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2010 – 2011学年第 2 学期 《生物医用材料》期中考试 羟基磷灰石生物材料的研究进展 摘　要 : 羟基磷灰石（HAP）具有良好的生物相容性和生物活性,是较好的生物陶瓷材料。本文简单介绍了羟基磷灰石的结构及性质，从羟基磷灰石粉体制备、羟基磷灰石生物陶瓷制备、羟基磷灰石复合材料制备三方面综述了近年来羟基磷灰石的研究现状，并着重介绍了羟基磷灰石在生物医学领域的应用进展，最后提出了HAP生物材料在实际应用中存在的主要问题和发展趋势。 关键词 ：羟基磷灰石（HAP）生物陶瓷 结构及性质 复合材料 制备 应用 研究 生物医学 1. 前言 羟基磷灰石是人体和动物骨骼、牙齿的主要无机成分，它含有人体组织所必需的钙和磷元素，植入体内后，在体液的作用下，钙和磷会游离出材料表面，与人体进行物质交换，参与人体新陈代谢。被机体组织所吸收，并能与人体骨骼组织形成化学键合，生长出新的组织，是目前公认的具有良好生物相容性，并具有骨引导性，即生物活性的陶瓷材料，已引起了全世界材料工作者和医药工作者的广泛关注。自从年代以来，人工合成的得到了深入研究。人们不仅合成出纯度很高的单晶体，还合成出了与人体骨骼极为接近的含碳酸盐，具有较高稳定性的含氟，并采用陶瓷烧结工艺，制备出了强度和韧性均与人体牙齿相近的多晶体。这些人工合成的与人体的生理环境具有优良的生物相容性，已作为优良的人工骨材料及组织材料得到了广泛的应用。近年来，人们逐渐认识到当材料细化到纳米级时，会发生许多物理和化学性能的变化。研究证明，纳米粒子与普通在物理、化学、力学、扩散及烧结性能上都有显著变化。还有研究表明纳米粒子本身具有一定的生物学效应。当颗粒尺寸在一之间时，它具有单一的生物学活性，包括能够阻碍许多种类的癌细胞的生长和增生，作为晶体种植去调节磷酸钙凝胶剂 (CPC)的水合作用等.这些功能使它能够广泛地应用于骨缺陷修复等外科临床治疗中。 2. 羟基磷灰石的结构及性质[01] 羟基磷灰石(hydroxyapatite简称HAP)分子式是Ca10(PO4)6(OH)2,体积质量为3.16g/cm3,性脆,折射率为1.64~1.65,微溶于水,水溶液呈弱碱性(pH7~9),易溶于酸,难溶于碱,HAP是强离子交换剂,分子中的Ca2+容易被Cd2+、Hg2+等有害金属离子和Sr2+、Ba2+、Pd2+等重金属离子交换,还可与含有羧基的氨基酸、蛋白质及有机酸等发生交换反应。HAP是人体内骨和齿的重要组成部分,如人骨成分中HAP的质量分数约65%,人的牙齿釉质中HAP的质量分数则在95%以上,具有优秀的生物相容性。HAP晶体属于P63/m空间群,Δ为六角柱体,其晶格常数a=b=0.9412nm,c=0.6885nm。 3. 羟基磷灰石研究现状 3.1 羟基磷灰石粉体的制备与研究 3.1.1 水热合成法 在一个密闭的压力容器内(高压釜)，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，使得在通常条件下难溶或不溶的物质溶解并重结晶。用水热法制备纳米晶体有许多优点,例如产物直接为晶态，无需烧结晶化，可以减少在烧结过程中难以避兔的团聚，粒度均匀，形态比较规则;改变水热反应条件可得到具有不同晶体结构和结晶形态的产物。用氧化钙和焦磷酸钙作反应前驱物，通过水热法合成了直径小于200nm的球形颗粒状HAP粉末。以Ca(OH)2和Na3P0412H20为前驱物，在蒸压釜中合成了尺寸约为50nm的HAP纳米粉体。以CaCO3和HP042H20的混合物为前驱物，通过水热合成法制备纳米HAP粉体由于碳酸根的引入，产物为含碳羟基磷灰石纳米粉体，与自然人骨更为相似。 3.1.2 水热法 水热法其特点是在特制的密闭的反应器(高压釜)内，水溶液为反应介质，在高温高压环境中，不受沸点的限制，可以使介质的温度上升到200一400℃，使原来难溶或不溶的物质溶解并重新结品的方法。这种方法通常采用磷酸氢钙等为原料的水溶液体系，在高压釜中制备HA粉体。其典型的工艺为:以cacl2[或Ca(NO3)2]与NH4H2PO4为原料，以钛网、Ti6Al6V片或其他合金为阴极，以石墨为阳极，控制一定的PH值和沉淀时间，可得CaHPO4·2H2O，随后经水蒸气处理，即得到经基磷灰石。2002年，IokuK[02]等用醋酸钙和磷酸的棍合酸性溶液在水热条件下得到比表面在2O~6O的HA纤维;汪晓霞[03]等采用水热法在醋酸钙和磷酸的混合酸性溶液中制备羟基磷灰石;廖其龙[04]等人采用碳酸钙和磷酸氢钙的混合物为前驱物，水热合成了HA粉体。这种方法的缺点为对设备的密闭条件要求很高，反应条件不容易控制，很难生成Ca/P比不同的HA，一般能生成正常配比的HA。但是可以获得高纯度、高有序度、结品较好的HA多品粉体。该方法制备的羟基磷灰石粉体在