納米羥基磷灰石的制備及在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用研究進(jìn)展

李賓杰,姚素梅,李淑蓮,馬遠(yuǎn)方＊

(1.河南大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫研究所; 2.河南大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究所;3.河南大學(xué)特種功能材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南開(kāi)封475004)

納米羥基磷灰石的制備及在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用研究進(jìn)展

李賓杰1,2,3,姚素梅2,李淑蓮1,馬遠(yuǎn)方1＊

(1.河南大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫研究所; 2.河南大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究所;3.河南大學(xué)特種功能材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南開(kāi)封475004)

綜述了近年來(lái)有關(guān)納米羥基磷灰石制備方法及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展;著重介紹了溶膠-凝膠法、化學(xué)沉淀法、水熱法、前軀體水解法、模板法、超聲波法、機(jī)械化學(xué)法等制備方法,并簡(jiǎn)要總結(jié)了納米羥基磷灰石在腫瘤治療、藥物載體以及齒科材料和人工骨等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展.

納米羥基磷灰石;制備;應(yīng)用;研究進(jìn)展

羥基磷灰石(HA)是人體和動(dòng)物骨骼、牙齒的主要無(wú)機(jī)成分,分子式為Ca10(PO4)6(OH)2,骨質(zhì)中的羥基磷灰石是一種長(zhǎng)度為200～400 nm,直徑為15～30 nm的針狀納米顆粒,其周?chē)?guī)則地排列著骨膠原纖維.人工合成納米羥基磷灰石(nHA)作為生物陶瓷具有很多優(yōu)異的性能,如:生物相容性、生物活性、生物降解性、骨傳導(dǎo)性、非免疫原性,等等,這些性質(zhì)使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景.因此,近年來(lái)探索nHA不同的制備方法成為科學(xué)家們研究的熱點(diǎn),但主要是濕化學(xué)法,即在液相體系中進(jìn)行.

1 nHA的制備方法

1.1 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是將金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶膠,然后使溶質(zhì)聚合凝膠化,再將凝膠干燥、焙燒去除有機(jī)成分,最后得到無(wú)機(jī)材料.其優(yōu)點(diǎn)是在低黏度的液體狀態(tài)下混合原料,實(shí)現(xiàn)原子或分子級(jí)的均質(zhì)化.它能?chē)?yán)格控制化學(xué)計(jì)量比、工藝簡(jiǎn)單、燒結(jié)溫度低、產(chǎn)物粒徑小且分布均勻.

Kuriakose等[1]在85℃時(shí)將p H 10.5的0.5 mol/L Ca(NO3)2·4H2O乙醇溶液以5 mL/min的滴加速度加入到5 mol/L(NH4)2HPO4水溶液中,同時(shí)在溶膠-凝膠里面加入Ca(OH)2溶液,保持體系p H值為10,快速攪拌反應(yīng)4 h后,將產(chǎn)品放入到40℃烘箱中過(guò)夜,得到的凝膠依次在400℃、750℃、1 200℃燒結(jié)2 h后得到半徑為1.3 nm的納米晶.邢瑞敏等[2]以CaCl2和P2O5為原材料,按Ca/P=1.67(摩爾比)分別配置CaCl2和P2O5的乙醇溶液,然后把P2O5醇溶液緩緩滴加到CaCl2的醇溶液中并攪拌30 min,得到無(wú)色透明的溶膠,把所制AAO模板浸入該溶膠中60 min后取出,真空干燥24 h,將之放于馬弗爐中緩慢升溫至600℃,恒溫5 h,自然冷卻至室溫,制備的羥基磷灰石納米線直徑約為50 nm、長(zhǎng)度達(dá)20μm.

黃龍全[3]等將0.25 mol CaO研磨成細(xì)小粉末過(guò)300目篩,加入到450 mL蒸餾水中,充分?jǐn)嚢?將0.15 mol的 H3PO4用50 mL蒸餾水稀釋后用滴定管慢慢滴加到溶有CaO的燒杯中,邊滴加邊用磁力攪拌器攪拌,直到燒杯底部的CaO全部溶解,形成白色的 HA溶膠.抽吸過(guò)濾后分別用蒸餾水、無(wú)水乙醇對(duì)所得膠體洗滌3次,然后在溫度≤90℃下烘干得到粉體,最后在890℃溫度下煅燒2.5 h得到羥基磷灰石粉體,顆粒直徑為30 nm.

