1、纳米羟基磷灰石的制备及其在纳米羟基磷灰石的制备及其在医学领域的应用医学领域的应用漳漳 州州 师师 范范 学学 院院化学与环境科学系化学与环境科学系HA的简的简介介在物理在物理方向上方向上的单独的单独应用应用方法制方法制备备结论和结论和展望展望在医学在医学领域的领域的应用应用测试表测试表征征n羟基磷灰石（羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）是）是动物和人体骨骼的要无机矿物成分，具动物和人体骨骼的要无机矿物成分，具有良好的生物活性和生物相容性。当羟有良好的生物活性和生物相容性。当羟基磷灰石的尺寸达到纳米级时将现出一基磷灰石的尺寸达到纳米级时将现出一系列的独特性能，如具有较高的降解和系列
2、的独特性能，如具有较高的降解和可吸收性。研究表明：超细羟基磷灰石可吸收性。研究表明：超细羟基磷灰石颗粒对多种癌细胞的生长具有抑制作用，颗粒对多种癌细胞的生长具有抑制作用，而对正常细胞无影响。因此纳米羟基磷而对正常细胞无影响。因此纳米羟基磷灰石的制备方法及应用研究已成为生物灰石的制备方法及应用研究已成为生物医学领域中一个非常重要的课题，引起医学领域中一个非常重要的课题，引起国内外学者的广泛关注国内外学者的广泛关注41、HA简介简介1、羟基磷灰石简介、羟基磷灰石简介 羟基磷灰石的化学式为羟基磷灰石的化学式为 Ca10(PO4)6(OH)2，简称简称HA，属六方晶系，晶格参数为，属六方晶系，晶格参数
3、为 a=b=0.9421nm,c=0.6882nm。密度。密度3.16g/cm3，性脆，性脆，折射率是折射率是 1.641.65。微溶于纯水，呈弱碱。微溶于纯水，呈弱碱性性(pH=79)，易溶于酸而难溶于碱。，易溶于酸而难溶于碱。HA是强离子交换剂，分子中是强离子交换剂，分子中Ca2+易被易被Cd2+、Hg2+等有害金属离子和等有害金属离子和 Sr2+、Ba2+、Pd2+等等重金属置换，还可与含羧基重金属置换，还可与含羧基(COOH)的氨基的氨基酸、蛋白质、有机酸等交换反应。按照分子酸、蛋白质、有机酸等交换反应。按照分子式计算式计算HA的理论的理论 Ca/P值为值为 1.671。1、羟基磷灰石
4、简介、羟基磷灰石简介n羟基磷灰石晶体为六方晶系，属羟基磷灰石晶体为六方晶系，属L6PC对称型和对称型和P63/m空间群，其结构为六角柱体，与空间群，其结构为六角柱体，与C轴垂直的轴垂直的面是一个六边形，面是一个六边形，a、b轴夹角轴夹角120，晶胞参数，晶胞参数a0=0.943938 nm，c0=0.6880.686 nm，单位晶，单位晶胞含有胞含有10个个Ca2+、6个个PO43-和和2个个OH-。其中。其中OH-位于晶胞的位于晶胞的4个角上，个角上，10个个Ca2+分别占据分别占据2种位置，种位置，4个个Ca2+占据占据Ca位置，即位置，即z=0和和z=1/2位置各位置各2个，个，该位置处
