多孔球形羟基磷灰石合成工艺的研究进展

任丽英+李倩倩

摘 要：羟基磷灰石（HA）是自然骨的主要无机成分，具有机械性能好、对生物体无毒害性，另外，材料可降解、对环境无污染，是性能优异的无机材料。在骨组织修复、载药、环境除污等应用领域都展现出独特的性能和显著的效果。本文介绍了多孔球形羟基磷灰石常见的制备方法，分析了各种合成方法制备的HA的形貌、特性及应用，归纳了常用合成法的优点和不足，展望了新型制备HA合成方法的前景和研究方向。

关键词：多孔羟基磷灰石 水热法 喷雾干燥法 仿生合成法

中图分类号：TQ177.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0082-02

羟基磷灰石（HA）是人体骨主要无机成分，将其应用在生物体中具有天然的优势，而且安全可降解。因此，被广泛应用于骨组织修复及药物缓释载体等领域。在生物应用中，HA的晶粒、形貌和聚集状态是影响其性能的重要因素。研究发现，棒状的HA具有优良的分子吸附能力，球状的HA则具有较好的力学性能和流变性能[1]。而多孔球形羟基磷灰石微球具有较大的比表面积、较多的药物负载量及快速可控的移动性，而且还具有比其他材料更好的生物活性和力学性能。鉴于此，利用理化甚至是生物制备及合成方法，对HA的结构及性能进行改良和修饰，将为材料的合成及应用开启更多的视角。

1 羟基磷灰石的合成方法

近年来，HA的合成法发展迅速，不同领域需要不同形貌、尺寸及性能的HA。多孔球形HA因为性能优越，可以合成许多具有特殊功能的材料。因此，研究并分析合成多孔球形HA具有重要意义。目前多孔HA微球的制备方法主要有以下几种。

1.1 水热法

水热法是指在密闭容器中施加高温高压的条件，在水溶液中进行的化学反应。这种方法的优点是分散性好，晶体生长过程可控产物粒径均匀，不会产生团聚现象。宋江凤[2]等采用水热法制备出不同形貌的羟基磷灰石，并从晶体生长动力学方面探讨不同合成条件对羟基磷灰石形貌的影响机理。马艺娟[3]等将Ca（NO3）2·4H2O和（NH4）2HPO4混合，添加丙酰胺及柠檬酸钠合成了尺寸均一、分散性好的HA微球。与其他合成方法比较，用这种方法制备的羟基磷灰石含量很高，且在溶剂中分布均匀，粒径小、分布范围窄，但加热既需要燃料又需要资金，更需要时间。

1.2 微波辅助法

微波辅助法是借助微波为反应提供能量，加快反应速率的合成方法。该法具有加热速率快、反应速率快、时间短、能耗低等优点，近年来在材料制备领域已受到广泛应用。张飞洋[4]等采用微波辅助法在AZ31镁合金表面制备了植酸镁/羟基磷灰石（PA/HA）复合涂层，同时研究了涂层的降解矿化行为。聂晶[5]等合成了在骨组织修复方面的应用材料多孔海藻酸钠/羟基磷灰石（SA/HAP）复合微球，并探讨了实验条件对产物成分及形貌的影响。

1.3 喷雾干燥法

喷雾干燥法有三个步骤：首先是将反应溶液浓缩，当浓缩的溶液浓度在临界范围时进行第二步的雾化过程，得到液体小颗粒再进行第三步的加热，迅速蒸干水分得到产物。这种方法的优点是产物分散性好、尺寸均匀，控制条件及步骤可得到纳米级HA。黄凯兵等[6]分别用性能活泼的有机不饱和化合物为单体，再以环状不饱和烃接连上合成羟基磷灰石的原料，将上述物质分散成小雾滴再高物去除水分得到了吸油性很好的中空HA微球。但是此法需要购置专业的设备，在实验室不好开展。另外，制备的材料粒径跨度大，不好控制。因此，虽然这种合成法的优势很明显，但还需要探索低成本的合成方法，进一步拓展它的应用领域。

