羟基磷灰石生物复合材料的研究进展
羟基磷灰石研究进展

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。
羟基磷灰石生物陶瓷的研究状况及发展趋势

羟基磷灰石生物陶瓷的研究状况及发展趋势羟基磷灰石生物陶瓷是一种新型的重要化学物质,它是一种具有多孔性、抗腐蚀性、耐高温性、较低吸水性能和抗病毒性能等优点的陶瓷材料。
由于其优良的物理性能,近年来,羟基磷灰石生物陶瓷受到了越来越多的关注,它已经成为植物生长、药物吸收、矿物提取、环境污染治理、农业生产等领域的“新星”。
羟基磷灰石生物陶瓷是由磷灰石、硅酸钠和氯化钠等特殊复合材料组成的,它可以实现零能耗制备。
它具有自发排水性,可以提高土壤水分对植物的吸收,实现节水灌溉;它具有良好的抗氧化性,能够有效降低土壤污染;它还具有抗病毒特性,可以有效保护作物免受病毒的侵害。
目前,关于羟基磷灰石生物陶瓷的优点和应用研究仍处于早期阶段,但其有效应用已得到越来越多的认可。
一些国家的学者研究表明,在农业领域中,羟基磷灰石生物陶瓷可以减少种植植物常用农药残留和病害病原体的传播,提高作物生长发育,增加产量。
此外,羟基磷灰石生物陶瓷也用于矿物提取,可以提高矿物萃取比例,提高产量,节省能源;此外,它还可以用于治理环境污染,可以有效降低污染物的排放量,拯救自然环境。
羟基磷灰石生物陶瓷的前景十分可观。
除了上述的优点和应用外,羟基磷灰石生物陶瓷在制造、建筑和航空航天等领域也有重要的应用和发展潜力,且未来可能还有很多更有利可图的应用。
然而,羟基磷灰石生物陶瓷的研究仍处于起步阶段,尚未完全被发掘,存在很多不足。
因此,未来的研究努力应该更多地集中在提高制备工艺和性能改善方面,从而发掘出更多的应用价值。
由于羟基磷灰石生物陶瓷的出现,开启了人类社会的生态安全与经济发展的新纪元,其巨大的应用潜力充分反映了它的重要性和价值,在未来的发展中,有望受到更多的关注和研究。
综上所述,羟基磷灰石生物陶瓷因其优良的物理性能得到了广泛的应用,将有助于解决环境污染、农业生产和节能等问题,但现有的研究仍处于起步阶段,对提高制备工艺和性能改善等方面有待进一步深入研究,以期在未来的发展中受到更多的关注和认可。
羟基磷灰石生物材料的研究现状_制备及发展前景_于方丽

羟基磷灰石生物材料的研究现状、制备及发展前景于方丽1 周永强2 张卫珂3 马景云1(1陕西科技大学材料科学与工程学院 咸阳 712081) (2温州大学制笔重点实验室 325035) (3山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室 济南 250061)摘 要 羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性,是较好的生物陶瓷材料。
笔者论述了羟基磷灰石生物陶瓷材料的研究现状,同时对羟基磷灰石及其复合生物陶瓷材料的各种制备方法进行了概述,重点研究综合性能优越的羟基磷灰石生物陶瓷材料的制备及发展前景。
关键词 羟基磷灰石 生物陶瓷材料 研究现状 制备 发展前景The Present and Prospect of Research on Hydroxyapatite Bioceramic MaterialsYu Fangli1,Zhou Yongqiang2,Zhang Weike3,Ma Jingyun1(1Shaanxi University of Science and Technology,Xianyang,712081)(2Wen zhou University Main Laborotary,325035)(3Collegeofmaterial Science&Engineering,Shandong University,Jinan,250061)Abstract:Hydroxyapatite has excellent biocompatibility and tissue bioactivity and is hydroxyapatite bioceramic materials.This paper su m marizes the study situati on and the various preparation methods of hydroxyapati te bioceramic materials.The keys are enhancement and preparation and develop ment prospect of the synthesization of the composite bioceramic materials.Key words:Hydroxyapatite;Bioceramic materials;Research situation;Preparation;Develop ment prospect前言20世纪,生物材料学领域取得了飞速发展,无机生物医用材料的研究及其应用十分活跃,其中备受关注的是羟基磷灰石(hydroxyapatite,简称HA或HAP)活性陶瓷材料的研究和临床应用。
羟基磷灰石骨修复复合材料的研究进展

