羟基磷灰石生物陶瓷材料发展与应用

O李清松(贵州大学 贵州贵阳 550025)

羟基磷灰石生物陶瓷材料发展与应用

O李清松
(贵州大学 贵州贵阳 550025)

本文以羟基磷灰石生物陶瓷材料发展与应用为研究课题，结合羟基磷灰石生物陶瓷材料发展和应用现状，总结羟基磷灰石生物陶瓷材料应用缺陷，提出羟基磷灰石生物陶瓷材料未来发展路径，旨在为羟基磷灰石生物陶瓷材料更为广泛的应用提供理论依据。

羟基磷灰石；生物陶瓷；发展与应用

羟基磷灰石生物陶瓷材料属于表面活性材料，凭借其良好的生物活性与生物体硬组织在化学成分和组织结构方面十分相似。羟基磷灰石生物陶瓷材料同时具有较好的生物相容性，能够与人体或者动物骨骼形成较强的化学组合，发挥骨传导作用，用作骨缺损的充填材料。羟基磷灰石生物陶瓷材料生物活性好，植入人体后对组织无刺激和排斥作用，为人体或者动物骨骼中新骨的形成提供支架，是理想的硬组织替代材料。近年来，羟基磷灰石生物陶瓷材料的应用价值不断得到开发，其自身存在的力学性能差、自身强度低、韧性不足等缺陷逐渐暴露出来，限制了羟基磷灰石生物陶瓷材料应用的广泛性，难以满足医学要求。如何能获得羟基磷灰石生物陶瓷材料力学性能、生物相容性与材料寿命的完美结合是材料学家们探讨的问题。

一、羟基磷灰石生物陶瓷材料发展

1.羟基磷灰石生物陶瓷材料概述

羟基磷灰石作为人体和动物骨骼中的重要无机成分，在人体骨骼中占据重要的地位。据了解，羟基磷灰石占人体骨骼的60%，在齿骨中的比重则高达97%。长期以来，医学界采用有机高分子、金属等生物材料作为齿骨的替代材料，这些生物材料由于与自然骨成分完全不同，在适应性和相容性方面无法很好的满足人体的基本需求。羟基磷灰石生物陶瓷材料则在替代齿骨方面具有明显优势，不仅具有良好的生物相容性和传导性，能够与人体骨骼和动物骨骼发生化学反应，而且没有毒副作用，无刺激性，无致敏性，无致癌性和突变性等，因此是充填骨缺损的最为理想材料。基于此，羟基磷灰石生物陶瓷材料在医学领域有了广泛的研究，也被频繁的应用于医学临床上，并取得了一定的成效。

2.羟基磷灰石生物陶瓷材料发展现状

凭借其良好的生物活性和生物相容性，羟基磷灰石生物陶瓷材料逐渐成为最佳的增强材料之一，在硬组织替代、材料修复方面有着独特的优势，对生物陶瓷材料的发展和应用具有重要的推动作用。据报道，生物陶瓷材料的年营业额已经高达120亿美元/年，而羟基磷灰石生物陶瓷材料等人体硬组织替换材料的营业额占到生物陶瓷材料年营业额的19．2%。并且，人体硬组织替换材料的营业额每年均在以7%-12%的速度不断增长。随着全球老龄化发展，人体硬组织替换材料的应用价值不断凸显，引起了医学界、学术界及社会各阶层的广泛关注。而作为理想的硬组织替代材料之一的羟基磷灰石生物陶瓷材料必要受到关注和重视。

但是，随着羟基磷灰石生物陶瓷材料的发展，羟基磷灰石生物陶瓷材料良好生物活性被得到充分利用的同时，羚基磷灰石生物陶瓷材料在力学性能方面存在的问题开始凸显出来，这成为羚基磷灰石生物陶瓷材料进一步应用的阻碍。为了充分发挥羟基磷灰石生物陶瓷材料优势，拓宽羚基磷灰石生物陶瓷材料的应用领域，学者们采用多种工艺，结合羚基磷灰石生物陶瓷材料性能开发多种羚基磷灰石生物陶瓷复合材料和纳米材料，以期实现羚基磷灰石生物陶瓷材料达到力学性能、生物性能和材料寿命的完美结合，并取得了突破性进展。

