【原创】羟基磷灰石应用——不只是骨修复材料

中国粉体网讯  在自然界中，存在许多性能优异的生物矿物，这些生物矿物大多数组成简单，但具有高度的结构组织性，以及良好的强度，硬度。其中作为人体硬组织的主要无机成分的羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)，以其优良的生物相容性，生物活性，生物传导性等受到生物医学领域的广泛关注。

羟基磷灰石

HA的晶系为六方晶系，属于P63/m空间群，晶胞参数a=b=0.943nm，c=0.688nm。化学组成为Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，单晶胞中含有10个Ca²⁺，根据其位置可分为Ca（Ⅰ）和Ca（Ⅱ），其中4个Ca（Ⅰ）位于6个PO4^3-的两个氧原子之间，剩余6个Ca（Ⅱ）则与PO4^3-中的其余6个氧原子相连，OH-则位于Ca²⁺和PO4^3-形成的平面的四周。

羟基磷灰石的晶体结构

HA的Ca/P理论比值为1.67，但受实际制备过程影响，真正组成十分复杂。HA能够微溶于水，显弱碱性，在酸中溶解度较高，但难溶于碱。具有较强的离子交换能力，其中钙离子经常被Cd²⁺、Hg²⁺以及Sr²⁺、Ba²⁺等离子交换；OH^-可以被F^-、Cl^-等卤素离子快速交换。同时含有羟基的氨基酸、有机酸以及蛋白质等也容易与HA发生反应。

羟基磷灰石的性质及应用

羟基磷灰石由于本身良好的生物降解性、生物相容性、生物活性并且安全无毒；同时具有高强度、骨传导、耐高温、铁电和催化活性等诸多优异的性能，发展前景极其光明。羟基磷灰石的性能还在不断地探索和开发，这有利于进一步研发出结构和性能优异的羟基磷灰石材料，拓展其应用范围。

（1）药物递送载体和肿瘤治疗

羟基磷灰石对部分药物有较高的加载能力，且本身具有良好的生物相容性和生物降解性，因此具有作为药物载体的潜力。尤其改性羟基磷灰石作为药物载体剂，可以应用于骨相关疾病、抗生素载体、抗炎、致癌药、医学影像、蛋白质递送剂等不同疾病中。基于羟基磷灰石和羟基磷灰石复合纳米结构的药物递送系统的开创性进展，预示着其未来良好的发展。

（2）硬组织修复材料

羟基磷灰石和骨骼中的无机成分高度接近，有着优异的生物降解性、骨传导性、生物相容性以及骨诱导性，因此是最受欢迎的骨替代材料之一。Yu等人以负载硅酸镁的羟基磷灰石超长纳米线作为制备骨缺损修复支架羟基磷灰石纳米线@硅酸镁纳米片（HApNW@MS）核壳多孔分级纳米复合材料（纳米刷）的原料，该支架不仅能促进大鼠骨髓源性间充质干细胞的附着和生长，而且能够诱导rBMSCs血管内皮生长因子基因、成骨分化相关基因的表达。另外，该支架可以显著促进体内骨再生。

羟基磷灰石中的Ca²⁺、PO4^3-和OH^-可以被其它原子取代而不改变晶体结构，掺杂各种离子的改性纳米结构羟基磷灰石在骨科应用有关的生物相容性都有所提高。纯羟基磷灰石支架脆性大，对血管化和骨诱导作用不足，研究表明改性羟基磷灰石在促进骨再生修复方向极具应用潜力以及发展前景。

（3）穿皮器件及软组织修复

羟基磷灰石凭借其良好的生物相容性、高度的溶解性，植入体内后能与组织在界面上形成化学键性结合，不仅安全、无毒，还能传导骨生长，是典型生物活性陶瓷材料。当羟基磷灰石用作穿皮种植时，能够与上皮组织进行密和，防止细菌感染和炎症。将羟基磷灰石植入肌肉或韧带等软组织中，微毛细管和无炎性细胞不复存在。

（4）生物诊断和生物检测

在生物诊断和生物检测中，细胞和活体的荧光成像具有重要的作用。羟基磷灰石的纳米颗粒组成相对简单，在具体合成中能够吸入有机荧光分子和部分发光基因，同时，羟基磷灰石也是常用的生物成像试剂之一，可以用于生物诊断和生物检测中。