1.2 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是把沉淀劑加入到鹽溶液中,發(fā)生沉淀反應(yīng)后,將沉淀洗滌干燥后,或經(jīng)熱處理得到納米材料.其特點(diǎn)簡(jiǎn)單易行,但純度低,顆粒半徑大,適合制備氧化物.

張維麗等[4]根據(jù) HAP中Ca/P摩爾比應(yīng)接近1.67,用轉(zhuǎn)速為300 r/min磁力攪拌充分?jǐn)嚢枰欢w積的0.25 mol/L Ca(NO3)2·4H2O溶液,并緩慢滴加20%的氨水溶液,調(diào)節(jié)Ca(NO3)2·4H2O溶液的p H值;當(dāng)p H值達(dá)到10～11時(shí),開(kāi)始滴加0.15 mol/L(N H4)2HPO4溶液,得到白色沉淀,在反應(yīng)過(guò)程中不斷滴加氨水溶液,保持溶液的p H值不變,滴加完畢后,連續(xù)攪拌2 h.反應(yīng)完畢后,在常溫常壓下陳化處理5 h以上,將陳化后的沉淀加入去離子水中,稀釋并反復(fù)洗滌、離心,至反應(yīng)產(chǎn)物接近中性為止.將離心得到的樣品放在40℃的干燥箱中干燥后,放入馬弗爐中600℃熱處理1 h,或?qū)⑾礈熘林行缘某恋碇苯永鋬龈稍?得到棒狀或針狀的納米顆粒.

為得到高比表面積的納米顆粒,日本宮崎大學(xué) Kijima[5]研究組將Ca(NO3)2,KH2PO4,C12(EO)9,Tween 60,HNO3和 H2O按1.67∶1∶1∶1∶8∶60的摩爾比配制成均相混合物,然后加入適量的氨水,混合均勻,靜置48 h后得到條狀的nHA,在此過(guò)程中,Tween 60發(fā)生水解,產(chǎn)生硬脂酸根與納米顆粒表面上的Ca2+作用產(chǎn)生的硬脂酸鈣阻止了顆粒團(tuán)聚,并且C12(EO)9進(jìn)一步地夾在硬脂酸鈣和nHA之間,阻止顆粒團(tuán)聚長(zhǎng)大.產(chǎn)生顆粒在500℃燒結(jié)5 h,得到顆粒直徑為4～20 nm,比表面積高達(dá)364 m2·g-1的納米材料.Kim等[6]將500 mL 1.0 mol/L Ca(OH)2懸浮液和500 mL 0.6 mol/L H3PO4溶液,在25℃時(shí)直接混合反應(yīng)得到nHA顆粒,在此過(guò)程中首先生成中間體CaHPO4·2H2O,之后中間體再慢慢轉(zhuǎn)換為nHA,完全轉(zhuǎn)換需要5 d.本方法的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)在體系中引入其他離子.

1.3 水熱法

水熱法是在特制的密閉反應(yīng)容器里,采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì),在高溫高壓環(huán)境中,使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解后再重結(jié)晶的一種方法.它可直接得到結(jié)晶良好的粉體,無(wú)需做高溫灼燒處理,避免了粉體的硬團(tuán)聚和結(jié)構(gòu)缺陷.