( 山东 理工 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 , 淄博 2 5 4 ) 5 0 9
摘
要 纳 米羟基 磷灰 石是 一种 具 有 良好 生物相 容 性 和 生物 活 性 的材 料 , 用 来 用做 骨 常
替代 材料 , 文概 述 了当前 羟基磷 灰 石及 其复 合材 料在 骨修 复领 域的研 究进展 。 本 关键 词 羟基 磷灰 石 ; 骨修 复 ; 究进展 研
料 的力学性 能 。
硬度及抗生理腐 蚀性 和生物 相容性 , 因此人 们将 两
收 稿 日期 : 0 9—1 20 O一1 O
作 者 简 介 : 宁 ( 9 4一 , , 就 读 于 山 东 理工 大学 材 料 科 学 与工 程 学 院 , 士 研 究 生 。研 究 方 向 : 进结 构 陶瓷 。 解 18 ) 男 现 硕 先
晶体 , 匀 地 分 布 在 胶 原 基 质 中 , 成 自然 的无 均 形
机/ 机纳 米复 合材料 , 究 已证 明 纳米 级 的 HA 有 研
Z O 粉 体 , 用 热 压 烧 结 技 术 在 烧 结 温 度 为 r 采
1 0 ℃烧 结压 力 为 3 MP 30 0 a的 条 件 下 烧 结 1 , h 制
度达 1. 5 a 大孔 孔 径 约 50 60 m、 孔 1 6 MP , 0 ~ 0/ 小  ̄
孔 径 1 0L 并 孔 隙 相互 连通 的多 孑 陶 瓷 。研 ~2 t m L 究 表 明生 物 玻 璃 的加 入 可 以 促 进 材 料 的液 相 烧
结 , 多孔 羟基磷 灰石 生物 陶瓷 致密 化 , 善 了材 使 改
第 3 2卷 第 6期 20 0 9年 1 2月
山 东 陶 瓷
羟基磷灰石研究进展

2010-2011 第2学期《生物医用材料》期中考试姓名:学号:学院:专业:班级:任课老师: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。
羟基磷灰石及其复合生物陶瓷材料分析研究进展

羟基磷灰石及其复合生物陶瓷材料研究进展生物医学工程学杂志 1999年第0期第16卷无机生物材料及有机/无机复合材料组作者:张玉军尹衍升王迎军单位:张玉军尹衍升<山东工业大学材料学院,济南250061);王迎军<华南理工大学材料系,广州510632)关键词:羟基磷灰石;复合材料;生物陶瓷摘要综述了羟基磷灰石陶瓷及其复合生物陶瓷材料方面的最新进展,并简单探讨了HAP生物陶瓷的发展方向。
Advancement of Hydroxyapatite-Based Bioceramic Composites 羟基磷灰石{Ca10(PO4>6(OH>2,hydroxyapatite,简称HAP}具有极好的生物相容性和生物活性,被认为是最有前途的陶瓷人工齿和人工骨置换材料。
然而,纯HAP陶瓷的机械性能比较差,例如,断裂韧性(KIC>不超过1.0 MPa·m1/2,而且,在潮湿的环境中Weibull因子较低(n=5~12>,作为人工种植体其使用可靠性较差。
到目前为止,HAP陶瓷不能用作承载种植体,它在医学上的应用仅限于小的非承载种植体、粉末、涂层和低承载的多孔种植体。
为了提高HAP陶瓷材料的使用可靠性,近十几年来已经进行了许多研究工作。
本文将结合我们的实验工作,简单探讨在该领域的某些研究进展。
1 HAP粉末的制备制备HAP粉末有许多方法,主要有湿法和固态反应法[1]。
固态反应法往往给出符合化学计量、结晶完整的产品,但是它们要求相对较高的温度和热处理时间,而且。
这种粉末的可烧结性较差。
湿法包括:沉淀法[2,3]、水热合成法[4]和溶胶-凝胶法[5~8]等。
用水热合法成法获得的HAP材料一般结晶程度高,Ca/P接近化学计量值。
溶胶-凝胶法可以得到无定形、纳M尺寸、Ca/P比接近1.67的HAP粉末。
用沉淀法在温度不超过100 ℃的条件下,可制备纳M尺寸的纤维颗粒粉末[9]。
羟基磷灰石复合生物材料的研究进展

