羟基磷灰石研究进展

2010-2011 第2学期生物医用材料期中考试姓名： 学号： 学院： 专业： 班级： 任课老师： 羟基磷灰石研究进展摘要：由于羟基磷灰石( HA) 不但与人体骨骼晶体成分和结构基本一致,而且其生物相容性、界面生物活性均优于医用钛、硅橡胶及植骨用碳材料等植入医用材料,另外有极好骨传导性和与骨结合的能力, 无毒副作用, 无致癌作用,所以被广泛用作硬组织修复材料和骨填充材料的生理支架以及疾病、意外事故中的骨修复材料。同时，羟基磷灰石具有良好的生物活性,具有特殊的晶体化学特点，是较好的生物材料,被广泛应用于骨组织的修复与替代技术.目前 ,羟基磷灰石涂层的制备方法有等离子喷涂法、 激光熔覆法、电结晶液相沉积法、溶胶 -凝胶法等。对于制备要求较高、具有表面活性的吸附材料羟基磷灰石而言 ,溶胶 - 凝胶法是较为合适的方法 ,本文羟基磷灰石涂层进行了研究。主要从羟基磷灰石的合成制备,复合材料涂层种类及HA涂层影响因素，应用等方面对羟基磷灰石进行介绍，并对其进行研究展望。关键词：羟基磷灰石 制备 复合材料 涂层 研究进展前言羟基磷灰石是一种磷酸钙生物陶瓷, 与人体自然骨和牙齿等硬组织中的无机质在化学成分和晶体结构上具有相似性，是一类重要的骨修复材料,分子式为Ca10 ( PO4 ) 6 ( OH ) 2 , 简写为 HA 或 HAP,Ca/ P 物质的量比理论值为1. 67, 属磷酸钙陶瓷中的一种生物活性材料。从分子结构( 如图 1) 可以看出, 它易与周围液体发生离子交换。HA 属六方晶系, 空间群为 P63/m。其结构为六角柱体, 与c轴垂直的面是一个六边形, a、 b 轴的夹角为 120 , 晶胞常数 a= b= 9. 324 A , c= 6. 881A 。单位晶胞含有 10 个 Ca2+、6个 PO43-和2个 OH-, 这样的结构和组成使得H A 具有较好的稳定性。磷灰石是自然界广泛分布的磷酸钙盐矿物，根据其结构通道中存在的阴离子的种类, 可分为氟-、氯-、羟磷灰石等不同亚种矿物。其中，羟基磷灰石(hydroxyapatite，缩写为HA或HAp)的研究和应用最广泛。羟基磷灰石是人体和动物的骨骼和牙齿的主要无机成分，具有良好的生物相容性和生物活性，HA材料对动物体人体无毒 、无害 、无致癌作用，可增强骨愈合作用，能与自然骨产生化学结合， HA植入人体后对组织无刺激和排斥作用,能与骨形成很强的化学结合,用作骨缺损的充填材料,为新骨的形成提供支架,发挥骨传导作用, 是理想的硬组织替代材料，被认为是最有前途的人工齿及人工骨的替代材料。1、羟基磷灰石的合成制备虽然1871年就合成出羟基磷灰石 ,但是由于技术的限制，直至1971年才有羟基磷灰石生物陶瓷的成功报道 ,并迅速扩大临床应用。 经过多年的研究 ,近年来已经开发出多种方法制备羟基磷灰石。鉴于各种方法在制备原理于过程上存在相当大的差异，所得到的HA的性能也产生了较大的差异。不同状态的HA的制备是HA优异性能得到充分利用的关键。羟基磷灰石的制备可按照其物理性质分为HA粉体的制备、HA涂层的制备、以及HA复合材料的制备。11经基磷灰石粉体的制备目前制备羟基磷灰石粉末的方法有很多,主要有湿法溶胶一凝胶法、水热法、沉淀法等和干法固相反应及微乳液法。1.1.1溶胶一凝胶法溶胶-凝胶法是以适当的前驱物配成溶胶, 一般利用金属无机盐或金属醇盐, 在水或醇溶剂中发生水解或醇解反应,形成均匀的溶胶, 然后经过溶剂挥发及加热等处理, 使溶胶转变成网状结构的凝胶, 再经过适当的后处理工艺形成 HA晶体。