牛骨轉化雙相磷酸鈣的制備及表征

宋紹旗++白懿心++張忱一++石艷松++尤東陽++郝琪

摘 要：多孔雙相磷酸鈣，即多孔羥基磷灰石HA與β磷酸三鈣β-TCP的復合物，是近年來研究廣泛的一種骨修復材料，用于各類骨缺損的修復，本文研究了牛骨的前處理方法，對制得的牛松質骨進行了表征。材料中TCP及TTCP的比例隨著煅燒溫度的升高、時間的增加而增加，材料中的晶粒也逐漸變大，制品適宜作為骨修復材料應用。本文以新鮮成年牛股骨為原料，采用先酸性、后常規的浸泡順序模擬植入人體后的環境變化，研究了多孔BCP材料植入體內后沉積類骨磷灰石的情況。

關鍵詞：多孔BCP；煅燒牛骨；雙相磷酸鈣

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.003

1 概述

由腫瘤、傷殘、缺陷等問題引起的骨缺損病例日益增多，而移植效果良好的自體骨及異體骨存在著許多局限性，因而開發出一種人工骨骨修復材料就顯得尤為重要。羥基磷灰石（hydroxyapatite HA）是廣為人知的一種廣泛應用于生物醫學領域的生物陶瓷材料，其結構式為Ca10（PO4）6（OH）2，它的晶體結構與人體骨骼等硬組織中的生物磷灰石結構相類似，大量的實驗證明羥基磷灰石植入體內后，其表面會有積極的生物化學反應，甚至產生骨組織，這證明其具有優良的生物活性。羥基磷灰石的急性毒性試驗、肌肉刺激實驗、溶血實驗等的生物相容性實驗結果表明羥基磷灰石是一種無毒性、無刺激性、不致熱、不致溶血、不致癌變、不引起肌體排斥反應的生物相容性優良的材料。同時羥基磷灰石已經被大量的實驗證實其具有骨傳導性。其缺點在于，在人體很難降解，尤其是人工合成的晶粒尺寸較大的HA材料。磷酸三鈣（tricalcium phosphate TCP）是一種在骨組織工程應用很多的可降解生物材料，其有不同晶型，分別為高溫下的γ形，中高溫下的α形，以及低溫下的β形，其中在室溫條件下只存在穩定的β-TCP及處于亞穩定態的α-TCP。其成分與骨的無機成分相似，具有優秀的生物活性及骨傳導性，相比較之下α-TCP在體內固化后可以達到很高的強度，但降解性不強，多用于骨水泥材料的應用，而β-TCP是一種在體內降解速率很高的材料，并且它的降解促進了材料在體內生成碳酸羥基磷灰石，從而促進蛋白和細胞的粘附，進而促進了骨的再生。脆性強，但強度過低無法滿足修復骨缺損的需要，大大的限制了其的應用范圍。且其降解生成的Ca2+和PO43-離子不會對周圍微環境產生不良影響，甚至可以促進骨再生[1]。因此近年來，BCP雙相磷酸鈣材料，尤其是多孔BCP材料，既多孔HA/β-TCP復合材料受到了廣泛的關注。有學者采用沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法等方法制備出HA、β-TCP粉末，后通過添加造孔劑法、有機泡沫浸漬法、有機骨架復制法、發泡法等方法得到多孔HA/β-TCP復合材料。這些方法存在著制備路線復雜、孔徑分布不可控等缺點，始終無法模擬出自然骨的孔隙結構。而經牛骨煅燒得到多孔BCP材料工藝簡單，同時保留了天然骨的孔隙結構，也不存在過多的雜質，是一種制備BCP材料的實用方法。

2 實驗

2.1 實驗方法

本文先對牛骨進行脫脂脫油處理，后經馬弗爐煅燒，得到多孔BCP材料，通過SEM，干燥失重以及尺寸測量等表征，來觀察材料的物理性質，選擇最優的工藝路線。通過XRD實驗，來評價材料的物相組成，研究煅燒過程對牛骨轉化成BCP材料HA/β-TCP兩相含量的影響。

2.2 實驗結果

為了保證在煅燒前去除干凈有機物，筆者最終采用1mol/LNaOH 60℃浸泡8h，30%雙氧水浸泡12h，無水乙醇浸泡1h，鼓風干燥箱中50℃干燥12h的流程，成功去除牛松質骨間的有機相。

同時在煅燒路線的選擇上選擇緩慢升溫至500℃，后升溫至1300℃、1350℃、1400℃持續煅燒，降溫過程中在1100℃保留1h，后隨爐冷。這樣做既滿足有機物充分去除，同時也可以保證材料內部不產生裂紋，并且使得α-TCP完全轉變為β-TCP。

通過對XRD的數據進行分析，我們得到煅燒后得到的為主要含HA/β-TCP及少量TTCP的多孔BCP材料，隨著煅燒溫度的升高、時間的增加，羥基磷灰石的分解更充分，材料中TCP/TTCP的比例更高。具體含量見表1。

3 結論

1）磷酸鈣生物陶瓷的組成與自然骨相類似，并且其具有良好的生物相容性，植入人體后可以與新生骨形成牢固的化學鍵合，其用于骨的修復及替換是安全有效的。但是，磷酸鈣陶瓷尤其是羥基磷灰石的生物降解性能是不盡如人意的，引入β-TCP以期調節材料的生物降解性，從而使植入物最終與新生骨更好的結合的同時也提高成骨速率。

2）人們逐漸發現，多孔磷酸鈣生物陶瓷材料不僅具有骨傳導性，甚至具有骨誘導性，材料自身具備骨誘導性可以促進骨重塑過程，進而降低對材料力學性能的要求，從而拓寬了整個材料的選擇及應用范圍。同時，本文還將對材料骨誘導性的影響因素及內在機理進行討論研究。

3）通過煅燒牛骨法一步制得多孔BCP材料，該法工藝過程簡單，可以得到純度很高的HA/β-TCP材料，同時可以通過控制煅燒路線來控制HA/β-TCP的比例，并且保留了牛骨的自然結構，是一種理想的骨修復材料

參考文獻：

[1]鄭岳華，侯小妹，楊兆雄.多孔羥基磷灰石生物陶瓷的進展[J]. 硅酸鹽通報，1995（03）：20-24.