5、于该位置处于6个个O组成的组成的Ca-O八面体的中心。八面体的中心。6个个Ca2+处于处于Ca位置，即位置，即z=1/4和和z=3/4位置各有位置各有3个，个，位置处于位置处于3个个O组成的三配位体中心组成的三配位体中心,1、羟基磷灰石简介、羟基磷灰石简介 6个个PO43-四配位体分别位于四配位体分别位于z=1/4和和z=3/4的平的平面上，这些面上，这些PO43-四面体的网络使得羟基磷灰四面体的网络使得羟基磷灰石结构具有较好的稳定性，如图石结构具有较好的稳定性，如图12。n纳米羟基磷灰石的制备方法纳米羟基磷灰石的制备方法 纳米羟基磷灰石的制备方法有许多种，通常纳米羟基磷灰石的制备方法有许多种
6、，通常可分为湿法和干法。湿法包括沉淀法、水热可分为湿法和干法。湿法包括沉淀法、水热法、溶胶法、溶胶-凝胶法、超声波合成法及微乳液凝胶法、超声波合成法及微乳液法等。干法为固态反应法等法等。干法为固态反应法等2。二、二、制备方法制备方法2.1 n-HA 制备 称取一定量的 Ca(OH)2加入到 500mL蒸馏水中，用搅拌器强烈搅拌使之混合均匀直至Ca(OH)2在蒸馏水中不团聚，而呈更细小颗粒分 布，形成 0.25 mol/L 石灰水悬浮液。设定反应体系 n(Ca)n(P)1.67 的情况下，用恒流泵将200 mLC(H3PO4)=0.3 mol/L的磷酸水溶液以1mL/min的速度滴入高速搅拌的
7、C Ca(OH)2=0.25mol/L的500mL氢氧化钙/水悬浊液中，整个反应体系恒温在5055。反应中控制加料速度以维持一定的 pH值，待全部滴加完毕后再恒温搅拌10h，然后将反应液的温度降至室温陈化 12h。将白色胶状沉淀过 滤后用去离子水洗涤3次完全除去残留的可溶性杂质(PO43-和Ca2+等)，过滤后在-50 的冷冻干燥机中冻干48 h，得到白色的 n-H A。反应方程式反应方程式:10Ca(OH)2+6H3PO4=Ca10(PO4)6(OH)2+18H2O X射线衍射射线衍射(XRD)测试条件为测试条件为:铜靶铜靶K射线射线(=0.154 nm)，管压，管压40 kV，管流，管流
8、200 mA，扫描，扫描速速5/min，测量范围为，测量范围为1060;傅立叶傅立叶变换红外光谱变换红外光谱:采用溴化钾压片法，分辨率采用溴化钾压片法，分辨率 4cm-1，扫描范围为，扫描范围为4004000cm-1;扫描电镜电扫描电镜电子显微镜子显微镜:将将n-HA 粉末喷金处理，在扫描电子粉末喷金处理，在扫描电子显微镜进行观察并拍照。显微镜进行观察并拍照。3.测试表征测试表征33.测试表征测试表征33430cm-1处的吸收峰是由氢键处的吸收峰是由氢键缔合的缔合的OH-伸缩振动峰，伸缩振动峰，566、604和和 1040cm-1处的强处的强吸收峰源于吸收峰源于PO43-基团振动引基团振动引起
9、的，而吸收峰的强度非常强。起的，而吸收峰的强度非常强。1630和和3640cm-1附近的吸收附近的吸收峰归属于峰归属于HA表面吸附的水引表面吸附的水引起的，这可能是由于纳米起的，这可能是由于纳米HA表面容易吸收空气中的水分。表面容易吸收空气中的水分。值得注意的是，值得注意的是，图图2(a)(b)中中 876cm-1处的吸处的吸收峰是收峰是 PO42-造成的，造成的，1430cm-1附近出现了附近出现了CO32-的吸收峰，的吸收峰，表明表明CO32-进入了进入了HA晶格，取晶格，取代了代了 HA晶格中的晶格中的PO43-基团，基团，图2 不同搅拌速率下合成的HA粉末的FT-IR谱图。3.1谱图分
