1、納米羥基磷灰石的制備及其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 漳 州 師 范 學(xué) 院化 學(xué) 與 環(huán) 境 科 學(xué) 系 08科學(xué)教育摘要：生物陶瓷納米羥基磷灰石在自然界中以自然骨、牙中的無機(jī)礦物成分為主要形式。人工合成的納米羥基磷灰石材料具有與自然礦物相似的結(jié)構(gòu)、 形態(tài)、 成分 ，表現(xiàn)出良好的生物相容性和生物活性 ，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。本文綜合論述了納米羥基磷灰石在物理化學(xué)方面的應(yīng)用并對(duì)其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的論述和展望。關(guān)鍵詞：納米羥基磷灰石、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、合成方法及應(yīng)用Abstract：Biological nanometer hydroxyapatite ceramics in nature to natur

2、al 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 hydro

3、xyapatite in physical chemistry and its application in medical field of applied discussed in detail and prospected.文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)Keywords: nano hydroxyapatite， medical field， synthesis method and application 1.n-HA簡(jiǎn)介羥基磷灰石的化學(xué)式為 Ca10 ( PO4) 6 (OH)2，簡(jiǎn)稱HA，屬六方晶系，晶格參數(shù)為 a = b = 0 .9421nm、c = 0 . 6882nm。密度

4、為3.16g/cm3，性脆，折射率是 1.641.65。微溶于純水，呈弱堿性 (pH = 79)，易溶于酸而難溶于堿。HA是強(qiáng)離子交換劑，分子中Ca2 +易被Cd2 +、Hg2 +等有害金屬離子和 Sr2 +、Ba2 +、Pd2 +等重金屬置換，還可與含羧基 (COOH)的氨基酸、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸等交換反響。按照分子式計(jì)算HA的理論 Ca/P值為 1.671。羥基磷灰石晶體為六方晶系，屬L6PC對(duì)稱型和P63/m空間群，其結(jié)構(gòu)為六角柱體，與C軸垂直的面是一個(gè)六邊形，a、b軸夾角120，晶胞參數(shù)a0=0.943938 nm，c0=0.6880.686 nm，單位晶胞含有10個(gè)Ca2+、6個(gè)PO43

5、-和2個(gè)OH-。其中OH-位于晶胞的4個(gè)角上，10個(gè)Ca2+分別占據(jù)2種位置，4個(gè)Ca2+占據(jù)Ca位置，即z=0和z=1/2位置各2個(gè)，該位置處于6個(gè)O組成的Ca-O八面體的中心。6個(gè)Ca2+處于Ca位置，即z=1/4和z=3/4位置各有3個(gè)，位置處于3個(gè)O組成的三配位體中心。6個(gè)PO43-四配位體分別位于z=1/4和z=3/4的平面上，這些PO43-四面體的網(wǎng)絡(luò)使得羥基磷灰石結(jié)構(gòu)具有較好的穩(wěn)定性，如圖12。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)羥基磷灰石Hydroxyapatite，HA是動(dòng)物和人體骨骼的要無機(jī)礦物成分，具有良好的生物活性和生物相容性。當(dāng)羥基磷灰石的尺寸到達(dá)納米級(jí)時(shí)將現(xiàn)出一系列的獨(dú)特

6、性能，如具有較高的降解和可吸收性。研究說明：超細(xì)羥基磷灰石顆粒對(duì)多種癌細(xì)胞的生長具有抑制作用，而對(duì)正常細(xì)胞無影響。因此納米羥基磷灰石的制備方法及應(yīng)用研究已成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)非常重要的課題，引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注4。2.納米羥基磷灰石的合成2.1合成方法簡(jiǎn)介：納米羥基磷灰石的制備方法納米羥基磷灰石的制備方法有許多種，通?？煞譃闈穹ê透煞?。濕法包括沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法、超聲波合成法及微乳液法等。干法為固態(tài)反響法等2 。 2.2 納米HA的制備32.2 .1 實(shí)驗(yàn)藥品磷酸 :北京化工廠 ; 氫氧化鈣 : 上海凌峰化學(xué) 試劑 ; 溴化鉀 、乙醇 : 北京化工廠。以上均為分析純 。2.2.