童义平等探索用溶胶凝胶法制备羟基磷灰石的工艺条件, 用硝酸钙和磷酸三丁酯为反应原料, 进行对比实验, 优化得到的条件为溶液 pH 值控制在 8 左右, 烧结温度控制在950以上, 恒温时间控制在2.5 4.5 小时。是近些年来才发展起来的新方法 ,已经引起了广泛的关注。找到合适的、能够合成最终的羟基磷灰石的溶胶一凝胶体系是其合成的关键。其原理是：将醇盐溶解在选定的有机溶剂中,在其中加蒸馏水使醇盐发生水解 、聚合反应后生成溶胶 ,再将Ca2+溶胶缓慢滴加到(PO4)3-溶胶中,加水变为凝胶,凝胶经老化、洗涤、真空状态下低温干燥 ,得到干凝胶 ,再将干凝胶高温锻烧,就得到羟基磷灰石的纳米粉体。该方法的优为：合成及烧结温度低、可在分子水平上混合钙磷的前驱体使溶胶具有高度的化学均匀性。缺点是化学过程比较复杂 、醇盐原料价格昂贵、有机溶剂毒性大,对环境易造成污染等。,该方法的优点是对PH没有要求。这种方法可以生成Ca/P比不同的HA ,生成的HA粉体可用作生物陶瓷、环境材料、催化、色谱等领域。1.1.2沉淀法化学沉淀法是制备羟基磷灰石粉体最典型的方法 ,这种方法通常采用把一定浓度的磷酸氢铵和硝酸钙反应或者磷酸与氢氧化钙在一定的温度下搅拌，常加入适当的沉淀剂，通过控制反应的温度、PH值、反应速率及陈化时间等来实现HAP蹭点结晶化过程,反应过程中使用氨水调节PH值,把沉淀物高温缎烧从而得到HA粉体。其典型工艺：Ca（NO3）2与磷酸盐(NH4)3PO4,(NH4)2HPO4,NH4H2PO4溶液进行反应,沉淀经过滤、干燥 ,制成粉末颗粒 ,再在750条件下煅烧3h,生成晶体粉末 ,经成型工艺获得压坯 ,最后在1050一1200温度烧结,即得到羟基磷灰石。该法的优点是：工艺简单、合成粉体的成木较低,可以大量制造HA粉体,并广泛应用于工业生产巾。缺点：必须严格控制实验的工艺条件,比如Ca/P的摩尔比、混合物的PH值、以及反应产生沉淀的时间。1.1.3水热法水热法其特点是在特制的密闭的反应器（高压釜）内, 在高温高压下,用水溶液作为反应介质。在高温高压环境中,不受沸点的限制,可以使介质的温度上升到200一400,使原来难溶或不溶的物质溶解并重新结品的方法。这种方法通常采用磷酸氢钙等为原料的水溶液体系,在高压釜中制备HA粉体。其典型的工艺为：以CaCl2 或Ca（NO3）2与NH4H2PO4为原料 ,以钛网、Ti6Al6V片或其他合金为阴极 ,以石墨为阳极 ,控制一定的PH值和沉淀时间,可得CaHPO42H2O ,随后经水蒸气处理 ,即得到羟基磷灰石。化学反应如下： 与其它化学方法比较, 水热法制备 HA粉体由于不需要高温焙烧等后处理工艺, 避免了在这些过程中可能产生的粉体颗粒之间的硬团聚, 制备工艺较为简单, 粒子纯度高, 分散性好, 粒径小, 分布范围窄,这种方法的缺点为：生产周期长, 能耗大, 成本高, 反应条件对产物影响大。对设备的密闭条件要求很高 ,反应条件不容易控制,很难生成Ca/P比不同的HA,一般能生成正常配比的HA。但是可以获得高纯度、高有序度、结品较好的HA多品粉体。该方法制备的羟基磷灰石粉体在萤光、激光材料、催化载体等方面得到应用。1.1.4干式法把固态磷酸钙及其他化合物磨细均匀混合在一起,在有水蒸气存在的条件下,反应温度大于1000(1000一1300),可以得到结品较好的羟基磷灰石 ,反应式为：6CaHPO42H2O+4CaCO3=Ca(PO4)6(OH)2+4CO2+14H2O这种方法合成的羟基磷灰石优点是粒径1mm,纯度高,结品完整无品格缺陷,晶格常数不随温度变化。缺点为该方法要求较高的温度和热处理时间,粉末的可烧结性差,使得应用受到了一定的限制。