).Conclusion Hydroxyapatite nano composite can be as filing materials of oral treatment,and enhance the therapeutic effect.%目的：评价纳米复合羟基磷灰石在牙周炎治疗的应用效果。

方法对照组、实验组入选患者45例，均给予根面平整术，实验组填充纳米复合羟基磷灰石。

结果2周后，实验组痊愈率高于对照组、无效率低于对照组，12周后，实验组痊愈率高于对照组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。

结论纳米复合羟基磷灰石可作为口腔治疗填充材料，增进疗效。

《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。

羟基磷灰石多孔材料的研究概况摘要关键词：羟基磷灰石多孔支架骨组织工程生物材料是指可对机体组织进行诊断、修复、治疗，替代与再生损坏的组织、器官或增进其功能的材料。

随着全球老龄化趋势的发展和骨创伤事故的频繁发生对人造齿、人造骨的需求越来越大。

多孔支架材料应用于骨修复和骨植入成为骨组织工程学研究的重点[1]。

骨组织用多孔支架的选材关键是材料是否具有良好生物相容性和适合微观孔结构比[2]，羟基磷灰石具有良好的生物相容性、骨传导性等，是修复和替换活性硬组织的关键材料[3]。

1 羟基磷灰石简介1.1羟基磷灰石理化性质羟基磷灰石（HA）是磷酸钙盐的一种，它的化学式Ca10(PO4)6(OH)2。

其属于六方晶系，密度为3.16g/cm3，它是一种含有羟基的钙磷盐，Ca/P比为1.67。

微溶于水，呈弱碱性，易溶于酸，难溶于碱。

羟基磷灰石是脊椎动物体内骨骼、牙齿等硬组织的主要无机成分。

相关资料表明：羟基磷灰石是人体骨的矿物相，而胶原纤维是骨的主要有机相，成熟骨主要由羟基磷灰石晶体紧密嵌入胶原基体中构成。

并且其具有良好的生物活性和骨传导性。

因此，羟基磷灰石（HA）是目前人体硬骨组织的最佳选择。

1.2纳米羟基磷灰石的制备纳米羟基磷灰石粉体的制备方法很多，大致可以分为干法合成和湿法合成两大类。

干法合成主要为机械化学法、高温固相合成法、微波固相合成法等，湿法合成包括沉淀法、水热法、溶胶—凝胶法、超声波合成法及微乳液法等。

1.3 多孔羟基磷灰石的性质孔的结构包括孔隙率、孔径的大小、孔连通程度以及支架的比表面积。

多孔羟基磷灰石材料的制备方法有添加造孔剂法、机泡沫浸渍法、气体发泡法和模压成型法等[4、5]。

研究表明，多孔羟基磷灰石中含有适当尺寸孔隙并占有一定体积分数，对材料与组织相互作用有重要作用。

一般认为孔径在100µm以上能使骨细胞在孔洞内游移；200µm以上具有较优的成骨效应。

多孔羟基磷灰石植入后能短时间内与软骨组织紧密结合并无外体反应，且多孔结构能为纤维细胞和骨细胞的生长提供通道及空间，增大组织液与HA接触表面积从而加快反应进行，相互连通的孔隙有利于组织液的微循环并为HA深部的新生骨提供营养，使界面的软硬组织长入空隙，形成纤维组织和新生成骨组织交叉结合状态[6]。