羟基磷灰石多孔材料的研究概况

羟基磷灰石多孔材料的研究概况

雷云 李艳通讯作者

昆明冶金高等专科学校 云南省昆明市 650000

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]。

2骨组织工程支架介绍

目前骨组织工程支架材料主要有两类：一类是人工合成材料，如钙磷陶瓷、生物活性玻璃、聚乳酸、聚羟基乙酸等；另一类是天然生物衍生材料，目前研究较多的有胶原、珊瑚骨及天然骨等^[7、8]。近年来，越来越多的研究者尝试采用多种天然高分子材料与人工合成材料复合作为骨组织工程框架材料。如：金属/羟基磷灰石骨替代材料，有机合成高分子/羟基磷灰石复合材料，天然高分子/羟基磷灰石复合材料等。

3羟基磷灰石多孔材料

3.1 HA/SF多孔性复合材料

天然骨主要由羟基磷灰石(HA)和胶原蛋白复合而成。人工合成的HA脆性大，不能满足组织工程支架材料在力学性能方面的要求，人工提取的胶原蛋白则易引起炎症等免疫反应。桑蚕丝素蛋白(SF)来源广泛，且具有良好的生物相容性和力学性能。基于HA和SF的优异性能，吕银洁等人^[9]模拟天然骨的组成和结构，以纳米HA作为基体，以SF作为增韧体，二者共混后并经过冷冻干燥制得了HA/SF多孔性复合材料。用共混法制得的HA/SF复合支架呈多孔结构，孔径在200—250µm之间，能够满足成骨细胞长入的需要，并有利于营养物质和代谢产物的长期输送，适用于组织工程。

3.2磺酸化丝素蛋白/羟基磷灰石多孔支架

李绍群，唐玉斌^[10]等人将羟基磷灰石与磺酸化丝素蛋白混合，通过冷冻干燥法制备具有较好性能的多孔支架，结果表明当SSF:SF 比例为1:1-0:1、羟基磷灰石浓度为5-10 %时，制备出的多孔支架的孔径及孔参数均较好，可以满足骨组织工程的要求。创新地将丝素蛋白进行磺酸化修饰，不仅可提高材料的亲水性，也可增加材料对细胞的刺激性，促进成骨细胞的分化，提高材料的生物学性能，丰富生物材料的种类，为制备出理想的骨组织工程用支架材料提供基础。

3.3多孔羟基磷灰石陶瓷支架

传统的合成羟基磷灰石的方法是煅烧羟基磷灰石和有机聚合物颗粒的混合物^[11]。在煅烧过程中高分子聚合物溶解并气化，最终在陶瓷上留下孔隙^[12],泡沫凝胶技术是一种新的制作三维完全相互交通结构的合成羟基磷灰石材料的方法^[13]。姜岩^[14]采用改良的技术制备互联多孔羟基磷灰石陶瓷支架材料，动物实验表明，多孔羟磷灰石陶瓷表现出较好的成骨诱导性，可见孔隙里形成了新生骨。结果提示改良的羟基磷灰石支架能够在骨组织工程上应用，有望成为新型的改良品。

3.4HA/PA6多孔支架

熔体发泡法能快速便利且较经济地制备各种形状和尺寸的聚合物多孔材料。周松，李玉宝等^[15]采用注射成型法以AC为发泡剂制备了HA/PA6多孔支架。与常规的人工骨聚合物支架制备方法相比较，注射成型更易于将材料加工为形状和尺寸各异的多孔支架，是一种快速而经济的制备方法，为模拟制备更加复杂的人工骨多孔材料和HA/PA6支架的实际应用提供了一种探索性研究。

4结论与展望

本文就羟基磷灰石多孔材料的研究情况进行了论述，发现该类材料目前存在的问题主要是材料的力学性能有待提高，以及与生物体的相容性等生物工程方面的问题等。

随着全球老龄化社会进程的进一步加剧，骨质疏松等相关疾病越来越严峻，严重影响人们的生活质量。自体、异体骨移植骨源有限给治疗带来较大的困难和风险。因此，制备出高生物学活性的骨组织工程支架材料成为治疗骨组织疾病的首要任务之一。进一步寻找具有更好生物学活性的支架材料，制备具有更加优良性能的在支架材料是未来研究的重点。

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本文综合论述了近年来以羟基磷灰石为基的多孔材料的研究成果，分析了羟基磷灰石复合材料的优点以及研究进展。针对目前的研究状况提出了该类材料发展的方向。