一般这种方法制备的羟基磷灰石粉体常用在萤光、激光、敏感功能材料和地质条件模拟实验研究中应用。此外还有海珊瑚高温置换反应合成等方法。1.1.5微乳液法微乳液法是利用表面活性剂在溶液中的浓度超过其临界胶束浓度(cmc)形成胶束的性质, 在钙和磷的前躯物溶液中,加入适宜的表面活性剂,形成各种彼此独立的微乳颗粒(如球状、椭圆状、棒状胶束等)来控制 HAP晶粒的生长, 以制备不同形貌的超微粒HAP。1.2经基磷灰石薄膜的研究方法近年来发展起来的金属基表面羟基磷灰石薄膜的研究方法主要有：等离子喷涂,激光熔覆法 ,溶胶一凝胶法 ,电沉积方法 ,仿生合成法 ,浸渍法 ,热喷涂等。这些方法可以分为两大类, 一类方法制备出厚度相对较大的涂层（几十至上百）；另一类则偏重于制备薄涂层（厚度在几个至十几个左右）。1.2.1厚涂层的制备方法1.2.1.1等离子喷涂法等离子喷涂法是制备HA涂层最成功 ,也是目前临床研究较为成熟,应用最为广泛的方法,并且被广泛投人到商业应用。等离子喷涂的基本过程是喷涂粉料以气体为载体被送到等离子区 ,经高温（通常高于1000）熔融或半熔融后喷涂到金属基体表面形成羟基磷灰石薄膜,喷涂后的涂层要经过水蒸气处理或热处理。其典型工艺如下：由钨青铜阳极和喷嘴阴极放电产生电弧 ,等离子体则在电弧燃烧中产生。一般等离子气体选择惰性气体或双原子其他的混合物。喷涂粉末用气流送到高能的等离子气体内,粉末在等离子体中熔化 ,附着在金属基体上而形成涂层 ,随着工艺参数,如HA的颗粒大小以及功率的变化,涂层的性能也相应发生变化。通常等离子喷涂的厚度在几十左右。等离子喷涂具有操作方便 ,但他的缺点也很明显 首先因羟基磷灰石与金属基体的热膨胀系数不同,易在基体与涂层界面形成残余应力 ,在喷涂后的冷却过程中涂层可能产生相变和脆裂,使得涂层和基体的结合强度不高；其次,由于等离子喷涂过程涉及高温过程 ,易使羟基磷灰石发生分解。另外 ,由于原始材料采用较高纯度的羟基磷灰石粉末 ,植被的成本较高,技术设备昂贵,不适合喷涂多孔金属表面。1.2.1.2激光熔覆法激光熔税法的工作原理 在金属基体的表面上预先覆涂一定配比的CaCO3,与CaHPO42H2O的混合物粉末涂层,然后用激光器进行多道搭接熔覆处理,使合成与熔覆HA涂层一步完成,合成HA涂层的原理反应为：此方法制得的涂层的优点是：与基体结合良好、硬度高、强度较高、韧性良好,且改善了植人材料的弹性模量与生物硬组织材料的匹配性。但同样也有缺点存在，涂层的均匀性和稳定性较差,难控制且设备昂贵。激光熔覆法在制备生物涂层方面刚刚起步,但已经显示出巨大的优越性,很有希望成为生产临床生物材料的途径之一。1.2.2薄涂层的制备方法1.2.2.1溶胶一凝胶法溶胶一凝胶法除了可以制备HA的粉体以外 ,还可以制备HA涂层,这一方面近年来研究较多,溶胶一凝胶法是一个相当简单的过程。溶胶一凝胶法的原理是：将涂层物质或其前驱体制成溶胶,使之均匀的覆盖于基体的表面 ,由于溶剂的迅速挥发以及后续的缩聚反应而凝胶化 ,再经干燥和热处理 ,以获得所需的涂层。该方法的优点是用料少 ,成木底；工艺简单,不需要任何的真空的设备；工艺过程温度低；对于形状复杂的材料有利。1.2.2.2电化学沉积法电化学沉积法是一种点解方法镀膜的过程，也是一种氧化还原过程。该方法的原理是：在含有被镀金属离子的水溶液（或非水溶液、熔盐）中通直流电，是正离子在阴极表面放电，得到金属、=-0987321、温度低、易于在复杂表面上大面积涂膜、投资少，工艺简单，易于操作。缺点是：该方法虽然工艺简单，但是影响因素很多，薄膜的性质受这些因素，所以想得到复杂组分的薄膜很难；值得的薄膜大多是为多晶态和非晶态，其性能不高；此种方法也存在HA涂层与金属基体表面结合强度低的缺点。