7、2 實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)顯電動(dòng)攪拌機(jī) : D SX290 型 ，杭州儀表電機(jī) ; 恒流泵 : Sxl23278 型 ， 金壇市金城國勝實(shí)驗(yàn)儀器 廠 ; 透 射電 子顯 微 鏡 : HITACHI2800型 ，日本日立公司生產(chǎn) ; X 射線衍射儀 : D/ ma x .2500 . PC 型 ，日本 Ri ga k u公司生產(chǎn) ;紅外光譜儀 : Pre sti ge221型 ，美國尼高麗公司 ; 冷凍枯燥機(jī) : D55053 型 ，美國西蒙公司 。2.2.3 n-HA 制備稱取一定量的 Ca(OH) 2參加到 500mL蒸餾水中，用攪拌器強(qiáng)烈攪拌使之混合均勻直至Ca(OH)2在蒸餾水中不團(tuán)聚 ，而呈更細(xì)小

8、顆粒分 布 ，形成 0 . 25 mol/ L 石灰水懸浮液。設(shè)定反響體系 n ( Ca )n ( P) 1 . 67 的情況下 ， 用恒流泵將200 mLC( H3PO4)= 0.3 mol/L的磷酸水溶液以1mL / min的速度滴入高速攪拌的 C Ca ( O H ) 2 = 0.25mol/L的500mL氫氧化鈣/水懸濁液中，整個(gè)反響體系恒溫在5055。反響中控制加料速度以維持一定的 pH值，待全部滴加完畢后再恒溫?cái)嚢?0h，然后將反響液的溫度降至室溫陳化 12h。將白色膠狀沉淀過 濾后用去離子水洗滌3次完全除去殘留的可溶性雜質(zhì) (PO43-和Ca2+等)，過濾后在-50 的冷凍枯燥機(jī)

9、中凍干48 h，得到白色的 n-H A。反響方程式 : 10Ca(OH)2+6H3PO4=Ca10 ( PO4 ) 6 (OH) 2+18H2O2.3測(cè)試表征3X射線衍射(XRD)測(cè)試條件為:銅靶K射線(= 0.154 nm)，管壓40 kV，管流 200 mA，掃描速5/ min ，測(cè)量范圍為1060;傅立葉變換紅外光譜:采用溴化鉀壓片法，分辨率 4cm-1，掃描范圍為4004000cm- 1;掃描電鏡電子顯微鏡:將n-HA 粉末噴金處理，在掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察并拍照。a=700r/minb=1000r/minc=2000r/min圖2 不同攪拌熟慮下合成HA的FT-IR譜圖圖2為不同攪拌

10、速率下合成的HA粉末的FT-IR譜圖。3430cm-1處的吸收峰是由氫鍵締合的OH-伸縮振動(dòng)峰，566、604和 1040 cm-1處的強(qiáng)吸收峰源于 PO4 3 -基團(tuán)振動(dòng)引起的 ，而吸收峰的強(qiáng)度非常強(qiáng)。1630和3640cm- 1附近的吸收峰歸屬于HA外表吸附的水引起的，這可能是由于納米HA外表容易吸收空氣中的水分。值得注意的是，圖2(a) (b)中 876 cm- 1處的吸收峰是 PO42-造成的，1430 cm-1附近出現(xiàn)了CO32-的吸收峰，說明CO32-進(jìn)入了 HA晶格，取代了 HA晶格中的PO4 3 -基團(tuán) ，但含量很少天然骨中的無機(jī)組分HA晶體是含有CO32-的碳酸鹽磷灰石(CH

11、A) ，這說明實(shí)驗(yàn)中制得的 HA 納米晶體與人骨的組分更為相似。有研究發(fā)現(xiàn)晶格中CO32-離子對(duì) HA顆粒具有加速生物降解的作用，使HA材料在人體生理環(huán)境下會(huì)發(fā)生物理化學(xué)溶解，或發(fā)生化學(xué)變化而分解成較小的顆粒。這一特性有利于 CHA作為骨組織工程材料在臨床上的應(yīng)用。而在圖2中這兩個(gè)吸收峰非常微弱，說明提高攪拌速率，生成的產(chǎn)物比擬純潔。文檔收集自網(wǎng)絡(luò)，僅用于個(gè)人學(xué)習(xí)圖3 為不同攪拌速率下合成的 HA粉末的XRD譜圖。由圖3可知，不同攪拌速率合成的HA的衍射圖譜在衍射峰的位置和數(shù)量上根本一致，與標(biāo)準(zhǔn)譜圖(CPDS 0920432)對(duì)照說明生成的產(chǎn)物均為HA。不同攪拌速率下合成 HA 顆粒的平均結(jié)晶