（5）催化剂

改性羟基磷灰石是一种可以根据不同制备方式而具有不同性质满足在不同领域，特别是多相催化领域的控制孔隙度或分层结构的设计需求的材料，而被广泛运用，从而引起了人们的极大兴趣。羟基磷灰石结构的特殊性在于它能够接受大量的阴离子和阳离子取代基，并且能够形成固溶体，从而使改性羟基磷灰石适用于不同的应用。

（6）隔热阻燃材料

羟基磷灰石的熔点高达1650℃，且热导率较低，因此在隔热阻燃等领域的应用潜力十分突出。近年来，Lu等人研发了一种由羟基磷灰石超长纳米线制成的高柔性、不可燃的羟基磷灰石纸。该纸可用于印刷和书写，有望永久、安全的存储档案和重要文件等信息。

（7）生物涂层材料

羟基磷灰石与天然骨组织的生物相容性极佳，因此被认为是高分子和金属生物材料中最理想的涂层材料。由于羟基磷灰石涂层的生物相容性和骨结合性性能都得到了增强，因此被广泛应用于直接植入骨骼上的生物医学设备。尽管目前已经研发羟基磷灰石涂层工艺技术，但其应用发展仍被耗费时的羟基磷灰石合成以及额外多余的涂层工艺所束缚。

（8）光学应用

证件、文件和钞票等一系列的造假是全世界都关注的问题。Yang等人研发了一种具有防水保温、耐火、发光等优良性能，并且具有防伪应用的新型超长羟基磷灰石纳米线基纸。用其制作的产品往往具有独特的性能，如高柔韧性、良好的可加工性、书写印刷能力、可调谐发射色、防水性、耐火性等。此外，一些在正常环境光下看不到，但在紫外光照射下能够发光的设计良好的图形能够镶嵌到纸张中。

（9）水处理

羟基磷灰石具有吸附和离子交换能力，它可以用于污水中染料分子和重金属/有害离子的吸附。Zhang等人以超长羟基磷灰石纳米线和具有优良过滤和吸附性能的纤维素纤维为基础，开发了一种新型的环境友好型滤纸，用于高性能净水。

（10）高温质子导体

六方相羟基磷灰石具有质子导电性，在高温下，其羟基质子能够沿着c轴移动。Liu等人通过电化学沉积羟基磷灰石晶种，在晶种层上进行二次水热晶化，以促进c轴与基片正常生长，在晶种层上进行三次水热晶化，以促进a轴生长，以填补定向晶之间的空隙。由于质子主要沿着羟基磷灰石晶体的c轴方向输运，因此与跨膜厚度的晶畴的c轴取向显著增强了质子的传导。

（11）其它电性能相关材料

天然形态的羟基磷灰石纳米晶是骨的主要成分——一种已知的压电材料。合成羟基磷灰石由于与天然骨结合牢固，被广泛应用于植骨和假肢热释电涂层中。纳米晶合成羟基磷灰石薄膜最近被发现具有很强的压电性和热释电性。羟基磷灰石上的电荷影响细胞活性，这一现象可转化为临床相关的多孔支架结构，证明了对临床使用的生物材料如羟基磷灰石的改进对患者有潜在的益处。

小结：

羟基磷灰石作为人体硬组织的主要无机成分，理论上是最适合人体骨组织修复替代材料，因此一直受到骨替代材料研究专家的关注。目前国内外关于羟基磷灰石的研究探索，集中在磁共振、治疗药物的控制释放、细胞分离、生物成像和热疗等领域的潜在作用，以及它在生物医学领域的重要性，特别是在新兴领域，如植入物，药物释放，复合材料，涂层和陶瓷材料等领域。

参考来源：

1、胡元笛.羟基磷灰石成骨-抗菌载药体系的构建及性能研究

2、杨志杰.羟基磷灰石纳米药物靶向递送系统的制备与体外活性评价

3、刘长旻.多孔材料羟基磷灰石对维生素C的稳定作用研究

4、何磊.无机微量元素改性磷灰石的制备及其生物学评价

5、吴昭辉，翁继武.羟基磷灰石陶瓷的电学性能研究

6、张文毓.生物陶瓷材料的研究与应用

（中国粉体网编辑整理/青黎）

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