1.2.2.3仿生合成法今年来许多采用仿生合成法，其基本原理：把金属基体放置于一种配置的与人体体液组成几乎相同的溶液中（简称SBF），即PH=7.4和温度37含有（Na+、K+、Ca2+、PO43-等）无机离子溶液，在近似人体的生理环境下，在金属基体表面上自发的生长出羟基磷灰石涂层。采用模拟体液SBF模拟人体的生理环境，这种方法生成的涂层在人体内可以直接转化为更接近自然骨的磷灰石。该方法的优点为：低温造作（体温37）、涂层不受基体形状的限制，可在任何形状或材质的表面上沉积涂层、与骨有更高的结合力、可控制晶体的结构等优点。1.2.3涂层的设计在基体上涂覆单一的羟基磷灰石涂层无法同时很好地满足涂层的生物活性和涂层与基体结合强度这两方面要求。因此国内外许多研究者都致力于对涂层的设计以改善涂层与基体之间的结合性能。1.2.3.1存在中间过渡层得涂层。在羟基磷灰石涂层间引入一层化学性质稳定、致密的中间过渡层，既可以封闭基体表面，防止其与组织液接触，又可使基体与外层的涂层形成牢固的结合。这些过渡层包括TiN、TiO2、ZrO2和生物玻璃。1.2.3.2梯度涂层 梯度复合涂层是连续改变涂层的组成使涂层内部的界面消失, 物理和化学性能呈连续平稳变化。 目前有两种方法可以制得梯度复合材料: 1)激光熔覆法, 将不同配比的涂料, 分层涂覆在金属的表面, 再用激光照射表面, 使其融化, 最终在基体与表面之间形成成分逐渐过渡的涂层; 2)碱2热处理法, 将基体用碱处理后, 表面生成钛的氧化物, 再放入模拟体液(SBF)中, 基体表面的pH 升高, 提高了HA P 的粒子活性, 促进其成核, 最终形成HA P 梯度复合涂层。 其特点是涂层与基体的结合力高, 生物相容性好, 与骨的结合强度高。Khor等人采用离子喷涂的方法将HA和Ti6Al4V粉以不同比例混合制成梯度涂层（第一层是50wt%HA/50wt%Ti6Al4V,中间层是80wt%HA/20wt%Ti6Al4V,最外层是HA），较单一的HA涂层结合强度有显著的提高。但目前能用于梯度涂层制备的方法尤其是应用在复杂形状上的还很少，且设备复杂，常常需计算机控制气体、液体或粉末的供给。2、羟基磷灰石复合材料为了改善羟基磷灰石陶瓷的力学性能 ,金属、陶瓷、 聚合物等都被试图用来与之复合 ,以期得到一种理想的骨修复材料 ,但至今没有达到令人满意的效果.下面分类介绍以下羟基磷灰石复合材料的发展现状.2.1HA与生物玻璃的复合 生物玻璃具有良好的生物活性和生物相容性 ,Henrik等将少量生物活性玻璃加入 HA以提高致密度和力学性能 ,发现这类材料的断裂韧性为 1. 31. 7 MPa. m1/ 2,同时强度也有所提高. 然而生物活性玻璃的加入通常会促进 HA 的分解并形成TCP.有机泡沫浸渍法将 CaO - P2O5 基生物玻璃加入到 HA 中 ,当生物玻璃的加入量为4wt %时 ,制备的多孔 HA 具有均匀的开孔结构 ,孔隙相互贯通 ,孔径分布范围 200 - 400 m ,气孔率高达 70 - 80 % ,利于生物组织的长入和新骨的生成 ,孔梁上的微孔利于组织液的渗透 ,作为组织工程支架材料具有很好的应用前景.尽管 HA生物活性玻璃复合材料与 HA陶瓷相比具有较好的生物活性、 生物相容性 ,不过生物活性玻璃也有脆性大的弱点 ,复合后力学强度仍然较低 ,只能用于一些承载较小或不承载部位 ,增强增韧生物玻璃会改善复合材料的力学性能。2.2HA与高聚物的复合高聚物具有较低的弹性模量 ,在制备复合材料时可以有效降低材料的弹性模量 ,从而减少或避免应力遮挡效应.