Wang等[7]將0.024 mol的 K2HPO4·3H2O和 0.024 mol的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入到100 mL去離子水中,加熱到50℃溶解,加入1 mol/L的 KOH來(lái)調(diào)整體系p H值為12,攪拌2 h,同時(shí),把60 mL 0.04 mol CaCl2的溶液慢慢加入到上述體系,攪拌后將懸浮液加到高壓反應(yīng)釜中分別在120℃和150℃溫度下反應(yīng)12～24 h,得到長(zhǎng)徑比不同的納米棒.Zhang等[8]將2 mmol Ca(NO3)2·4H2O,0.2 g CTAB,用適量去離子水溶解,并用一定量的 HNO3(或氨水)調(diào)整體系p H值為4.0～9.0得到20 mL溶液1,另外又在15 mL去離子水中加入2 mmol檸檬酸鈉和1.2 mmol(NH4)2HPO4得到溶液2,劇烈攪拌30 min溶液1后,將溶液2加入進(jìn)一步攪拌20 min,將得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到不銹鋼高壓釜中在180℃溫度下反應(yīng)24 h.結(jié)果顯示在不同p H值條件下可以得到不同長(zhǎng)徑比的納米棒或由納米棒自組裝成的微米顆粒.梁瓊[9]將0.281 0 g Ca(NO3)2和0.092 4 g(NH4)2HPO4混合于70 mL p H值為7.5(用氨水調(diào)節(jié))的去離子水中;同時(shí)將等量的Ca(NO3)2和(NH4)2HPO4混合于70 mL p H值為10.5的去離子水中,分別攪拌10 min后離心分離.將p H值為7.5條件下所得沉淀物分散于p H值為10.5的水溶液中,再將重新混合后的懸浮液倒入100 mL高壓反應(yīng)釜中,于180℃條件下水熱處理10 h.冷卻至室溫,離心分離,用去離子水將沉淀洗滌3次后于80℃條件下干燥10 h,制得的 HA納米棒的平均長(zhǎng)徑比最長(zhǎng)(約為28).

1.4 前驅(qū)體水解法

前驅(qū)體水解法首先通過(guò)制備固體前驅(qū)體,然后控制不同的水解條件制備納米顆粒,由于通過(guò)固相表面溶解的離子發(fā)生水解反應(yīng),反應(yīng)條件可控性能好,所以日本人 Ito[10]將50 L 1.1 mol/L NH4H2PO4溶液與同樣體積的2.7 mol/L Ca(NO3)2溶液混合后劇烈攪拌30 min得到白色的CaHPO4·H2O沉淀,過(guò)濾,在60℃和250℃烘干24 h得到 CaHPO4.在70℃時(shí)將0.4 g CaHPO4加入到40 L水中,用NH3·H2O或NaOH調(diào)整p H值在9.0～13.0,并調(diào)節(jié)水解體系的離子強(qiáng)度可以得到納米針、納米纖維、納米片,實(shí)現(xiàn)了不同形貌的羥基磷灰石選擇性制備.

1.5 模板法

模板法是指在模板所限的微小空間內(nèi)進(jìn)行材料制備,如以反相微乳液膠束內(nèi)的“水池”為微反應(yīng)器以及通過(guò)表面活性劑的相關(guān)基團(tuán)對(duì)納米晶不同晶面的吸附作用而制備各種納米微粒材料.因反應(yīng)物質(zhì)能夠以需要的適當(dāng)濃度均勻分散于乳液液滴內(nèi)并得到相應(yīng)的離子基團(tuán)保護(hù),所以可以避免溶液中因局部濃度過(guò)高而引起的團(tuán)聚問(wèn)題,從而使反應(yīng)均勻進(jìn)行并可制備單分散性很好的微粒材料.

美國(guó)華盛頓大學(xué)Bose研究組[11]將一定量的Ca(NO3)2和H3PO4溶解到水中制成的水溶液作為水相,將壬基酚聚氧乙烯5醚和10醚為表面活性劑,加入到環(huán)己烷中溶解作為油相,按照一定的體積比把水相加入到油相中攪拌制成反相透明微膠束,用氨水來(lái)調(diào)節(jié)體系p H值為7,在室溫下反應(yīng)12 h,在不同溫度下老化不同時(shí)間,得到前驅(qū)體干燥后在不同的溫度下灼燒得到納米顆粒,通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)微乳液組成,p H值,老化時(shí)間、溫度,以及金屬離子的濃度都對(duì)納米顆粒的表面積和形貌有著很大的影響.

