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1、...可降解磷酸钙生物陶瓷研究的进展余益凤、张政、黄磊摘 要：磷酸钙类陶瓷的成分与骨矿物组成类似,生物相容性好,被视为典型的生物陶瓷。本文综述了多孔生物陶瓷的制备工艺,同时介绍了对生物降解陶瓷主要的研究方法,包括体外模拟实验及体内埋植实验。最后总结了国内外关于生物降解陶瓷研究的理论成果。关键词：磷酸钙陶瓷 制备工艺 生物降解引言生物医用材料是一类人工或天然材料,可以单独或与药物一起制成部件,用于组织和器官的治疗或替代,并在使用期内不会对宿主引起急性或慢性危害。70年代以来,生物玻璃的出现,为医用无机生物
2、材料的发展开辟了新的领域。生物陶瓷是用来达到特定的生物或生理功能的陶瓷材料,它包括:接近惰性的陶瓷材料;可降解的陶瓷材料;可控制表面活性的陶瓷材料。而生物降解陶瓷以其优异的特性脱颖而出,这种材料是可通过选择与人体骨组织中无机矿物十分近似的微孔材料,植入后,骨组织可向材料的孔内生长,材料通过体液溶解吸收或被代谢系统排出体外,最终使缺损的部位被新生的骨组织所取代,而植入的生物降解材料只起到临时支架作用。生物降解陶瓷主要包括α-TCPβ-TCP及羟基磷灰石HAP和它们的混合物,,α其降解能力依次为:-TCP>
3、β-TCP>HAP。理想的生物材料应具备以下的性能:①植入初期有足够的机械强度,能保持缺损骨的形态,为骨重建提供过渡性支架;②生物相容性好,能活化或诱导骨生长,促进修复过程;③降解速度与骨再生速度相匹配。随着新骨逐渐替代吸收的植入物,完成骨组织的自我修复,不必手术取出异物。1多孔生物陶瓷的制备工艺Ryshkenitch最先研究了生物多孔陶瓷的制备工艺[3],他将氧化物粉末制备成活性料浆(即用Al2O3或ZrO2配成含0.2%聚乙烯醇PVA的水溶液),用H2O2溶液处理后,成功制得(5%～6%)Al2O3
4、或ZrO2的多孔坯体,并缓慢升温至1850℃得到了多孔陶瓷。Klein和同事们用同样的方法制备出了多孔HA......多孔陶瓷。应用原位替代法也可以制备出多孔生物陶瓷。如珊瑚是由海底无脊椎动物在海水中吸取钙和碳酸盐并自然结合成石灰石母体而制得,CaCO3珊瑚骨架本身就是一种多孔结构,利用其与(NH4)2HPO4在热液中发生PO43-和CO32-阴离子的交换反应,而使珊瑚转变为HA,研究结果表明能在珊瑚原位置产生多孔结构(～65%)的羟基磷灰石生物陶瓷。除此之外,盐析法也是一种重要的方法。研究者首先制备出
5、HA或β-TCP粉末,然后加入一定量的粘结剂和适当颗粒度的盐,经过成形和烧结后,再在沸水中煮,使其中的盐析出而得到多孔的生物陶瓷。但是这种方法的缺陷在于制备的材料体积不能太大,否则材料内部的盐有可能煮不出来,从而影响材料的性能。而OagurEngin则采用在水溶液中通过氨水控制pH值制备出β-TCP或羟基磷灰石前驱体。再以柠檬酸钠和磷酸钠作为缓冲溶液,加入甲基纤维素,利用有机物的聚合反应制备出具有一定强度的陶瓷坯体,最后逐渐升温充分去掉有机质后即制备出多孔(气孔率为70%～90%)的羟基磷灰石或β-TC
6、P生物陶瓷。2 生物降解的研究方法对生物降解陶瓷的研究主要集中在3大热点:①生物降解陶瓷的生物相容性和生物活性的研究;②生物降解陶瓷在体内的降解机理和代谢过程的研究;③生物降解陶瓷的骨诱导性,即是否能诱导骨生长。要达到以上的研究目的,国内外学者普遍采用的实验方法主要有以下3种。2.1 生物学性能实验生物学性能实验着重检查生物陶瓷材料的相容性及其安全性。它主要包括:①急性毒性实验;②亚急性毒性实验;③肌肉刺激实验;④溶血实验;⑤沙门氏菌致突变实验;⑥骨内埋植实验。通过以上6项生物控制性检测指标,可以观察生
7、物材料是否会产生全身或局部毒性反应,是否会致溶血及引起炎性和排斥反应,是否会致突变,从而判定该材料的生物相容性的好坏。此外,体外细胞学实验也可观察各种离体细胞在陶瓷表面附着、增殖情况、形态变异、吞筮反应,有无诱发或抑制反应,它可以提供陶瓷生物相容性及降解性的信号。2.2 体外模拟实验选择具有一定pH值的溶液,模拟生理环境,如:去离子水,生理盐水,含有有机酸盐的缓冲溶液,含酶或氨基酸溶液,模拟体液等。改变溶液的酸度、浓度、温度、组成固液比例等实验条件,可以观察到陶瓷溶解度、、失重浸出成分、表面结构、相成分
8、等变化,从而建立降解过程的动力学模型。体外模拟实验不能代替体内植入实验。但是,由于此法可以有目的的设计实验体系,选择实验参数,实验条件易控制,重复性好,可同时监测大批试样,目前......仍被广泛使用。模拟体液的成分各种各样,这里提供其中的一种如表1所示。按配方称取试剂(精确到0.001g),逐样充分溶于蒸馏水中并稀释至500ml,在恒温箱内控制T=36.5℃,用50mM缓血酸胺和1M盐酸适量滴入,缓冲SBF至pH=7.25,pH值由精密酸