1.4 沉淀法

沉淀法是在溶剂中加入沉淀剂，将反应物从溶剂中沉淀出来，再经洗涤除杂得到目标产物的方法。沉淀法制备羟基磷灰石操作简单、成本低，但所制备的羟基磷灰石易发生团聚，在制备时应注意观察及改善方法。王萍等[7]用均相沉淀改善沉淀团聚，成功制备出孔径及尺寸均匀可控、纯度高、分散性好的多孔HA微球。董盼盼[8]等以多孔支架材料设计制备了纳米HA粉末，再经造孔、烧结、除杂等工艺得到不同含量比的多孔羟基磷灰石。

1.5 仿生合成法

仿生合成法，是指在反应环境中将反应物与一种对其生长及成核有引导作用的模板分子混合，来调控反应过程得到目标产物的合成法。这种合成法制得的材料比一般方法的功能性更好，但调控剂不容易寻找和制备，后期除杂麻烦。陈彰旭[9]在模拟体液（SBF）中调控仿生合成了与自然骨结构相似的羟基磷灰石（HA），有望在硬组织修补与替换、药物缓释等生物医学工程领域得到广泛应用，也为仿生合成其他生物矿物提供借鉴。嵇明翔[10]等以天然植物山药作为反应物和模板，在常温、常压下仿生制备了羟基磷灰石生物復合物。

2 结语

HA的制备方法各有特点，但在制备时，我们需综合考虑影响羟基磷灰石性质、尺寸的因素及经济问题。成本、制备原料是对合成功能性更强的HA制备条件的要求。而在制备的羟基磷灰石分散性、柔韧性、尺寸及形貌等都将是羟基磷灰石及其复合材料的未来制备研究的方向，也是促进羟基磷灰石合成及制备方法发展的动力。每种合成方法都不是完美的，也不是固定不变的，因此，未来合成羟基磷灰石应考虑综合利用各种制备方法，扬长避短。如合成方法的联用，综合优点制备性能满足应用需求的HA。另外，目前材料的发展趋势向功能性材料靠近，探究具有特殊功能的HA合成方法，将会大大拓展其应用领域。期许新型低成本制备功能性羟基磷灰石方法的发展。

参考文献

[1] Lin K，Wu C，Chang J.Advances in synthesis of calcium phosphate crystals with controlled size and shape[J].Acta biomaterialia，2014， 10（10）：4071-4102.

[2] 宋江凤，刘咏，张莹.水热法合成不同形貌羟基磷灰石[J].粉末冶金材料科学与工程，2010，15（5）：505-510.

[3] 马艺娟，郝丽静，杜绍龙，等.柠檬酸钠调控水热合成羟基磷灰石微球[J].无机材料学报，2014，29（3）：284-288.

[4] 张飞洋，蔡舒，凌瑞，等.微波辅助法制备镁合金的植酸镁/羟基磷灰石复合涂层及其耐蚀性能[J].复合材料学报，2017，2（3）：1-7.

[5] 聂晶，李湘南，刘小平.超声辅助复乳法制备多孔海藻酸钠/羟基磷灰石复合微球的研究[J].建材世界，2014，35（6）：1-5.

[6] 黄凯兵，肖侠，陈振华，等.喷雾干燥法制备微米-纳米复合结构高吸油树脂中空微球[J].功能材料，2009（8）： 1398-1402.

[7] 王萍，李国昌.羟基磷灰石微球制备及离子吸附/交换性能研究[J].人工晶体学报，2012，41（3）：821-827.

[8] 董盼盼，徐亚辉，郭双桃.多孔羟基磷灰石的制备及其性能研究[J].当代化工，2015，44（11）：2592-2595.

[9] 陈彰旭.咪唑-1-乙酸壳聚糖支架仿生合成羟基磷灰石[J].化工新型材料，2017，45（6）：230-232，235.

[10]嵇明翔，谢安建，沈玉华.山药汁液中羟基磷灰石生物复 合物的仿生合成[J].池州学院学报，2016，30（3）：35-38.endprint