Wei等[12]分別將Ca(NO3)2·4H2O(1.67 mol)和 (NH4)2HPO4(1 mol)加入到十二胺(0.2 mol),乙醇(10 mol),庚烷 (2 mol)和水 (600 mol)的混合溶液中攪拌.兩種乳液在室溫20℃時(shí)迅速混合反應(yīng),將得到沉淀過(guò)濾,洗滌數(shù)次,在反應(yīng)體系p H=9時(shí),得到納米帶寬度為1.37 nm,在p H=7時(shí),納米球直徑為55～60 nm.周琰春等[13]將60 mL 3 mmol·L-1的Na2HPO4和3 mL 0.09 mol·L-1的CTAB 溶于200 mL三次蒸餾水中,用1 mol·L-1NH3·H2O調(diào)節(jié)溶液p H值為9～10,在20℃下磁力攪拌30 min,然后滴加5 mmol·L-1的CaCl2溶液60 mL,得到乳白色溶膠,反應(yīng)過(guò)程中隨時(shí)用N H3·H2O調(diào)節(jié)溶液維持p H值在9～10之間,反應(yīng)繼續(xù)陳化24 h,此過(guò)程一直伴隨攪拌.反應(yīng)完成后,用0.22μm的微孔濾膜過(guò)濾,將過(guò)濾得到的沉淀用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)沖洗至其中無(wú)CTAB為止.將清洗干凈的沉淀放置在45℃的真空烘箱中烘干,得到nHA是形貌均勻、成分單一、直徑約20 nm的球形顆粒.

1.6 超聲波法

傳統(tǒng)的濕法制備超細(xì)粉末普遍存在的問(wèn)題是易形成團(tuán)聚結(jié)構(gòu),從而破壞了粉體的超細(xì)均勻特性.超聲的空化和微射流產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫,高壓和極快的傳質(zhì)速率不僅促進(jìn)晶核的形成,同時(shí)起到控制晶核同步生長(zhǎng)的作用,為制備超細(xì)、均一納米粉末提供了良好的條件.斯洛文尼亞科研人員[14]用超聲波產(chǎn)生的瞬間空化作用,使一定量的Ca(NO3)2,NH4H2PO4和尿素在水中發(fā)生均勻沉淀反應(yīng),用尿素分解調(diào)整體系p H值,制備了晶化的片狀nHA.

1.7 機(jī)械化學(xué)法

機(jī)械化學(xué)法靠壓碎、擊碎等機(jī)械作用,將反應(yīng)物充分地混合并使之進(jìn)一步地發(fā)生化學(xué)反應(yīng),工藝簡(jiǎn)單,成本低廉.Yeong等[15]使用CaHPO4和CaO物質(zhì)的量比為3∶2,在傳統(tǒng)的球磨機(jī)上以乙醇為介質(zhì),氧化鋯球?yàn)榍蚰ブ槌浞只旌衔锪?然后再放到一定尺寸的氧化鋁容器中用不銹鋼球?yàn)榍蚰ブ檫M(jìn)一步研磨,研磨20 h以上得到高度結(jié)晶的類球狀羥基磷灰石納米晶,尺寸為25 nm,比表面積為76.06 m2/g.

2 nHA在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上的應(yīng)用

2.1 癌癥治療

nHA安全無(wú)毒,可降解吸收或全部隨糞便排出,因此其本身就可以作為藥物.研究發(fā)現(xiàn)由于nHA表面存在大量的懸空鍵,提供較多的Ca2+離子,可以通過(guò)細(xì)胞膜使癌細(xì)胞過(guò)度攝入,產(chǎn)生細(xì)胞毒性,抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng);另外,nHA可導(dǎo)致DNA損傷,形成DNA鏈缺口,影響遺傳物質(zhì)DNA的合成;誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和凋亡;抑制腫瘤細(xì)胞的端粒酶基因的表達(dá),下調(diào)端粒酶活性的作用,從而限制許多惡性腫瘤的無(wú)限制生長(zhǎng),所以nHA目前已應(yīng)用于抗腫瘤藥物研究.Li等人[16]用熒光免疫檢驗(yàn)法和MTT法研究發(fā)現(xiàn):棒狀和橢球狀nHA納米顆粒會(huì)使黑色素腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞核收縮,破裂,細(xì)胞增殖受到抑制.