因此 ,制备 HA/高聚物复合材料可以提高 HA 生物材料可靠性并降低其刚度. Shikinami 等采用一种新的共混及精加工工艺将 HA均匀分散于聚L 乳酸(PLLA)基体中制备了超高强度生物可吸收 HAPLLA复合材料.该复合材料具有良好的生物相容性、 可吸收性、 生物活性和骨结合能力. 研究表明使用纳米 HA 粒子复合 ,有利于提高 HA 与聚合物基体间的结合能力 ,这是近来的一个新动向。高聚物作为生物材料目前存在的最大问题是多数材料的降解产物有毒 ,这也大大降低了材料的生物活性 ,且多数 HA/高聚物复合材料的力学性能也不足以达到应用在承重部位的要求.2.3 HA与金属的复合 医用金属材料具有高的机械强度和抗疲劳性能 ,是临床应用最广泛的承力植入材料 ,由于其较差的生物活性限制了它的近一步应用.而羟基磷灰石具有优异的生物活性 ,由此 ,HA/金属复合材料应运而生. HA - Ag复合材料是研究较早的一种金属复合材料 ,Ag颗粒弥补了 HA 脆性大的不足 ,提高了其韧性 ,并且 Ag 颗粒增强体有抗菌效果。DeWith等研究了 5 种切短金属纤维( Ti ,601铬镍铁合金 ,不锈钢 ,Hastelloy ,以及 FeCral - loy等)增强 HA 复合材料.虽然在 N2 气氛下烧结 ,不锈钢纤维和 601 铬镍铁合金与 HA 基体之间还是发生了严重的反应. Hastelloy和 FeCral - loy纤维也与 HA基体有轻微反应.但含 30vol %FeCral - loy纤维增强 HA 复合材料弯曲强度和断裂韧高达24MPa 和7. 4MPa m1/ 23、HA涂层的影响因素3.1试剂的反应顺序、 放置时间、 温度对制备溶胶的影响. 制取溶胶加料顺序对溶胶具有一定影响。将无水乙醇与五氧化二磷反应 ,冷却后得到磷酸三乙酯 ,再用硝酸钙和磷酸三乙酯反应即可得到良好的溶胶。若将无水乙醇加入到五氧化二磷中 ,在未冷却的情况下加入硝酸钙 ,立即会有淡黄色固体析出;若将无水乙醇加入到硝酸钙中混合后 ,再加到五氧化二磷中 ,也会出现淡黄色固体。以上两种加料顺序均不利于溶胶的形成。制取溶胶时搅拌对溶胶会产生影响。硝酸钙和磷酸三乙酯反应 ,常温下搅拌 ,可得到溶胶 ,提拉成膜时涂膜均匀;如不搅拌 ,溶胶颗粒增大 ,提拉成膜时涂层不均匀。磷酸三乙酯静置时间及温差会影响溶胶的稳定性。若制备好的磷酸三乙酯放置时间太长或温差太大 ,再加入硝酸钙 ,经搅拌后会有晶体析出 ,溶胶稳定性被破坏。在实验过程中 ,有时会出现乳白色(不透明)果冻溶胶。3.2溶胶配比对 HA 涂层的影响改变溶胶配比 ,即改变溶胶中羟基磷灰石的含量 ,以研究溶胶配比对 HA 涂层的影响 ,实验结果见表 1。由实验结果 ,选择 P2O5 的加入量为 1g ,随着硝酸钙加入量的增加 ,溶胶的粘度越来越大 ,当其加入量为 5. 5g 时 ,溶胶粘度适合拉膜 ,涂膜厚度均匀;当其加入量大于 5. 5g 时溶胶粘度较大 ,涂膜厚度不均 ,不宜拉膜。选定五氧化二磷为 1g、 硝酸钙 5. 5g ,改变无水乙醇的含量进行实验 ,实验结果见表 2。由表 2 的实验数据可知 ,无水乙醇加入量为25mL 时 ,所制得的溶胶粘度适中、 涂膜厚度均匀。 3.3二氧化钛溶胶的加入对 HA 涂层的影响在制备好的 HA 溶胶中加入少量二氧化钛溶胶 ,体系呈淡黄色。经热处理后 ,不加二氧化钛溶胶的涂膜容易清洗掉 ,加入二氧化钛溶胶时 ,涂膜与载体结合度大 ,因此 ,加入二氧化钛溶胶增强了羟基磷灰石涂层与基体的附着力。