羥基磷灰石生物陶瓷材料發(fā)展與應(yīng)用

O李清松(貴州大學(xué) 貴州貴陽(yáng) 550025)

羥基磷灰石生物陶瓷材料發(fā)展與應(yīng)用

O李清松
(貴州大學(xué) 貴州貴陽(yáng) 550025)

本文以羥基磷灰石生物陶瓷材料發(fā)展與應(yīng)用為研究課題，結(jié)合羥基磷灰石生物陶瓷材料發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)羥基磷灰石生物陶瓷材料應(yīng)用缺陷，提出羥基磷灰石生物陶瓷材料未來(lái)發(fā)展路徑，旨在為羥基磷灰石生物陶瓷材料更為廣泛的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

羥基磷灰石；生物陶瓷；發(fā)展與應(yīng)用

羥基磷灰石生物陶瓷材料屬于表面活性材料，憑借其良好的生物活性與生物體硬組織在化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)方面十分相似。羥基磷灰石生物陶瓷材料同時(shí)具有較好的生物相容性，能夠與人體或者動(dòng)物骨骼形成較強(qiáng)的化學(xué)組合，發(fā)揮骨傳導(dǎo)作用，用作骨缺損的充填材料。羥基磷灰石生物陶瓷材料生物活性好，植入人體后對(duì)組織無(wú)刺激和排斥作用，為人體或者動(dòng)物骨骼中新骨的形成提供支架，是理想的硬組織替代材料。近年來(lái)，羥基磷灰石生物陶瓷材料的應(yīng)用價(jià)值不斷得到開(kāi)發(fā)，其自身存在的力學(xué)性能差、自身強(qiáng)度低、韌性不足等缺陷逐漸暴露出來(lái)，限制了羥基磷灰石生物陶瓷材料應(yīng)用的廣泛性，難以滿足醫(yī)學(xué)要求。如何能獲得羥基磷灰石生物陶瓷材料力學(xué)性能、生物相容性與材料壽命的完美結(jié)合是材料學(xué)家們探討的問(wèn)題。

一、羥基磷灰石生物陶瓷材料發(fā)展

1.羥基磷灰石生物陶瓷材料概述

羥基磷灰石作為人體和動(dòng)物骨骼中的重要無(wú)機(jī)成分，在人體骨骼中占據(jù)重要的地位。據(jù)了解，羥基磷灰石占人體骨骼的60%，在齒骨中的比重則高達(dá)97%。長(zhǎng)期以來(lái)，醫(yī)學(xué)界采用有機(jī)高分子、金屬等生物材料作為齒骨的替代材料，這些生物材料由于與自然骨成分完全不同，在適應(yīng)性和相容性方面無(wú)法很好的滿足人體的基本需求。羥基磷灰石生物陶瓷材料則在替代齒骨方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，不僅具有良好的生物相容性和傳導(dǎo)性，能夠與人體骨骼和動(dòng)物骨骼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且沒(méi)有毒副作用，無(wú)刺激性，無(wú)致敏性，無(wú)致癌性和突變性等，因此是充填骨缺損的最為理想材料?；诖?，羥基磷灰石生物陶瓷材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有了廣泛的研究，也被頻繁的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床上，并取得了一定的成效。

2.羥基磷灰石生物陶瓷材料發(fā)展現(xiàn)狀

憑借其良好的生物活性和生物相容性，羥基磷灰石生物陶瓷材料逐漸成為最佳的增強(qiáng)材料之一，在硬組織替代、材料修復(fù)方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，對(duì)生物陶瓷材料的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的推動(dòng)作用。據(jù)報(bào)道，生物陶瓷材料的年?duì)I業(yè)額已經(jīng)高達(dá)120億美元/年，而羥基磷灰石生物陶瓷材料等人體硬組織替換材料的營(yíng)業(yè)額占到生物陶瓷材料年?duì)I業(yè)額的19．2%。并且，人體硬組織替換材料的營(yíng)業(yè)額每年均在以7%-12%的速度不斷增長(zhǎng)。隨著全球老齡化發(fā)展，人體硬組織替換材料的應(yīng)用價(jià)值不斷凸顯，引起了醫(yī)學(xué)界、學(xué)術(shù)界及社會(huì)各階層的廣泛關(guān)注。而作為理想的硬組織替代材料之一的羥基磷灰石生物陶瓷材料必要受到關(guān)注和重視。

