医用纳米双相磷酸钙陶瓷

图1(a)可得:当煅烧温度为600℃，产物主要为β -磷酸三钙( β TCP)，羟基磷灰石( HA)峰结晶效果不好; 图1(b～c)可见，当煅烧温度为700～900℃，产物HA和β － TCP。 当烧结温度为800℃，产物Ca /P为1.629,产物平均晶粒尺寸约为40.1 nm; 当煅烧温度为900℃，产物Ca /P为1.628，产物平均晶粒尺寸约为 46.1 nm; 当初始钙磷比约1.6 时，制备BCP 陶瓷粉体较佳的煅烧温度为700 ～ 900℃，在此温度范围内，产物Ca /P 比随煅烧温度增大而减小， 煅烧温度达800℃后，钙磷比基本稳定在1.628 ～ 1.629; 产物计算颗 粒粒径随煅烧温度提高而逐渐增大。
术后8周，BCP组荧光环杂乱
术后8周，NanoBCP组荧光环变粗
荧光显微镜可见少量新骨生成，呈现黄色的荧光成骨线；植入后 8w，骨细胞及成熟骨组织成分明显增多。荧光光显微镜可见新骨大量 生成，呈现黄色的粗荧光。 对照组BCP支架／BMSCs材料植入后4w孔隙内见大量成纤维细 胞及纤维组织，未见骨或软骨组织形成。植入后8w，见杂乱荧光成骨 线，荧光线细，提示有少量成骨。 因此，纳米双相磷酸钙具有成骨性能，且优于普通的双相磷酸 钙。
(3)BCP粉体显微形貌
(a)
(b)
(a)
(b)
Fig 3 SEM images of BCP particles caclined at different temperature (a) 700℃; (b)800℃
Fig 4 TEM images of BCP particles caclined at different temperature (a) 700℃; (b)800℃
1.纳米双相磷酸钙简介
HA是人体骨的主要无机成分，占人体骨69wt%的磷酸钙盐类主要以纳米 HA结晶形式存在，并以一定方向分布在20wt%的胶原网络中。因此，HA为 研究最为成熟的骨植入材料。 优点：优异的生物活性和生物相容性。 具有良好的骨引导性；能与骨组织形成骨性结合。 缺点：降解缓慢，阻碍新骨的形成和改建。 β-TCP的Ca /P原子比为1.5，在人体内具有良好的可吸收和降解的特性。
（2）不同初始Ca/P对产物晶型结构及颗粒粒径的影响
Fig 2 XRD pattern of the products derived from different starting Ca /P mol ratio( a) 1.6; ( b) T = 1. 55; ( c) 1.5 由图及JADE 软件计算所得，
由图3及图4均可看出,两种温度下所得BCP粉体，粒径均达到纳米级; 700℃煅烧，颗粒粒径约50～80nm; 800℃煅烧，颗粒粒径约80～100nm。 说明随煅烧温度的增大，产物BCP粉体颗粒粒径随之增大。
1.3 纳米双相磷酸钙生物性能
（1）体内降解性能
材料肌内植入后降解率测定结果：NanoBCP降解率为32％，BCP 的降解率为13％，HA的降解率为3％。应用SPSS软件行方差分析，两两 比较，在0．05水平，术后24周三种材料降解率有显著性差异
各种支架植入后降解率测定
BCP支架体内
Hale Waihona Puke 纳米BCP支架组织学观察发现NanoBCP在植入体内后，可见到材料与软组织交界处有巨噬 细胞存在，并可见多核巨细胞反应，而BCP较少。 降解率测定结果表明，HA基本上没有降解。NanoBCP在肌袋内能部分降解 NanoBCP的降解率明显大于HA和BCP。
(2)成骨性能
