骨折可以補塊“陶瓷”？可植入人體的骨修復材料——磷酸鈣陶瓷

隨著生物學、材料學、解剖學等現(xiàn)代技術地不斷發(fā)展，金屬、合金、陶瓷、高分子、復合材料開始用于人體骨組織修復。其中，由鈣磷組成的生物陶瓷材料已用于人體接近四十年。鈣、磷元素是人骨組織的主要無機成分。

由于與人體骨組織的無機成分具有相似的 組成和結構，磷酸鈣生物陶瓷具有良好的生物相容性， 生物活性，對人體無毒、無害，與人體細胞膜表層多糖和蛋白質以氫鍵結合，并且能牢固地結合于骨組織。磷酸鈣生物陶瓷主要包括羥基磷灰石和磷酸三鈣陶瓷兩種。羥基磷灰石已被廣泛用于人體骨組織修復，但長期臨床觀察結果發(fā)現(xiàn)羥基磷灰石陶瓷難降解，而磷酸三鈣雖然可以降解，但是降解速率無法控制；由二者組成的復相陶瓷材料的降解性能主要依賴于磷酸三鈣相含量的多少，但其降解程度仍然不佳。

(資料圖片)

創(chuàng)傷、腫瘤、先天畸形及炎癥所導致的骨缺損在臨床上十分常見，該類缺損的發(fā)生不同程度地影響患者缺損部位的形態(tài)與功能，對患者正常生活和社交造成極大的不便，并產生較大的疾病負擔。目前，臨床上用于修復骨缺損的方法主要包括自體骨移植、異體骨移植及人工合成骨替代材料的植入。

生物陶瓷作為可直接用于人體及其相關的生物、醫(yī)用、生物化學領域的陶瓷材料，需具備：生物相容性、力學相容性、與生物組織有優(yōu)異的親和性、抗血栓、滅菌性、良好的物理化學穩(wěn)定性。被分類在生物活性陶瓷材料中的磷酸鈣陶瓷材料因其具備良好的骨誘導性和生物降解性被研究人員作為人工合成骨替代材料的研究方向。

磷酸鈣陶瓷的組成分類及特性：

**磷酸鈣陶瓷（CPC）**屬生物活性陶瓷，可分為磷酸三鈣（β-TCP，α-TCP），羥基磷灰石（HA）和磷酸四鈣，目前研究最廣泛的是β-TCP和HA。

**羥基磷灰石（HA）**良好的生物相容性成骨活性已被大量研究結果證實，為近于自然骨主要無機組分的人工合成材料，具有良好的生物相容性和生物安全性，可與骨牢固結合，易于塑形。

**β-磷酸三鈣（β-TCP）**具有良好的組織相容性，但植入體內后成骨能力不穩(wěn)定。兩種鈣磷陶瓷的不同生物特性促使人們嘗試將兩者結合起來，使復合材料既保持良好的成骨活性，又具有較好的可降解性能，由此雙相磷酸鈣陶瓷（HA/β-TCP）的研究獲得進一步推進。

**①骨誘導性：**磷酸鈣生物陶瓷具有良好的生物相容性，作為人工骨材料，骨修復作用主要體現(xiàn)在骨傳導性方面，可以為新骨的形成提供支架。

**②降解性：**有研究發(fā)現(xiàn)多孔HA具有一定的生物降解性，會發(fā)生物理化學溶解，材料的多孔結構使接觸面積增大，加速了降解過程。納米級HA可顯著提高HA晶體的溶解性從而加快其降解性。與HA相比，β-TCP更易于在體內溶解，溶解度約比HA高10~20倍。而雙相磷酸鈣陶瓷的降解速度和程度與HA/β-TCP的比率有關，比率越大，材料的降解越快。

磷酸鈣陶瓷的制備工藝：

（1）磷酸鈣陶瓷粉末的制備

制備塊狀磷酸鈣陶瓷的第一步是磷酸鈣陶瓷粉末的制備，主要有濕法和固態(tài)反應法。濕法包括：水熱反應法、水溶液沉淀法以及溶膠凝膠法，此外還有有機體驅熱分解法、微乳劑介質合成法等各種制備工藝的研究目標是得到成分均勻、粒度微細的磷酸鈣粉末。其中溶液沉淀法和溶膠凝膠法是目前有限使用的磷酸鈣陶瓷粉末的制備工藝。

**①溶液沉淀法：**是通過含鈣磷的反應物在溶液中的反應生成磷酸鈣沉淀，將沉淀物過濾、洗滌和干燥而獲得精細磷酸鈣陶瓷粉末。

**②溶膠凝膠法：**是將反應物質制成溶液，通過溶劑的迅速揮發(fā)以及后續(xù)的縮聚反應而凝膠化，再經干燥和熱處理，即可獲得磷酸鈣粉末。

磷酸鈣陶瓷粉末的制備工藝已經較為成熟，但我國目前還沒有形成磷酸鈣陶瓷粉末的批量生產能力。

（2）磷酸鈣陶瓷的燒結

制備致密磷酸鈣陶瓷的主要方法是粉末燒結技術。首先磷酸鈣陶瓷粉末要制成需要的形狀，然后再1000℃~1500℃進行燒結，以Ca與P原子比為1.67的磷灰石粉末為原料，可得到HA瓷；以Ca與P原子比為1.5的磷灰石粉末為原料，在900℃的燒結下可得到β-TCP陶瓷。后者情況要經歷一個從磷灰石向β-TCP的相變過程。

雙相磷酸鈣陶瓷的應用研究：

雙相磷酸鈣陶瓷包括羥基磷灰石和磷酸三鈣兩種成分，由于其化學組成與骨組織的無機成分相似，且具有良好的生物相容性、生物活性和生物安全性，目前已被廣泛應用在組織工程支架、種植體表面涂層、骨水泥、藥物緩釋載體等研究中，但雙相磷酸鈣陶瓷骨誘導的具體機制仍不明確，相同的雙相磷酸鈣陶瓷植入不同種屬動物或同種動物體內后新骨形成存在種間及個體差異，目前尚不能制造出具有穩(wěn)定骨誘導性的雙相磷酸鈣陶瓷；另外，雙相磷酸鈣陶瓷脆性較大，不能具備與骨組織相似的機械強度，因而限制了其應用。

近年來已有學者開始研究磷酸鈣陶瓷和高分子聚合物（聚乙烯醇、聚酰胺、聚氨酯等）的復合物，應用溶解鑄造法、凍干法、原位礦化法等將陶瓷與高分子聚合物結合在一起，制成具有一定孔隙結構的機械強度較高的復合物，并同時具有磷酸鈣陶瓷的骨誘導性。

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