但是，隨著羥基磷灰石生物陶瓷材料的發(fā)展，羥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時(shí)，羚基磷灰石生物陶瓷材料在力學(xué)性能方面存在的問(wèn)題開(kāi)始凸顯出來(lái)，這成為羚基磷灰石生物陶瓷材料進(jìn)一步應(yīng)用的阻礙。為了充分發(fā)揮羥基磷灰石生物陶瓷材料優(yōu)勢(shì)，拓寬羚基磷灰石生物陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域，學(xué)者們采用多種工藝，結(jié)合羚基磷灰石生物陶瓷材料性能開(kāi)發(fā)多種羚基磷灰石生物陶瓷復(fù)合材料和納米材料，以期實(shí)現(xiàn)羚基磷灰石生物陶瓷材料達(dá)到力學(xué)性能、生物性能和材料壽命的完美結(jié)合，并取得了突破性進(jìn)展。

二、羥基磷灰石生物陶瓷材料應(yīng)用

羥基磷灰石生物陶瓷材料憑借其良好的生物相容性，在人體內(nèi)和動(dòng)物體內(nèi)能夠與骨骼進(jìn)行緊密結(jié)合。并且能夠在體液的作用下會(huì)部分溶解，同時(shí)羥基磷灰石生物陶瓷材料被人體吸收、利用，生長(zhǎng)出新的組織，實(shí)現(xiàn)骨骼的內(nèi)部傳導(dǎo)。除此之外，羥基磷灰石生物陶瓷材料具有較強(qiáng)的吸附能力，較好的生物活性和較大的表面積以及高度的溶解性，在很多領(lǐng)域具有重要的潛在價(jià)值，具體來(lái)說(shuō)，羥基磷灰石生物陶瓷材料主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：

1.生物診斷和生物檢測(cè)

在生物診斷和生物檢測(cè)中，細(xì)胞和活體的熒光成像具有重要的作用。羥基磷灰石的納米顆粒組成相對(duì)簡(jiǎn)單，在具體合成中能夠吸入有機(jī)熒光分子和部分發(fā)光基因，同時(shí)，羥基磷灰石也是常用的生物成像試劑之一，可以用于生物診斷和生物檢測(cè)中。

2.基因和藥物傳遞以及免疫治療

羚基磷灰石生物材料納米顆粒具備獨(dú)特的多孔組織結(jié)構(gòu)，持久的釋放性以及良好的生物活性，被廣泛的應(yīng)用在藥物傳遞、基因傳遞和腫瘤治療中。并且，利用羚基磷灰石生物材料負(fù)載治療用藥物時(shí)能夠預(yù)防藥物活性成分的降解，控制釋放速度，提高藥物性能。

3.骨組織工程

羥基磷灰石生物陶瓷材料憑借其良好的生物相容性，較強(qiáng)的吸附能力，較好的生物活性和較大的表面積以及高度的溶解性，能與骨骼形成牢固的化學(xué)結(jié)合，在替代人工骨和人工口腔材料方面具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。為了擴(kuò)大羥基磷灰石生物陶瓷材料在骨組織工程中的應(yīng)用范圍，滿足多樣化的需求，羥基磷灰石生物陶瓷材料開(kāi)始與多種材料進(jìn)行復(fù)合，增強(qiáng)羥基磷灰石生物陶瓷材料的機(jī)械性能。羥基磷灰石生物陶瓷材料與其他材料的復(fù)合不僅保留了羥基磷灰石生物陶瓷材料天然骨的類似結(jié)構(gòu)，而且充分發(fā)揮了其生物相容性的優(yōu)勢(shì)，提高了復(fù)合材料的加工性能和可生物降解性，從而形成理想的骨組織替代材料。