10、析图3 不同搅拌速率下合成的 HA粉末的XRD谱图。由图由图3可知，不同搅拌速率合成的可知，不同搅拌速率合成的HA的衍射图谱在衍射峰的位置的衍射图谱在衍射峰的位置和数量上基本一致，与标准谱图和数量上基本一致，与标准谱图(CPDS 0920432)对照表明生成对照表明生成的产物均为的产物均为HA。不同搅拌速率下合成。不同搅拌速率下合成 HA 颗粒的平均结晶尺寸颗粒的平均结晶尺寸可用公式可用公式(1)计算计算，结果见表，结果见表 2。由表2可知，搅拌速率 1000r/min时，HA颗粒的结晶尺寸随搅拌速率的增大而减小，表明晶体在较高的搅拌速度下成核速率快，核生长速度慢，晶核的粒度小，结晶多。反之，
11、搅拌速率低，晶体的粒度变大。3.2 最佳工艺条件下最佳工艺条件下 n-HA的表怔的表怔 反应温度控制在反应温度控制在 5055，搅拌速率为，搅拌速率为2000 r/min时所得产品冷冻干燥后的时所得产品冷冻干燥后的 XRD和和SEM结果见图结果见图4、图、图 5。从图从图 4 可以看出各衍射峰已经基本没有可以看出各衍射峰已经基本没有重叠现象，衍射峰变得较为尖锐，峰形重叠现象，衍射峰变得较为尖锐，峰形较强，也没有其它杂质的衍射峰出现。较强，也没有其它杂质的衍射峰出现。这说明此时粉体的结晶程度已经很高，这说明此时粉体的结晶程度已经很高，晶型也很完善。晶型也很完善。图5 n-HA粒子的SEM图 由图
12、由图5可以看出采用冷冻干燥法避免了高温煅可以看出采用冷冻干燥法避免了高温煅烧，得到了分散性较好的烧，得到了分散性较好的 n-HA 粉末，直径为粉末，直径为2025 nm，长度，长度7580nm，其分散均匀，其分散均匀，没有严重的团聚现象。没有严重的团聚现象。纳米羟基磷灰石根据其物理性质主要在牙纳米羟基磷灰石根据其物理性质主要在牙膏上的应用。以纳米羟基磷灰石为基体掺膏上的应用。以纳米羟基磷灰石为基体掺入活性微量元素锶入活性微量元素锶(Sr)，其粒子尺寸小于，其粒子尺寸小于100nm，具有纳米粒子所特有的小尺寸效，具有纳米粒子所特有的小尺寸效应、表面或界面效应等。由于掺入了锶元应、表面或界面效应等
13、。由于掺入了锶元素，使纳米掺锶羟基磷灰石兼备纳米羟基素，使纳米掺锶羟基磷灰石兼备纳米羟基磷灰石和锶的双重活性，将其应用于牙膏磷灰石和锶的双重活性，将其应用于牙膏将比纳米羟基磷灰石具有更好的生物相容将比纳米羟基磷灰石具有更好的生物相容性和功效作用。性和功效作用。4.1 物理性质方面应用物理性质方面应用5 (1)吸附及抑菌作用。抑制牙菌斑，预防吸附及抑菌作用。抑制牙菌斑，预防 龋龋齿。齿。(2)双重脱敏作用，有效防止牙本质过敏。双重脱敏作用，有效防止牙本质过敏。(3)再矿化及美白作用，修复受损牙釉质，再矿化及美白作用，修复受损牙釉质，恢复牙齿自然光泽。恢复牙齿自然光泽。功效主要体现在：功效主要体现