表明: 少量 CO—P 的加入增加了 H a 2 A的弯曲强 度, 最大强度为 l1 P( . w%)而等量 № O— 4 a25 t . M
1 羟基磷灰石复合材料 的种 类
为了改善羟基磷灰石陶瓷的力学性 能, 金属、
① 收 稿 日期 :0 一1 —1 2岱 1 9
维普资讯
第1 期
李星逸 , : 等 羟基磷灰石复合生物材料的研 究进展
7
性玻璃也有脆性大的弱点 , 复合后力学强度仍然较
低, 只能用于一些承载较小或不承载部位 , 增强增
材料有望成为理想的骨修复材料 . 与其他骨替代材
料相 比, A一胶原复合物的生物相容性是很理想 H
密度和力学性能 , 发现这类 材料的断裂韧性为 13 .
17M am 同时强度也有所提高 . . P . , 然而生物活 性玻璃的加入通常会促进 H A的分解并形成 T P C.
一
文献 [1 3采用有机泡沫浸渍 法将 CO 2 5 a —P0 基生物
同机械性能的材料以适应不同种植体的需要 , 这也 是复合材料的一大优点 . 复合生物材料的研究 为获 得结构和性质类似于人体组织 的生物材料开拓了 条广阔的途径 . 生物复合材料 已成为生物材料开
换中的应用 . 为了改善 H A的脆性 , 各种 H A生物复 合材料引起了人们的极大关注 . 复合材料不仅兼具 组分材料 的性质 , 而且可以得到组分材料不具备的 新的特性 . 通过控制材料成分及烧结工艺可得到不
生物玻璃具有 良好的生物活性和生物相容性 , H nk } er  ̄等将少量生物活性玻璃加入 H i2 A以提高致
发和研究中最为活跃的领域 . 为了提高 H A生物复
羟基磷灰石相关复合材料的研究进展