12、尺寸可用公式(1)計(jì)算 ，結(jié)果見表 2。由表2可知，攪拌速率1000r/min時(shí)，HA顆粒的結(jié)晶尺寸隨攪拌速率的增大而減小，說明晶體在較高的攪拌速度下成核速率快，核生長速度慢，晶核的粒度小，結(jié)晶多。反之，攪拌速率低，晶體的粒度變大。2.4 最正確工藝條件下 n-HA的表怔反響溫度控制在 5055，攪拌速率為2000 r/min時(shí)所得產(chǎn)品冷凍枯燥后的 XRD和SEM結(jié)果見圖4、圖 5。圖4 n-HA粉體的X射線衍射圖從圖 4 可以看出各衍射峰已經(jīng)根本沒有重疊現(xiàn)象，衍射峰變得較為鋒利，峰形較強(qiáng)，也沒有其它雜質(zhì)的衍射峰出現(xiàn)。這說明此時(shí)粉體的結(jié)晶程度已經(jīng)很高，晶型也很完善。圖5 n-HA粒子的 SEM

13、 圖由圖5可以看出采用冷凍枯燥法防止了高溫煅燒，得到了分散性較好的 n2HA 粉末，直徑為2025 nm，長度7580nm ，其分散均勻 ，沒有嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象。3納米羥基磷灰石的應(yīng)用4 3.1納米羥基磷灰石作為藥物載體HAP粒子有良好的組織相容性、無毒、無免疫原性比外表積大，生物粘附性強(qiáng)且能結(jié)合和傳遞大分子藥物吸附藥物量大，具備了藥物載體的根本要求。羥基磷灰石作為藥物載體系統(tǒng)能提高藥物在生物膜中的透過性，有利于藥物透皮吸收并發(fā)揮在細(xì)胞內(nèi)的藥效。納米羥基磷灰石作為藥物載體十分平安，因?yàn)槠渑c人或動(dòng)物的骨骼、牙齒成分相同，且不為胃腸液所解，在釋放藥物后可降解吸收或全部隨糞便排出，此外，納米羥基磷灰石

14、在生成過程中很方便引入放射性元素，可用于癌細(xì)胞的滅活。3 . 2納米 HAP的抗腫瘤機(jī)制納米 HAP可以作用于細(xì)胞膜，可增加細(xì)胞液中Ca2+的濃度。當(dāng)腫瘤細(xì)胞外存在 HAP等納米粒子鈣池時(shí)，其超強(qiáng)鈣攝入能力可導(dǎo)致過多 Ca2+攝入，出現(xiàn)毒性，從而抑制其生長;還可誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和凋亡，HAP使Bel-7402人肝癌細(xì)胞增殖阻滯G1期，阻斷細(xì)胞周期的進(jìn)展，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞脹亡；對(duì)端粒酶活性也有影響，納米HAP有抑制腫瘤細(xì)胞的端粒酶基因的表達(dá)，下調(diào)端粒酶活性的作用。3.3作為硬組織修復(fù)材料納米HAP高分子復(fù)合材料通過對(duì)天然硬組織的模仿，成功地解決了常規(guī)HAP生物陶瓷抗彎強(qiáng)度低、脆性大、在生理環(huán)境下抗疲

15、勞性不好等臨床應(yīng)用中遇到的問題，因此在硬組織修復(fù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。3 .4納米羥基磷灰石與天然高分子材料的生物復(fù)合納米羥基磷灰石 /天然高分子復(fù)合生物材料 ，包括納米羥基磷灰石與膠原、骨形態(tài)發(fā)生蛋白、多糖類材料進(jìn)行的復(fù)合，因各天然高分子材料的特性不同，復(fù)合而成的生物材料也具有各自的特點(diǎn)。黃永輝等指出納米羥基磷灰石-膠原骨具有良好的生物相容性，是平安的新型骨缺損填充材料。納米人工骨材料植入骨缺損36個(gè)月可形成骨性連接，6 12個(gè)月骨結(jié)構(gòu)塑形改建，且局部無不良反響。3 . 5納米羥基磷灰石與人工高分子材料的生物復(fù)合納米羥基磷灰石還可與多種人工高分子生物材料進(jìn)行復(fù)合。研究較多的人工高分子生物材