14、在：HAP粒子有良好的组织相容性、无毒、无免粒子有良好的组织相容性、无毒、无免疫原，比表面积大，生物粘附性强且能结合疫原，比表面积大，生物粘附性强且能结合和传递大分子药物吸附药物量大，能为药物和传递大分子药物吸附药物量大，能为药物载体系统提高药物在生物膜中的透过性，有载体系统提高药物在生物膜中的透过性，有利于药物透皮吸收并发挥在细胞内的药效。利于药物透皮吸收并发挥在细胞内的药效。同时因为其与人或动物的骨骼、牙齿成分相同时因为其与人或动物的骨骼、牙齿成分相同，且不为胃肠液所解，在释放药物后可降同，且不为胃肠液所解，在释放药物后可降解吸收或全部随粪便排出，此外，纳米羟基解吸收或全部随粪便排出，此外
15、，纳米羟基磷灰石在生成过程中很方便引入放射性元素，磷灰石在生成过程中很方便引入放射性元素，可用于癌细胞的灭活。可用于癌细胞的灭活。5.1纳米羟基磷灰石作为药物载体纳米羟基磷灰石作为药物载体5、纳米羟基磷灰石、纳米羟基磷灰石的在医学领域的应的在医学领域的应用用4 纳米纳米 HAP可以作用于细胞膜，可增加细胞液中可以作用于细胞膜，可增加细胞液中Ca2+的浓度。当肿瘤细胞外存在的浓度。当肿瘤细胞外存在 HAP等纳米等纳米粒子钙池时，其超强钙摄入能力可导致过多粒子钙池时，其超强钙摄入能力可导致过多 Ca2+摄入，出现毒性，从而抑制其生长摄入，出现毒性，从而抑制其生长;还可还可诱导细胞周期阻滞和凋亡，诱
16、导细胞周期阻滞和凋亡，HAP使使Bel-7402人人肝癌细胞增殖阻滞肝癌细胞增殖阻滞G1期，阻断细胞周期的进期，阻断细胞周期的进展，导致肿瘤细胞胀亡；对端粒酶活性也有影展，导致肿瘤细胞胀亡；对端粒酶活性也有影响，纳米响，纳米HAP有抑制肿瘤细胞的端粒酶基因的有抑制肿瘤细胞的端粒酶基因的表达，下调端粒酶活性的作用。表达，下调端粒酶活性的作用。5.2纳米纳米 HAP的抗肿瘤机制的抗肿瘤机制 HAP高分子复合材料通过对天高分子复合材料通过对天然硬组织的模仿，成功地解决了然硬组织的模仿，成功地解决了常规常规 HAP生物陶瓷抗弯强度低、生物陶瓷抗弯强度低、脆性大、在生理环境下抗疲劳性脆性大、在生理环境下
17、抗疲劳性不好等临床应用中遇到的问题，不好等临床应用中遇到的问题，因此在硬组织修复领域有着广阔因此在硬组织修复领域有着广阔的应用前景。的应用前景。5.3作为硬组织修复材料纳米作为硬组织修复材料纳米 纳米羟基磷灰石与天然高分子复合生物纳米羟基磷灰石与天然高分子复合生物材料，包括纳米羟基磷灰石与胶原、骨材料，包括纳米羟基磷灰石与胶原、骨形态发生蛋白、多糖类材料进行的复合，形态发生蛋白、多糖类材料进行的复合，因各天然高分子材料的特性不同，复合因各天然高分子材料的特性不同，复合而成的生物材料也具有各自的特点。而成的生物材料也具有各自的特点。5.4纳米羟基磷灰石与天然高分子材料的生物复合纳米羟基磷灰石与天
18、然高分子材料的生物复合 纳米羟基磷灰石还可与多种人工高分子生物纳米羟基磷灰石还可与多种人工高分子生物材料进行复合。研究较多的人工高分子生材料进行复合。研究较多的人工高分子生物材料有物材料有:聚酰胺、聚酯、聚乙烯、丙烯酸聚酰胺、聚酯、聚乙烯、丙烯酸酯类、聚乙烯醇、酯类、聚乙烯醇、硅橡胶等。结合非天然硅橡胶等。结合非天然人工高分子生物材料的特点，使之与纳米人工高分子生物材料的特点，使之与纳米羟基磷灰石的复合物具有更优良的性能与羟基磷灰石的复合物具有更优良的性能与广泛的应用。广泛的应用。5.5纳米羟基磷灰石与人工高分子材料的生物复合纳米羟基磷灰石与人工高分子材料的生物复合 纳米羟基磷灰石作为一种新型