3.4提拉速度对涂层的影响制备涂膜的提拉速度分别选定 2、 4、 8、15mm/ s ,在载玻片上涂膜 ,实验结果为:当提拉速度为 2mm/ s时 ,玻璃片表面涂层厚度适中 ,涂膜透光性好;当提拉速度大于 2mm/ s 时 ,薄膜厚度过小 ,且载玻片表面涂层不均匀 ,涂层透光性不好 ,因此选定提拉速度为 2 mm/ s。3.5干燥温度对涂层的影响若用制备好的溶胶进行涂膜 ,不经干燥 ,直接放入电炉中加热至 500 ,冷却后涂膜表面有形似气泡爆裂状的突起 ,这是电炉温度逐渐升高时反应过程中未反应的无水乙醇沸腾所致。因此 ,在烧结之前 ,凝胶需干燥处理 ,干燥的适宜温度是60 。3.6热处理温度对 HA 涂层的影响 根据前面的实验结果 ,选定提拉速度为2mm/ s ,用载玻片浸渍提拉成膜后经 60 干燥4h ,并以 10 / min 速度分别升温到 500、 550、600、 650、 700、 750、 800、 850、 900、 950 ,恒温热处理3h。当温度为 500、 550、 600 时 ,热处理后的涂膜呈灰色 ,用去离子水清洗后其表面无涂膜附着在载玻片上;当温度为 650、 700 时 ,涂膜呈白色 ,用去离子水清洗后表面有均匀清晰的涂膜;温度为 750、 800、 850、 900、 950 时 ,由于温度过高 ,载玻片在高温作用下弯曲变形 ,涂层呈白色 ,用去离子水清洗后 ,涂层不均匀 ,透光性差。这是由于羟基磷灰石在高温下(超过 1300 )不稳定 ,部分HA 会分解成磷酸三钙、 磷酸四钙和非界相 HA等杂质。冷却后 ,可得到颗粒分布均匀致密、 颗粒细小的羟基磷灰石涂层且涂层与玻璃基体结合良好 ,涂膜具有良好的透光性。在上述合适条件下制得的羟基磷灰石涂层 X- 射线衍射图见图 1。小结: .制备均匀的羟基磷灰石溶胶 ,加入二氧化钛溶胶时 ,可提高涂膜与载体的附着力。.制备均匀的羟基磷灰石涂膜适宜的提拉速度为 2 mm/ s。.涂膜干燥适宜的温度为 60 ,干燥时间为4h ,热处理温度为 650 (升温速度 10 / min、 恒温 3h) 。4、羟基磷灰石的应用4.1环境功能材料羟基磷灰石具有良好的离子吸附和交换性，是一种新型的环境功能材料。HAp晶格中两种位置Ca2的价键与半径不同，对各种半径的二价金属阳离子有着广泛的容纳性，二价阳离子的进入将产生位置选择性而形成有序的超结构。因此，可以将羟基磷灰石开发成一种优质的无机离子晶格吸附与交换材料，用于废水治理和有价值元素的回收。在此理论基础上，刘羽等做了一系列天然磷矿石和人工合成羟基磷灰石处理废水中Pb2、Cd2、Cr2、Fe2、UO22、Cu2、Zn2、Hg2的实验，结果表明磷灰石对绝大多数重金属离子去除效果较好，在室温和pH值为3，作用60min的条件下，Pb2的去除率可高达99.4，饱和吸附量超过1 100mg/g，对Cd2的去除效果也很显著。主要的去除机理包括吸附、表面络合、溶解沉淀以及重金属离子与晶格中的离子交换作用。一般而言，被吸附的重金属离子固化在晶格中间，不会产生二次污染。并且在相同的实验条件下，羟基磷灰石的去除效果优于天然氟磷灰石。羟基磷灰石对人体无害，在食品工业中使用具有很高的安全性，且对氟离子和绝大多数重金属离子有很好的吸附作用，并且不会产生二次污染，用它作为吸附剂纯化饮用水可以取得良好的效果；能耐受NaOH和HCl的处理，分离纯化可在较宽pH值范围内进行。为了简化操作流程，可将羟基磷灰石粉末用于柱层析。颗粒越细，离子交换效果越好，但如果羟基磷灰石颗粒太细，易产生堵塞，增大了后期过滤和残渣处理的难度，笔者认为，可以将羟基磷灰石制成适当孔径的多孔陶瓷，小孔径气孔提供巨大的比表面积，大气孔形成连通孔道，内表面远远大于外表面积，且具有较高的吸附势，集吸附、表面过滤和深层过滤于一体，具有一定的研究意义，但是目前国内外还未见相关报道。