Liu等人[17]把人肝癌BEL-7402細(xì)胞與不同濃度的nHA放在一起培養(yǎng),通過(guò)MTT法、熒光顯微鏡、流式細(xì)胞儀表征研究,發(fā)現(xiàn)nHA可以阻止肝癌細(xì)胞的增殖,引起癌細(xì)胞的凋亡,并且nHA的濃度和凋亡率呈現(xiàn)明顯的正比關(guān)系.Cheng等人[18]從分子機(jī)制角度研究發(fā)現(xiàn),nHA可以通過(guò)線粒體依賴和天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶依賴途徑誘導(dǎo)人體胃癌SGC-79 01細(xì)胞的凋亡來(lái)阻止細(xì)胞增殖.

Bauer[19]等發(fā)現(xiàn)肝癌細(xì)胞對(duì)nHA的吸收是通過(guò)網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用完成,nHA對(duì)肝癌細(xì)胞作用是由于nHA團(tuán)聚體阻塞了細(xì)胞內(nèi)涵體或在nHA作用下溶菌酶發(fā)生降解產(chǎn)生毒性作用.付莉等人[20]研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度約為60～80 nm、直徑約為10～20 nm的nHA粒子,可以明顯地抑制卵巢癌細(xì)胞株SKOV3的生長(zhǎng),其作用機(jī)制可能是在細(xì)胞周期的S期誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡.

2.2 藥物載體

nHA對(duì)一些物質(zhì)具有很強(qiáng)的吸附和承載能力.作為載體可以與蛋白質(zhì)藥物、核酸以及化療藥物結(jié)合進(jìn)行靶向治療,將大大增加局部藥物濃度及作用時(shí)間,化療藥還可減少對(duì)全身器官的損害.

Tomoda等[21]研究發(fā)現(xiàn),nHA晶體中a晶面越大,則表面上游離的Ca2+就越多,從而吸附較多的帶有負(fù)電荷的蛋白如牛血清白蛋白,而帶有正電荷的鹽酸溶菌酶在nHA顆粒表面也有一定的吸附.Kandori等人[22]認(rèn)為表面電荷近中性的肌血球素 (MGB)與納米羥基磷灰石則通過(guò)分子間的范德華力結(jié)合.Ijntema K等[23]采用共沉淀法將蛋白類藥物牛血清白蛋白(BSA)包裹于nHA晶粒中獲得了具有緩釋功能的藥物釋放體系,藥物的釋放速率由 HA的溶解過(guò)程控制.Sokolova等[24]研究發(fā)現(xiàn),由于DNA中的磷酸根可以和鈣離子產(chǎn)生較好的作用力,可以作為第二代基因載體,用于基因治療,克服了病毒載體的不穩(wěn)定性,細(xì)胞毒性以及較低的轉(zhuǎn)染效率.Itokazu[25]報(bào)道ADM-HA作用骨肉瘤細(xì)胞效果較好,且 HA具有緩釋作用,可以持續(xù)作用腫瘤細(xì)胞.劉靜霆等[26]研究發(fā)現(xiàn)nHA負(fù)載阿霉素后,可明顯促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡,降低阿霉素的骨髓抑制及心肌毒副作用.Ferraz[27]等用海藻酸鈉/nHA復(fù)合微球可以擔(dān)載青霉素、青霉素-克拉維酸、紅霉素等不同類型的抗生素,它們不但具有抑菌性,而且還具有很好的緩釋效果以及表現(xiàn)出好的造骨細(xì)胞增殖效果,可以作為新一代的注射骨材料和藥物載體.

Zhang等人[28]進(jìn)一步對(duì)海藻酸鈉/nHA復(fù)合微球擔(dān)載藥物雙氯芬酸和緩釋效果進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)nHA是微球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的交聯(lián)劑,可以限制海藻酸鈉聚合物鏈的移動(dòng),并且它還改變了海藻酸鈉微球表面結(jié)構(gòu),限制了球體的收縮率,增加了擔(dān)載藥物量,增加了釋放時(shí)間,與海藻酸鈉微球緩釋時(shí)間相比增加了8 h.Talal等[29]研究發(fā)現(xiàn) HA-聚乳酸-聚乳酸纖維與聚乳酸-聚乳酸纖維相比表現(xiàn)出較好的蛋白吸附行為,吸附到的蛋白可持續(xù)釋放96 h,因此可以應(yīng)用于生物蛋白藥物的輸運(yùn)系統(tǒng).Yang等[30]將布洛芬藥物擔(dān)載在含熒光物質(zhì)銪離子的nHA上面,可以通過(guò)熒光性能的改變來(lái)判斷藥物釋放的情況,因此是一種理想的藥物載體材料.