4.穿皮器件及軟組織修復(fù)

羥基磷灰石生物陶瓷材料憑借其良好的生物相容性，高度的溶解性，植入體內(nèi)后能與組織在界面上形成化學(xué)鍵性結(jié)合，不僅安全，無(wú)毒，還能傳導(dǎo)骨生長(zhǎng)，是典型生物活性陶瓷。羥基磷灰石生物陶瓷材料具有較強(qiáng)的吸附能力，使骨細(xì)胞附著在其表面，隨著新骨的生長(zhǎng)。并且通過(guò)晶體外層成為骨的一部分，新骨以從結(jié)合處孔隙攀附生長(zhǎng)。

將羥基磷灰石生物陶瓷材料進(jìn)行表面涂層處理，植入人體后，人體骨骼能夠及時(shí)與羥基磷灰石生物陶瓷材料表面進(jìn)行融合、沉淀，并與羥基磷灰石生物陶瓷材料的鈣、磷離子形成化學(xué)鍵，加強(qiáng)羥基磷灰石生物陶瓷材料與骨骼的緊密融合。將羥基磷灰石生物陶瓷材料植入肌肉或韌帶等軟組織中，微毛細(xì)管和無(wú)炎性細(xì)胞不復(fù)存在。當(dāng)羥基磷灰石生物陶瓷材料用作穿皮種植時(shí)，能夠與上皮組織進(jìn)行密和，防止細(xì)菌感染和炎癥。由此可知，羥基磷灰石生物陶瓷材料可以應(yīng)用于軟組織修復(fù)和穿皮器件，并具有良好的應(yīng)用效果。

綜上所述，羥基磷灰石生物陶瓷材料不僅可以用于生物診斷、生物檢測(cè)，基因和藥物傳遞以及免疫治療，還能夠應(yīng)用于骨組織工程、穿皮器件及軟組織修復(fù)中，是理想的人體硬組織替換材料。同時(shí)，羥基磷灰石生物陶瓷材料憑借其良好的生物相容性、生物活性，高度的溶解性，較強(qiáng)的吸附能力已經(jīng)成為生物陶瓷材料中最佳的增強(qiáng)材料。隨著羥基磷灰石生物陶瓷材料不斷發(fā)展和應(yīng)用，必將在人體硬組織替換和修復(fù)材料的發(fā)展中遠(yuǎn)走越遠(yuǎn)。

三、羥基磷灰石生物陶瓷材料未來(lái)發(fā)展建議

雖然羥基磷灰石生物陶瓷材料在研究領(lǐng)域和實(shí)踐應(yīng)用領(lǐng)域取得了較大的成就，但是仍然存在很多問(wèn)題。因此，有必要對(duì)羥基磷灰石生物陶瓷材料發(fā)展中存在的不足進(jìn)行梳理，并提出羥基磷灰石生物陶瓷材料未開(kāi)發(fā)展建議。

1.羥基磷灰石生物陶瓷材料發(fā)展不足

羥基磷灰石生物陶瓷材料作為人工齒根、頜骨、骨填充材料等方面的研究取得了很大的進(jìn)展，并逐步投人臨床應(yīng)用獲得了成功。但是，羥基磷灰石生物陶瓷材料由于其自身強(qiáng)度低、韌性及力學(xué)性能差等缺陷而限制了其應(yīng)用的廣泛性，這正是羥基磷灰石生物陶瓷材料面臨的、需要解決的重要問(wèn)題。雖然目前實(shí)現(xiàn)了羥基磷灰石生物陶瓷材料致密，致密羥基磷灰石生物陶瓷材料具有一定的可加工性，在臨床使用中極為方便，但因致密羥基磷灰石生物陶瓷材料植入人體內(nèi)后，只能在表面形成骨質(zhì)，缺乏誘導(dǎo)骨形成的能力，僅可作為骨形成的支架，主要用于人工齒根種植體。而多孔羥基磷灰石生物陶瓷材料的力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生物種植體在體內(nèi)的種植要求，植入人體中壽命較短。因此，應(yīng)該結(jié)合羥基磷灰石生物陶瓷材料的不足，探討其未來(lái)發(fā)展路徑。