4.2湿敏半导体材料羟基磷灰石中Ca2活性很强，其半径和电负性(r0.105nm，p1)与Na(r0.098nm，p0.9)比较接近，故Na可以置换Ca2，形成受主态P型半导体陶瓷。在通过水热反应制备羟基磷灰石的原料中加入Na 2CO 3，可以制得Na固溶的羟基磷灰石粉体，添加造孔剂和粘结剂成型后，在1 1701 200烧结3h，即可得到测湿范围宽，灵敏度高，性能稳定的多孔羟基磷灰石陶瓷湿度传感元件。4.3生物活性材料 大量研究证明，HAp纳米粒子具有抑制癌症的作用，HAp 陶瓷对人体无毒副作用，耐腐蚀，力学强度高，具有独特的生物相容性和生物活性，其界面结合性能均优于各类医用钛、硅橡胶及植骨用碳素材料，可以与骨形成牢固的结合，是一种最有前途的硬组织替代物。目前对HAp的研究主要集中在纳米化、陶瓷涂层和多孔复合材料方面。生物骨组织的多孔结构，使其能够适应一定范围的应力变化，同时多孔组织能够使血液流通，保证了骨组织的正常代谢，开发生物活性多孔植入材料是一种必然。在骨替换手术中，植入孔隙形貌和结构与骨单位及其脉管的连接方式一致、可以为骨基质提供支架的骨基质替代物，就可以促进骨组织的生长，实现骨缺陷的修复和替换。这就是开发类似人体骨基质结构的多孔羟基磷灰石生物陶瓷的原因。研究表明，当多孔羟基磷灰石陶瓷孔隙率超过30%以后，孔隙之间能相互连通，新生组织可以从人工骨表面长入内部各部分并相互结合，这样不仅获得良好的界面结合，而且新生组织的长入能降低多孔HAp陶瓷的脆性，提高抗折强度。此外，多孔结构降低了HAp材料的刚性，有利于界面应力的传导，符合界面力学要求，使界面能够保持稳定，从而提高种植效应。通过添加硅灰石等纤维状填料来实现多孔陶瓷的增韧，可望将HAp生物陶瓷的应用范围扩大到人体承重部位的骨替换或修复。大量研究事实证明，羟基磷灰石材料的发展历经致密陶瓷和陶瓷涂层，最终归结到多孔陶瓷，是仿生学的必然结果。类似自然骨组织的组成、结构和性质的理想植入材料的研究，是生物陶瓷今后发展的主流方向，但是寻求与机体生物相容性和力学相容性均匹配的多孔陶瓷材料还任重道远。5、羟基磷灰石的发展趋势羟基磷灰石有着勿庸置疑的优点, 如良好的相容性, 并能与骨组织形成骨性结合等, 但它的缺点也是明显的, 针对此缺陷而研制的羟基磷灰石生物复合材料集中多种组分的性能优点, 使材料具备综合性能优势, 在当今社会必然有着广阔的研究和应用前景。（1）仿骨结构羟基磷灰石多相复合生物陶瓷的发展。羟基磷灰石生物陶瓷材料虽然在加工和适应骨缺损方面存在较多问题 ,但是它的力学性能却优于其它的结构形式 ,因此更有希望适应承重及大面积的骨修复的要求 。多相协同增强陶瓷复合材料显示超出单相增强加和的效果,仿骨结构复合轻基磷灰石陶瓷在单相增强的基础上，多相复合势必将进一步提高强度、断裂韧性,力学性能显著提高。（2）羟基磷灰石骨水泥复合生物材料的发展 。羟基磷灰石骨水泥的可塑性及自固化性方便了临床操作 ,但是力学性能差同样限制了它的广泛应用 ,发展羟基磷灰石为主体的骨水泥复合材料 ,并综合固相组份及调和液方面获得的增强成果，羟基磷灰石骨水泥复合生物材料有望在骨缺损修复、整形外科等多方面获得大面积的推广应用。（3）功能羟基磷灰石复合生物材料的发展通过在羟基磷灰石中添加少量的特殊物质,得到的复合材料呈现出某种预期的功能,这为临床解决诸多的疑难病症提供了新的途径,随着新材料及材料新性能的不断研究和发现,功能羟基磷灰石复合生物材料种类与功 能将会得到不断的完善和发展。