2.3 齒科材料

由于人工合成的nHA抗菌性能較差,而結(jié)晶性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高,從而不易生物降解,不利于骨缺損部位的骨生長(zhǎng).并且nHA的物理、化學(xué)及生物性能取決于其晶型結(jié)構(gòu)和組成,所以在nHA中摻入一些金屬元素是提高其性能的有效方法.

林英光等人[31]將鋅摻入nHA中可形成置換式固溶體,nHA原有晶格發(fā)生畸變,材料的結(jié)晶性、溶解性及生物降解性等性能發(fā)生改善,從而具有更好的生物學(xué)性能、骨缺損修復(fù)能力和抗菌性能.納米ZnHA對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、乳酸桿菌的抑菌率均高于nHA的抑菌率,且抑菌率隨 r值的增加而增大.

程江等人[32]在傳統(tǒng)沉淀法制備nHA工藝中摻入鍶鹽,制得摻鍶nHA,其抗致齲菌性能得到提高,推測(cè)其抗菌機(jī)理為:摻鍶后溶解性能提高,在一定的時(shí)間內(nèi)解離出更多的帶正電荷的Sr2+能吸附細(xì)胞膜帶負(fù)電的細(xì)菌,并可能與細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)結(jié)合破壞微生物細(xì)胞的能量代謝系統(tǒng),使細(xì)菌生長(zhǎng)受阻或死亡.Kim等人[33]研究發(fā)現(xiàn),在 HA中摻入銀離子,可以通過(guò)延緩細(xì)菌的新陳代謝來(lái)抑制細(xì)菌生長(zhǎng).Ahn等[34]為提高nHA生物陶瓷材料的韌度,在制備納米結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石生物陶瓷過(guò)程中,引入3%(質(zhì)量百分比)的氧化釔和氧化鋯復(fù)合納米顆粒,與傳統(tǒng)的羥基磷灰石材料相比,顯示出優(yōu)異的化學(xué)和機(jī)械性能,斷裂韌性接近骨密質(zhì).Li等人[35]發(fā)現(xiàn)粒徑大小約為20 nm的摻雜鋱的nHA毒性小,且熒光周期長(zhǎng),在醫(yī)學(xué)診斷上有著很好的應(yīng)用前景.

2.4 人工骨材料

人工合成的nHA一方面具有良好的生物相容性、生物可降解性、骨傳導(dǎo)性,另一方面其脆性和較低的機(jī)械強(qiáng)度又限制了其臨床應(yīng)用.人體骨可近似看作以骨膠原為基體材料,以羥基磷灰石為增強(qiáng)材料而構(gòu)成的復(fù)合材料,因此以羥基磷灰石為增強(qiáng)材料,以聚合物特別是生物可降解聚合物為基體的復(fù)合材料與體骨的成分和結(jié)構(gòu)相似,可以彌補(bǔ)金屬和陶瓷材料的不足,有望成為理想的人工骨替代材料.

鄧霞等[36]用水熱合成的nHA作為無(wú)機(jī)相與新型的可降解的脂肪族聚酯酰胺(PEA)按不同比例復(fù)合,nHA與PEA之間既有化學(xué)鍵合又有分子間的相互作用,可在二者之間形成良好的化學(xué)界面,使復(fù)合材料能更好地傳遞外應(yīng)力,達(dá)到既增強(qiáng)又增韌的目的,使材料性能得以改善.其拉伸模量從188 MPa增至323 MPa,同時(shí)nHA復(fù)合材料又賦予材料以較高的生物活性,體外將成骨細(xì)胞和材料聯(lián)合培養(yǎng),細(xì)胞顯示出良好的生長(zhǎng)增殖活性.復(fù)旦大學(xué)邵正中等人[37]將nHA懸濁液與絲素蛋白(SF)溶液采用同軸共紡法制備nHA(芯部)/SF(皮層)雙組分電紡纖維,并分別以SF電紡纖維、SF/HA復(fù)合纖維和SF/HA“皮-芯”纖維為有機(jī)基質(zhì),在特定的條件下顯現(xiàn)出很好的誘導(dǎo)羥基磷灰石等無(wú)機(jī)物在其表面沉積礦化的能力,有可能用以模擬動(dòng)物骨骼這類無(wú)機(jī)/有機(jī)納米復(fù)合材料,為進(jìn)一步的實(shí)行骨修復(fù)的動(dòng)物或臨床實(shí)驗(yàn)等提供基礎(chǔ).