2.羥基磷灰石生物陶瓷材料發(fā)展建議

羥基磷灰石生物陶瓷材料產(chǎn)業(yè)是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品和技術(shù)更新?lián)Q代周期短，通常僅10年左右。因此，羥基磷灰石生物陶瓷材料應(yīng)該保持技術(shù)的先進(jìn)性和產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和升級(jí)，促進(jìn)羥基磷灰石生物陶瓷材料的進(jìn)一步發(fā)展。

羥基磷灰石生物陶瓷材料憑借較好的生物活性，良好的生物相容性，較強(qiáng)的吸附能力和高度的溶解性等天然優(yōu)勢(shì)，可以廣泛的應(yīng)用于生物診斷、免疫治療、骨組織替代、軟組織修復(fù)等方面。但是羥基磷灰石生物陶瓷制品生產(chǎn)成本高、后期處理工藝復(fù)雜等問(wèn)題不可忽視。

當(dāng)前，我國(guó)科研機(jī)構(gòu)和高校對(duì)羥基磷灰石生物陶瓷材料開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的研究較多，但是真正實(shí)現(xiàn)科研轉(zhuǎn)化的卻十分缺乏，致使羥基磷灰石生物陶瓷材料的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和應(yīng)用受阻。因此，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)羥基磷灰石生物陶瓷材料的科研成果轉(zhuǎn)化，通過(guò)開(kāi)發(fā)羥基磷灰石生物陶瓷材料應(yīng)用創(chuàng)新渠道，加大對(duì)羥基磷灰石生物陶瓷市場(chǎng)的占有率。具體來(lái)說(shuō)，就是將羥基磷灰石生物陶瓷材料理論研究與實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)合起來(lái)，加大對(duì)羥基磷灰石生物陶瓷材料制作技術(shù)、復(fù)合新材料等新興的材料的研發(fā)和應(yīng)用，拓寬羥基磷灰石生物陶瓷材料在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用領(lǐng)域。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)羥基磷灰石生物陶瓷材料進(jìn)行分析，羥基磷灰石生物陶瓷材料具有良好的生物相容性，廣泛應(yīng)用與生物診斷和生物檢測(cè)、基因和藥物傳遞以及免疫治療、骨組織工程、穿皮器件及軟組織修復(fù)等領(lǐng)域。但是存在自身強(qiáng)度低、韌性及力學(xué)性能差等缺陷。因此，應(yīng)該加強(qiáng)羥基磷灰石生物陶瓷材料力學(xué)性能和制作工藝方面的研究，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)羥基磷灰石生物陶瓷材料的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。

[1]崔福齋，郭牧遙.生物陶瓷材料的應(yīng)用及其發(fā)展前景[J].藥物分析雜志，2010，07：1343-1347.

[2]張艷麗.生物陶瓷材料及其發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].中國(guó)陶瓷，2007，03 ：14-17.

[3]陳美雄，林業(yè)武.復(fù)合材料人工骨在骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)，2007，48：9797-9800.

[4]尼加提.吐?tīng)栠d，張曉倩，焦倩倩，吳佩玲.羥基磷灰石生物陶瓷在上頜前牙拔牙位點(diǎn)保存的臨床應(yīng)用[J].中華實(shí)用診斷與治療雜志，2013，03：234-236.

[5]金祎，郭洪暄.羥基磷灰石生物陶瓷材料的制備及發(fā)展前景[J].廣東化工，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

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