大体观察： 实验裸鼠均告成活，无感染及其他并发症发生，支架材料／ BMSCs复合物植入后4w，材料表面见纤维样组织，材料的孔隙结构隐约可见； 植入后8w，材料完全被骨样组织包绕，质地较硬，标本表面为白色外观。对照 组4w、8w标本均未见骨形成，材料表面均见纤维组织包裹。 组织学观察：
术后4周，荧光环包围NanoBCP
医用纳米双相磷酸钙陶瓷
目录
1
纳米双相磷酸钙简介
2
纳米双相磷酸钙制备 纳米双相磷酸钙生物性能 展望
3
4
1.纳米双相磷酸钙简介
由于肿瘤切除、创伤和先天缺陷造成的骨缺损需要大量的移植骨修复，临 床上自体和同种异体骨应用最多，都存在明显的供、受区并发症。 20世纪80年代末，由Langer和Vacanti提出的组织工程学的兴起，为骨组 织的缺损的修复开辟了一个新的途径。 目前用于骨组织工程的支架材料主要有两类，一类是有机高分子材料，另 一类为无机材料。 在高分子材料中，目前应用较多支架材料有胶原、纤维蛋白、聚乳酸、壳 多糖和藻酸盐等。它们存在力学性能较低，在体内降解时有酸性降解产物释 放以及可引起无菌性炎症反应等缺陷，从而影响细胞和组织的生长与繁殖。 无机材料中主要是生物陶瓷类，这些生物陶瓷材料作为组织工程支架材料的 效果是肯定的，但其脆性大，不易加工成形，且体内降解困难，影响新骨的 长入和后期的改建，故其应用受到一定限制。
（1）Ca/P为1.6时，不同烧结温度对晶粒尺寸的影响
β-TCP
HA
Fig． 1 XRD pattern of the products caclined at different temperature ( a) T = 600℃; ( b) T = 700℃; ( c) T = 800℃; ( d) T = 900℃
1.2 纳米双相磷酸钙
因此，将纳米羟基磷灰石与β-磷酸三钙以一定比例混合，通过特定的工 艺得到纳米双相磷酸钙陶瓷。 纳米双相磷酸钙陶瓷具有良好的生物相容性，可诱导骨再生，同时可自 行降解，吸收。 在力学性能方面，磷酸三钙的断裂强度会因为羟基磷灰石的 重结晶而增 强，特定的HA/TCP 比则会提高BCP 的抗弯强度和弹性模量。
纳米生物陶瓷粉体的制备包括: 固相反应法、化学沉淀法、水热合成法、 溶胶－ 凝胶法等。但是，制备纳米双相磷酸钙的工艺并没有大量报道。
1.2 溶胶-凝胶法制备纳米双相磷酸钙
1. 制备工艺 （1）将亚磷酸三甲酯((CH3O)3P，AＲ) 和硝酸((CaNO3)2·4H2O，AＲ)分 别溶解在无水乙醇(AＲ)中分别形成4 mol/L和2 mol/L的溶液。
（2）将适量去离子水在充分搅拌下加入180 ml 亚磷酸三甲酯溶液中，搅 拌30 min 后与硝酸钙溶液均匀混合;
（3）持续搅拌该混合溶液30 min 后，在室温下静置16 h，然后将混合液 在60℃的水浴中放置6 d，可得白色干凝胶。干凝胶在600 ～ 900℃下煅烧3 h。
2.不同工艺参数对纳米双相磷酸钙晶粒尺寸的影响
1.4 展望
（1）双相纳米磷酸钙的制备工艺； （2）纳米双相磷酸钙的降解速率与骨再生速率的匹 配。
当初始Ca/P比为1.60 时，产物HA/TCP质量比为75.6: 24.4，Ca /P 比为1.629，平均晶粒 尺寸约为40.1 nm;
当初始Ca /P比为1.55时，产物HA/TCP 质量比为63: 37，Ca /P 比为1.595，平均晶粒尺寸约为37.8 nm; 当初始Ca /P 比为1.5 时,产物HA/TCP 质量比为22: 78，Ca /P 比为1.537，平均晶粒尺寸约为41.5 nm。