第46卷第3期2021年6月广州化学Guangzhou ChemistryV ol. 46 No. 3Jun. 2021文章编号:1009-220X(2021)03-0022-08 DOI:10.16560/ki.gzhx.20210313羟基磷灰石相关复合材料的研究进展范云辉,王世革,黄明贤*(上海理工大学理学院,上海200093)摘要:羟基磷灰石(HAp)作为骨骼中的无机矿物成分,是天然的生物陶瓷材料。
由于特殊的结构组成,其具有良好的生物相容性和生物活性。
然而,纯的HAp纳米颗粒容易团聚且机械强度低,因此往往需要进一步改性和功能化用于合成HAp相关的复合材料。
本综述对元素或官能团掺杂、聚合物/HAp交联、HAp固定在载体材料表面等方式制备的HAp复合材料,及其在环境中分离纯化应用的研究进展进行讨论与分析。
最后对HAp相关复合材料的发展前景做出了总结与展望。
关键词:羟基磷灰石;复合材料;分离纯化中图分类号:O651 文献标识码:A对羟基磷灰石(HAp)材料的研究已经进行了半个多世纪,其作为动物骨骼的无机组分,是重要的生物材料。
近年来,随着纳米科学的不断发展,合成的纳米HAp的应用范围越来越广。
有关HAp的综述报道,主要是涉及不同的制备方法(包括固态法[1-2]、传统的化学沉淀法[3-4]、溶胶凝胶法[5-6]、水热法[7-8]、模板法[9-10]等)的总结[11],HAp纳米材料作为骨和牙齿替代物的应用,以及药物输送和癌症治疗方面的研究[12-15]。
可以发现,关于HAp复合材料及其在分离纯化中应用的报道较少。
因此,本文对HAp相关复合材料的结构设计和在环境中作为分离纯化材料的最新进展进行了简单的归纳总结。
1 概述HAp作为脊椎动物牙齿和骨骼中的主要无机成分,在生物陶瓷领域引起了广泛关注。
HAp属于磷酸钙,是磷灰石中的一种。
磷灰石的一般结构式可以表示为M10(ZO4)6X2,这里M,ZO4和X可以分别被替换成下列离子[16-17]:M=K,Mg,Mn,Pb,Co,Zn,Au,Ba,Cd,Al,Fe,La,Ce,Si,Ti等;ZO4=CO3,SiO4,HPO4,SeO2等;X=F,Cl等。
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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[21
Fig.1Crystalstructureofapatiteandprojection
ontothe(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。
碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)主要存在于牛和人骨中,它的生物效应是由细胞表面具有高度亲合性的受体介导的。
bFGF是一种潜在性的促有丝分裂剂,它不仅对未分化的正常细胞起作用,还能促进离体软骨细胞的增殖和分化[1…,能促进活体中软骨的修复。
纤维蛋白(FS)作为生物粘合剂,具有粘合作用,便于塑形。
BMP与自体红骨髓(RBM)均具有骨诱导作用,而RBM又是BMP的靶细胞,两者的生物活性互补,可发挥双重诱导及协同作用‘11]。
胶原是骨骼中主要的有机成分,具有促进成骨细胞粘附和分化,提高成骨细胞AI,P活性和细胞外基质的蛋白表达,引导骨组织再生和传导的作用。
因此,在剖析材料各自的优异性的前提下,采用多元体系制备的复合物将产生优于自体组织的骨传导、骨诱导及自身成骨效应。
刘玲蓉等口23以胶原一HA-BMP为主要原料,赋予材料骨诱导生物活性。
同时若在该复合体系中加入能协同BMP生物效应的生物活性因子(CS)就会发现:胶原一HA_C孓BMP在骨组织形成数量、速度等方面均超过胶原一HA—BMP,而作为对照的未携带rhBMP-2的支架在肌肉中均未出现诱导成骨的迹象。
Yan等[131采用HA作为载体,将一定量的BMP和(或)bFGF与之复合,形成HA—BMP-bFGF、HA-BMP复合物,分别修复1.0cm兔挠骨节段性缺损,表明HA—BMP-BFGF复合后骨修复作用优于单一的BMP,而且在骨缺损修复过程中BMP和bFGF有良好的协同作用。
Xiao等uu在新西兰大白兔双侧桡骨制备骨缺损模型,将HA-BMP-RBM-FS复合物植入骨缺损动物模型处,结果表明,HA—BMP-RBM-FS复合物具有成骨作用,其修复骨缺损的效果与自体骨无显著性差异,表明该复合物具有骨诱导和骨传导作用,且效果与自体骨相当,较单纯的珊瑚、陶瓷等人工骨有更好的成骨活性,且无免疫排斥反应,可塑性大,使用方便。
在修复骨缺损时,HA-BMP-RBM-FS复合物可以作为自体骨的一种替代物。
兰小勇等L141采用仿生学原理,利用藻酸盐水凝胶的易塑形、较好的亲水性、易于细胞吸附、营养物质易于渗透等特点,将海藻酸钙一胶原有机复合,再与n-HA按一定比例复合,制成一种可注射、可任意塑形并且具有良好骨传导、骨诱导性的纳米复合骨修复材料。
前期实验表明该材料在注射性能及凝固时间乃至力学强度等方面均相对较合适,且具有良好的生物相容性。
宋坤修等L150以纳米羟基磷灰石/胶原复合材料为载体,与血管内皮生长因子复合成人工骨来探讨该复合骨修复骨缺损的效果。
研究设计合理,具有一定的创新性和I临床应用价值。
为骨组织工程支架材料的进一步研究和临床应用提供了理论基础和实验依据,并为骨缺损和骨不连的治疗提供』,新的方法。
2.2具有治疗功能的HA生物复合材料
2.2.1HA的压电效应在骨修复方面的应用
1953年Yasuda[16一最先报道骨上存在机械应力电位,微直流电能刺激骨生成。
1962年Bassett073通过实验进一步证实细长的骨弯曲时,其凸部极化为正,凹部极化为负,这种由于形变而产生的电效应被称为压电效应。
近年来,国内外的研究指出:自然骨本身具有压电性,在弯曲或受力时有压电极化产生,其压电性可以刺激和控制骨自身的生长[18’19|。
自然骨的压电性主要归因于骨胶原的压电性能,这类纤维性蛋白的基本组成单元是胶原原分子,该分子定向整齐排列,分子间通过共价键交联,形成稳定的胶原微纤维,再聚集成胶原纤维束,其方向总是沿骨轴的方向取向【2…。
HA材料因为其与骨组织无机成分的高度相似性,具有
良好的生物相容性和骨传导性等而成为骨组织修复的经典万方数据
万方数据
万方数据
万方数据。