6、结语 对于纳米级HA的合成，采用固相合成时，合成工艺简单，操作方便，污染少， 但是该方法研磨条件苛刻，采用微波辅助是一个很好的思路，目前仅限于实验室研究， 如果用于大规模工业化生产，微波固相法还需要设计特殊的微波反应容器。相比之下， 液相合成法研究比较广泛。沉淀法工艺简单，制造成本低，但是要制备粒径均匀的粉体需要加入分散剂， 并且控制沉淀速度，因其具体合成过程中的条件因素复杂，所以需要进一步研究各种影响因素的规律；水热法制备的HA结晶度好，但是设备昂贵，工艺条件非常苛刻；溶胶-凝胶法制备的HA化学均匀性好、纯度高、颗粒细，但是结晶度较差，烧结性也不好。反相微乳液法是制备尺寸均匀、 颗粒细小材料的理想方法， 并且可以方便地人为控制粒径大小。应在充分研究各种微乳体系的基础上解决彻底清除颗粒表面的油相和表面活性剂，并将其有效回收，从而为工业化大规模生产创造条件。作为合成方法的研究，今后应向多种方法交叉方向发展，努力寻求一种集各优势于一体的，并且具有低成本、高品质产品的适合于工业化生产的有效方法。 如前所述，生物材料是一种特殊的功能材料，利用它可以对有机体进行修复、替代与再生。生物医学材料研究的最终目的是用其能够替代或修复人体器官和组织，并实现其生理功能。 尽管目前制备生物材料的方法有很多，但是，每一种方法都各自有优点和技术局限性，成熟程度不同，一般认为物理方法构建的HA涂层构相不均匀、晶相不纯、涂层厚度不稳定、涂层与基体结合强度低；化学方法设计到基体的腐蚀、污染及环境污染等问题。当前的研究重点应该是结合动物实验，对已有的技术进行优化，从而推动生物材料的临床应用，大幅度延长生物材料的安全使用寿命。羟基磷灰石独特的化学组成和晶体结构，赋予其很多优异的性能，在工业废水治理、地方病的预防、环境湿度检测与监控、生物组织修复与替代等方面得到了广泛的应用。我国拥有丰富的磷资源，储量具世界第二位，其中磷块岩石占了约70%，羟基磷灰石在治理重金属离子和氟离子方面的应用为我国磷资源的应用提供了一条新的途径。对HAp纯度要求较高的材料，重要的解决办法就是发展成本较低的HAp合成方法，精确控制粉体粒径、形态和化学成分，制备烧结性能良好的陶瓷前驱体，并寻求合适的助熔剂如硅灰石等来降低烧结温度。羟基磷灰石是一种很有前途的人工骨替代材料 ,今后对其研究最热点将集中在如何提高其强度及有效的加工方法上 ,采用纳米技术和仿生复合材料技术可以有效地提高其强度性能,用先进制造技术可以得到高精度的人工骨。纳米级HAP作为一种新兴材料较普通级材料更利于成骨细胞的生理功能,在组织工程 、假体涂层和抗肿瘤研究中显示了广阔的前景,可望成为下一代骨科材料。目前纳米材料 的临床应用仍然有一定距离 ,其性能、微结构和生物学效应还需要系统的研究。此外如何使 HA复合材料的性能达到临床上适用于硬组织的修复或替代, 也是今后研究工作的重点。参考文献1 王周成，黄龙门.2006.金属基生物活性羟基磷灰石涂层材料的研究进展.硅酸盐通报.(1):57-62.2 李延红.2006.具有生物活性的羟基磷灰石及其复合材料的研究进展.安徽化工.(6):3-6.3 毕荣荣,丁海涛,万立骏，等.2010.纳米羟基磷灰石的制备及其在生物医学方面的应用.化学通报.(4):291-296.4 杨如增，杨满珍，廖宗延，等.2002.天然黑色电气石红外辐射特性研究.同济大学学报.30(2):183-187.5 储成林, 朱景川, 尹钟大, 等.1999.羟基磷灰石(HA)生物复合材料的研究进展.材料导报.13(2):51-54.6 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