Chen等[38]采用把NH4H2PO4加入到Ca(NO3)2與殼聚糖(CS)混合溶液中,用氨水調(diào)節(jié)p H為10制備出 HA/CS納米復(fù)合材料,羥基磷灰石顆粒直徑約為20～30 nm,長(zhǎng)約100 nm.Li等[39]采用原位沉析法制備的羥基磷灰石/殼聚糖復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為67.8 MPa,壓縮強(qiáng)度為47.8 MPa,比骨松質(zhì)高2～3倍,基本上滿足了骨替代材料對(duì)力學(xué)性能的要求.Nukavarapu[40]把可生物降解的聚二苯丙氨酸乙酯膦腈與粒徑為100 nm的nHA混合制備成的微球孔徑為86～145μm,壓縮模量達(dá)到46～81 MPa,與自然骨相近,并且表現(xiàn)出很好的成骨細(xì)胞吸附性,細(xì)胞增殖和堿性磷酸酶表達(dá),在骨組織應(yīng)用方面有很好的潛力.Sundaram[41]等制備了nHA和殼聚糖復(fù)合顆粒,可以通過(guò)物理、化學(xué)、生物吸附作用吸附水中的F-,是一種高效、成本低、生物相容性的去氟劑.Reverchon[42]等用超臨界CO2法制備了nHA/聚乳酸復(fù)合材料,孔隙率超過(guò)90%,最大的壓縮模量達(dá)到123 kPa,溶劑殘留率低于百分之五,可作為理想的人工骨材料.盡管硅橡膠具有生物相容性在骨科材料中有一些應(yīng)用,但是其生物惰性和柔性影響了其進(jìn)一步應(yīng)用,Wen[43]等人在硅橡膠材料中引入nHA,很好地克服了上述問(wèn)題,當(dāng)nHA含量在50%時(shí)能達(dá)到最好的機(jī)械性能,改善了其使用效果.

3 結(jié)論

綜上所述,隨著納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛,nHA以其安全無(wú)毒、生物相容性、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)成為科研人員熱點(diǎn)關(guān)注的納米材料.至今為止,它的新制備方法還在不斷涌現(xiàn),其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用也在不斷推進(jìn),但其目前還更多地用于生物醫(yī)學(xué)體外實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)性研究中.相信隨著科學(xué)家的繼續(xù)努力,nHA會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域.

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Research Progress in Preparation of Nanoscale Hydroxyapatite and Its Application in Biomedicine Field

LI Bin-jie,YAO Su-mei,LI Shu-lian,MA Yuan-fang
(1.Institue of Immunology,Medical School ofHenan University; 2.Institute of Molecular Medicine,Medical School of Henan University; 3.Key L aboratory f or S pecial Functional Materials of Ministry of Education,Henan University,Kaif eng475004,Henan,China)

A review is given about research progress of preparation and application of nanoscale hydroxyapatite in biomedicalscience.Commonly used methods for preparing nanoscale hydroxyapatite,including sol gel method,chemical precipitation method,hydrothermal method,precursor-hydrolysis method,template method,ultrasonic method,and mechno-chemical method are highlighted.Besides,the application and development of nanoscale hydroxyapatite in the field of biomedicine,including cancer therapy,drug carrier,dential materials and synthetic bone are briefed.

nanoscale hydroxyapatite;preparation;application;research progress

TQ 246.3

A

1008-1011(2010)05-0090-07

2010-04-29.

河南省杰出人才創(chuàng)新基金項(xiàng)目(074200510014),2008年度河南大學(xué)校內(nèi)科學(xué)研究基金項(xiàng)目(2008YBGG003).

李賓杰(1971-),男,副教授,博士,主要從事納米醫(yī)用材料研究.E-mail:lbj821@yahoo.com.cn.＊

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