二、羟基磷灰石生物陶瓷材料应用

羟基磷灰石生物陶瓷材料凭借其良好的生物相容性，在人体内和动物体内能够与骨骼进行紧密结合。并且能够在体液的作用下会部分溶解，同时羟基磷灰石生物陶瓷材料被人体吸收、利用，生长出新的组织，实现骨骼的内部传导。除此之外，羟基磷灰石生物陶瓷材料具有较强的吸附能力，较好的生物活性和较大的表面积以及高度的溶解性，在很多领域具有重要的潜在价值，具体来说，羟基磷灰石生物陶瓷材料主要应用在以下几个方面：

1.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。

2.基因和药物传递以及免疫治疗

羚基磷灰石生物材料纳米颗粒具备独特的多孔组织结构，持久的释放性以及良好的生物活性，被广泛的应用在药物传递、基因传递和肿瘤治疗中。并且，利用羚基磷灰石生物材料负载治疗用药物时能够预防药物活性成分的降解，控制释放速度，提高药物性能。

3.骨组织工程

羟基磷灰石生物陶瓷材料凭借其良好的生物相容性，较强的吸附能力，较好的生物活性和较大的表面积以及高度的溶解性，能与骨骼形成牢固的化学结合，在替代人工骨和人工口腔材料方面具有广阔的应用和发展前景。为了扩大羟基磷灰石生物陶瓷材料在骨组织工程中的应用范围，满足多样化的需求，羟基磷灰石生物陶瓷材料开始与多种材料进行复合，增强羟基磷灰石生物陶瓷材料的机械性能。羟基磷灰石生物陶瓷材料与其他材料的复合不仅保留了羟基磷灰石生物陶瓷材料天然骨的类似结构，而且充分发挥了其生物相容性的优势，提高了复合材料的加工性能和可生物降解性，从而形成理想的骨组织替代材料。

4.穿皮器件及软组织修复

羟基磷灰石生物陶瓷材料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。羟基磷灰石生物陶瓷材料具有较强的吸附能力，使骨细胞附着在其表面，随着新骨的生长。并且通过晶体外层成为骨的一部分，新骨以从结合处孔隙攀附生长。

将羟基磷灰石生物陶瓷材料进行表面涂层处理，植入人体后，人体骨骼能够及时与羟基磷灰石生物陶瓷材料表面进行融合、沉淀，并与羟基磷灰石生物陶瓷材料的钙、磷离子形成化学键，加强羟基磷灰石生物陶瓷材料与骨骼的紧密融合。将羟基磷灰石生物陶瓷材料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。当羟基磷灰石生物陶瓷材料用作穿皮种植时，能够与上皮组织进行密和，防止细菌感染和炎症。由此可知，羟基磷灰石生物陶瓷材料可以应用于软组织修复和穿皮器件，并具有良好的应用效果。

综上所述，羟基磷灰石生物陶瓷材料不仅可以用于生物诊断、生物检测，基因和药物传递以及免疫治疗，还能够应用于骨组织工程、穿皮器件及软组织修复中，是理想的人体硬组织替换材料。同时，羟基磷灰石生物陶瓷材料凭借其良好的生物相容性、生物活性，高度的溶解性，较强的吸附能力已经成为生物陶瓷材料中最佳的增强材料。随着羟基磷灰石生物陶瓷材料不断发展和应用，必将在人体硬组织替换和修复材料的发展中远走越远。

三、羟基磷灰石生物陶瓷材料未来发展建议

虽然羟基磷灰石生物陶瓷材料在研究领域和实践应用领域取得了较大的成就，但是仍然存在很多问题。因此，有必要对羟基磷灰石生物陶瓷材料发展中存在的不足进行梳理，并提出羟基磷灰石生物陶瓷材料未开发展建议。