19、的生物医纳米羟基磷灰石作为一种新型的生物医用材料，对其制备方法的研究已取得较快的用材料，对其制备方法的研究已取得较快的发展，但各种制备方法的工业化大生产还面发展，但各种制备方法的工业化大生产还面临着许多困难，首要解决的问题是如何在低临着许多困难，首要解决的问题是如何在低成本下制备大批高质量的纳米粉体。到目前成本下制备大批高质量的纳米粉体。到目前为止，要想获得为止，要想获得“理想粉体理想粉体”（即同时满足（即同时满足组分均匀、颗粒细、粒径分布窄、无团聚、组分均匀、颗粒细、粒径分布窄、无团聚、比表面积大等苛刻条件）依然十分困难；更比表面积大等苛刻条件）依然十分困难；更重要的是，虽然制备其中某种特性
20、或几种特重要的是，虽然制备其中某种特性或几种特性比较突出的高质量的纳米粉体并不太难，性比较突出的高质量的纳米粉体并不太难，但其成本往往比较高。但其成本往往比较高。6.展望 和结论2展望和结论展望和结论 因此，工业化低成本制备设备的研发将是因此，工业化低成本制备设备的研发将是下一阶段的研究重点。在此基础上，进一下一阶段的研究重点。在此基础上，进一步研究制备过程中纳米粉体的形成、生长步研究制备过程中纳米粉体的形成、生长机制及各种条件的影响。此外，为了解决机制及各种条件的影响。此外，为了解决该材料脆性大、强度低、力学性能差的问该材料脆性大、强度低、力学性能差的问题，可通过以下两个途径：制备力学性题，
21、可通过以下两个途径：制备力学性能更佳的致密羟基磷灰石陶瓷及纳米羟基能更佳的致密羟基磷灰石陶瓷及纳米羟基磷灰石复合材料。将纳米羟基磷灰石作磷灰石复合材料。将纳米羟基磷灰石作为涂层材料使用，制备纳米羟基磷灰石涂为涂层材料使用，制备纳米羟基磷灰石涂层生物复合材料，例如羟基磷灰石涂层钛层生物复合材料，例如羟基磷灰石涂层钛合金材料及羟基磷灰石涂层碳合金材料及羟基磷灰石涂层碳/碳复合材料碳复合材料等。等。展望和结论展望和结论1、高辉、张光磊、任书霞、高辉、张光磊、任书霞HA生物陶瓷的研究现状及其在医学工生物陶瓷的研究现状及其在医学工程中的应用程中的应用 北京生物医学工程北京生物医学工程2007年年12月月
22、 第第26卷卷 第第6期期 2、李颖华、曹丽云、黄剑锋、曾燮榕生物、李颖华、曹丽云、黄剑锋、曾燮榕生物 生物医用纳米羟基生物医用纳米羟基 磷灰石的性质及其制备磷灰石的性质及其制备 中国组织工程研究与临床康复中国组织工程研究与临床康复20081007 第第12 卷卷 第第41 期期 3、王宇明、刘志辉、程凤梅、李海东、王宇明、刘志辉、程凤梅、李海东 纳米羟基磷灰石的制备及纳米羟基磷灰石的制备及表征表征 化工科技化工科技，2010，18(6):13164、田家明、张、田家明、张 波、李波、李 苏、闫清丽苏、闫清丽纳米羟基磷灰石在生物医学领纳米羟基磷灰石在生物医学领域中的应用研究域中的应用研究 辽宁化工辽宁化工 2009年年11月月38卷卷 第第11期期5、林英光、李、林英光、李 伟、李毅苹、程伟、李毅苹、程 江、杨卓如江、杨卓如 纳米掺锶羟基磷灰纳米掺锶羟基磷灰石及其在牙膏中的应用研究石及其在牙膏中的应用研究牙膏工业牙膏工业 2005年第年第4期期参考文献参考文献