16、料有:聚酰胺、聚酯、聚乙烯、丙烯酸酯類、聚乙烯醇、 硅橡膠等。結(jié)合非天然人工高分子生物材料的特點(diǎn)，使之與納米羥基磷灰石的復(fù)合物具有更優(yōu)良的性能與廣泛的應(yīng)用。王群波探討納米羥基磷灰石-聚酰胺66(n-HA/PA66)復(fù)合人工椎體在脊柱結(jié)核中的應(yīng)用價(jià)值。納米羥基磷灰石復(fù)合人工椎體呈中空，可使用切除的肋骨或人工骨充填其內(nèi)，無需自體髂骨取骨，防止了供骨部并發(fā)癥的發(fā)生。納米羥基磷灰石復(fù)合人工椎體具有良好的生物相容性及生物平安性，有骨引導(dǎo)和骨誘導(dǎo)作用，無細(xì)胞毒性，不存在受體與供體之間傳播疾病，無免疫排斥反響；使用方便，椎體長度可按需截取，植入后融合率高，費(fèi)用低廉，是一種比擬理想的椎體植骨替代材料。4納米羥

17、基磷灰石的單獨(dú)應(yīng)用4.1 物理性質(zhì)方面應(yīng)用5 納米羥基磷灰石根據(jù)其物理性質(zhì)主要在牙膏上的應(yīng)用。以納米羥基磷灰石為基體摻入活性微量元素鍶(Sr)，其粒子尺寸小于100nm，具有納米粒子所特有的小尺寸效應(yīng)、外表或界面效應(yīng)等。由于摻入了鍶元素，使納米摻鍶羥基磷灰石兼?zhèn)浼{米羥基磷灰石和鍶的雙重活性，將其應(yīng)用于牙膏將比納米羥基磷灰石具有更好的生物相容性和成效作用。成效主要表達(dá)在：(1)吸附及抑菌作用。抑制牙菌斑，預(yù)防齲齒。(2)雙重脫敏作用，有效防止牙本質(zhì)過敏。(3)再礦化及美白作用，修復(fù)受損牙釉質(zhì)，恢復(fù)牙齒自然光澤。5.結(jié)論和展望2納米羥基磷灰石作為一種新型的生物醫(yī)用材料，對(duì)其制備方法的研究已取得較快

18、的開展，但各種制備方法的工業(yè)化大生產(chǎn)還面臨著許多困難，首要解決的問題是如何在低本錢下制備大批高質(zhì)量的納米粉體。到目前為止，要想獲得“理想粉體即同時(shí)滿足組分均勻、顆粒細(xì)、粒徑分布窄、無團(tuán)聚、比外表積大等苛刻條件依然十分困難；更重要的是，雖然制備其中某種特性或幾種特性比擬突出的高質(zhì)量的納米粉體并不太難，但其本錢往往比擬高。因此，工業(yè)化低本錢制備設(shè)備的研發(fā)將是下一階段的研究重點(diǎn)。在此根底上，進(jìn)一步研究制備過程中納米粉體的形成、生長機(jī)制及各種條件的影響。此外，為了解決該材料脆性大、強(qiáng)度低、力學(xué)性能差的問題，可通過以下兩個(gè)途徑：制備力學(xué)性能更佳的致密羥基磷灰石陶瓷及納米羥基磷灰石復(fù)合材料。將納米羥基磷灰石作為涂層材料使用，制備納米羥基磷灰石涂層生物復(fù)合材料，例如羥基磷灰石涂層鈦合金材料及羥基磷灰石涂層碳/碳復(fù)合材料等。參考文獻(xiàn)：1、高輝、張光磊、任書霞?HA生物陶瓷的研究現(xiàn)狀及其在醫(yī)學(xué)工程中