1.羟基磷灰石生物陶瓷材料发展不足

羟基磷灰石生物陶瓷材料作为人工齿根、颌骨、骨填充材料等方面的研究取得了很大的进展，并逐步投人临床应用获得了成功。但是，羟基磷灰石生物陶瓷材料由于其自身强度低、韧性及力学性能差等缺陷而限制了其应用的广泛性，这正是羟基磷灰石生物陶瓷材料面临的、需要解决的重要问题。虽然目前实现了羟基磷灰石生物陶瓷材料致密，致密羟基磷灰石生物陶瓷材料具有一定的可加工性，在临床使用中极为方便，但因致密羟基磷灰石生物陶瓷材料植入人体内后，只能在表面形成骨质，缺乏诱导骨形成的能力，仅可作为骨形成的支架，主要用于人工齿根种植体。而多孔羟基磷灰石生物陶瓷材料的力学性能远远不能满足生物种植体在体内的种植要求，植入人体中寿命较短。因此，应该结合羟基磷灰石生物陶瓷材料的不足，探讨其未来发展路径。

2.羟基磷灰石生物陶瓷材料发展建议

羟基磷灰石生物陶瓷材料产业是一个新兴的产业，其产品和技术更新换代周期短，通常仅10年左右。因此，羟基磷灰石生物陶瓷材料应该保持技术的先进性和产品的市场竞争力，加强技术创新和升级，促进羟基磷灰石生物陶瓷材料的进一步发展。

羟基磷灰石生物陶瓷材料凭借较好的生物活性，良好的生物相容性，较强的吸附能力和高度的溶解性等天然优势，可以广泛的应用于生物诊断、免疫治疗、骨组织替代、软组织修复等方面。但是羟基磷灰石生物陶瓷制品生产成本高、后期处理工艺复杂等问题不可忽视。

当前，我国科研机构和高校对羟基磷灰石生物陶瓷材料开发和应用的研究较多，但是真正实现科研转化的却十分缺乏，致使羟基磷灰石生物陶瓷材料的进一步开发和应用受阻。因此，应当加大对羟基磷灰石生物陶瓷材料的科研成果转化，通过开发羟基磷灰石生物陶瓷材料应用创新渠道，加大对羟基磷灰石生物陶瓷市场的占有率。具体来说，就是将羟基磷灰石生物陶瓷材料理论研究与实践应用的结合起来，加大对羟基磷灰石生物陶瓷材料制作技术、复合新材料等新兴的材料的研发和应用，拓宽羟基磷灰石生物陶瓷材料在医学、生物学、日常生活及工业生产中的应用领域。

结论

通过对羟基磷灰石生物陶瓷材料进行分析，羟基磷灰石生物陶瓷材料具有良好的生物相容性，广泛应用与生物诊断和生物检测、基因和药物传递以及免疫治疗、骨组织工程、穿皮器件及软组织修复等领域。但是存在自身强度低、韧性及力学性能差等缺陷。因此，应该加强羟基磷灰石生物陶瓷材料力学性能和制作工艺方面的研究，加强技术创新，促进羟基磷灰石生物陶瓷材料的进一步广泛应用。

[1]崔福斋，郭牧遥.生物陶瓷材料的应用及其发展前景[J].药物分析杂志，2010，07：1343-1347.

[2]张艳丽.生物陶瓷材料及其发展动态[J].中国陶瓷，2007，03 ：14-17.

[3]陈美雄，林业武.复合材料人工骨在骨缺损修复中的应用[J].中国组织工程研究与临床康复，2007，48：9797-9800.

[4]尼加提.吐尔逊，张晓倩，焦倩倩，吴佩玲.羟基磷灰石生物陶瓷在上颌前牙拔牙位点保存的临床应用[J].中华实用诊断与治疗杂志，2013，03：234-236.

[5]金祎，郭洪暄.羟基磷灰石生物陶瓷材料的制备及发展前景[J].广东化工，2015，12：88+103.

Development and Application of Hydroxyapatite Biological Ceramics Material

Li Qingsong
（Guizhou University, Guizhou Guiyang, 550025)

This paper takes the development and application of hydroxyapatite biological ceramics material as research subject combined wi th the development and application current situation of that to conclude the application defect of hydroxyapatite biological ceramics material and pu t forward the development path for hydroxyapatite biological ceramics material, and the goal is to povide theory basis for the wilder application of hy droxyapatite biological ceramics material.

hydroxyapatite；biological ceramics；development and application

T

A