骨折可以补块“陶瓷”？可植入人体的骨修复材料——磷酸钙陶瓷

随着生物学、材料学、解剖学等现代技术地不断发展，金属、合金、陶瓷、高分子、复合材料开始用于人体骨组织修复。其中，由钙磷组成的生物陶瓷材料已用于人体接近四十年。钙、磷元素是人骨组织的主要无机成分。

由于与人体骨组织的无机成分具有相似的 组成和结构，磷酸钙生物陶瓷具有良好的生物相容性， 生物活性，对人体无毒、无害，与人体细胞膜表层多糖和蛋白质以氢键结合，并且能牢固地结合于骨组织。磷酸钙生物陶瓷主要包括羟基磷灰石和磷酸三钙陶瓷两种。羟基磷灰石已被广泛用于人体骨组织修复，但长期临床观察结果发现羟基磷灰石陶瓷难降解，而磷酸三钙虽然可以降解，但是降解速率无法控制；由二者组成的复相陶瓷材料的降解性能主要依赖于磷酸三钙相含量的多少，但其降解程度仍然不佳。

(资料图片)

创伤、肿瘤、先天畸形及炎症所导致的骨缺损在临床上十分常见，该类缺损的发生不同程度地影响患者缺损部位的形态与功能，对患者正常生活和社交造成极大的不便，并产生较大的疾病负担。目前，临床上用于修复骨缺损的方法主要包括自体骨移植、异体骨移植及人工合成骨替代材料的植入。

生物陶瓷作为可直接用于人体及其相关的生物、医用、生物化学领域的陶瓷材料，需具备：生物相容性、力学相容性、与生物组织有优异的亲和性、抗血栓、灭菌性、良好的物理化学稳定性。被分类在生物活性陶瓷材料中的磷酸钙陶瓷材料因其具备良好的骨诱导性和生物降解性被研究人员作为人工合成骨替代材料的研究方向。

磷酸钙陶瓷的组成分类及特性：

**磷酸钙陶瓷（CPC）**属生物活性陶瓷，可分为磷酸三钙（β-TCP，α-TCP），羟基磷灰石（HA）和磷酸四钙，目前研究最广泛的是β-TCP和HA。

**羟基磷灰石（HA）**良好的生物相容性成骨活性已被大量研究结果证实，为近于自然骨主要无机组分的人工合成材料，具有良好的生物相容性和生物安全性，可与骨牢固结合，易于塑形。

**β-磷酸三钙（β-TCP）**具有良好的组织相容性，但植入体内后成骨能力不稳定。两种钙磷陶瓷的不同生物特性促使人们尝试将两者结合起来，使复合材料既保持良好的成骨活性，又具有较好的可降解性能，由此双相磷酸钙陶瓷（HA/β-TCP）的研究获得进一步推进。

**①骨诱导性：**磷酸钙生物陶瓷具有良好的生物相容性，作为人工骨材料，骨修复作用主要体现在骨传导性方面，可以为新骨的形成提供支架。

**②降解性：**有研究发现多孔HA具有一定的生物降解性，会发生物理化学溶解，材料的多孔结构使接触面积增大，加速了降解过程。纳米级HA可显著提高HA晶体的溶解性从而加快其降解性。与HA相比，β-TCP更易于在体内溶解，溶解度约比HA高10~20倍。而双相磷酸钙陶瓷的降解速度和程度与HA/β-TCP的比率有关，比率越大，材料的降解越快。

磷酸钙陶瓷的制备工艺：

（1）磷酸钙陶瓷粉末的制备

制备块状磷酸钙陶瓷的第一步是磷酸钙陶瓷粉末的制备，主要有湿法和固态反应法。湿法包括：水热反应法、水溶液沉淀法以及溶胶凝胶法，此外还有有机体驱热分解法、微乳剂介质合成法等各种制备工艺的研究目标是得到成分均匀、粒度微细的磷酸钙粉末。其中溶液沉淀法和溶胶凝胶法是目前有限使用的磷酸钙陶瓷粉末的制备工艺。

**①溶液沉淀法：**是通过含钙磷的反应物在溶液中的反应生成磷酸钙沉淀，将沉淀物过滤、洗涤和干燥而获得精细磷酸钙陶瓷粉末。

**②溶胶凝胶法：**是将反应物质制成溶液，通过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，即可获得磷酸钙粉末。

磷酸钙陶瓷粉末的制备工艺已经较为成熟，但我国目前还没有形成磷酸钙陶瓷粉末的批量生产能力。

（2）磷酸钙陶瓷的烧结

制备致密磷酸钙陶瓷的主要方法是粉末烧结技术。首先磷酸钙陶瓷粉末要制成需要的形状，然后再1000℃~1500℃进行烧结，以Ca与P原子比为1.67的磷灰石粉末为原料，可得到HA瓷；以Ca与P原子比为1.5的磷灰石粉末为原料，在900℃的烧结下可得到β-TCP陶瓷。后者情况要经历一个从磷灰石向β-TCP的相变过程。

双相磷酸钙陶瓷的应用研究：

双相磷酸钙陶瓷包括羟基磷灰石和磷酸三钙两种成分，由于其化学组成与骨组织的无机成分相似，且具有良好的生物相容性、生物活性和生物安全性，目前已被广泛应用在组织工程支架、种植体表面涂层、骨水泥、药物缓释载体等研究中，但双相磷酸钙陶瓷骨诱导的具体机制仍不明确，相同的双相磷酸钙陶瓷植入不同种属动物或同种动物体内后新骨形成存在种间及个体差异，目前尚不能制造出具有稳定骨诱导性的双相磷酸钙陶瓷；另外，双相磷酸钙陶瓷脆性较大，不能具备与骨组织相似的机械强度，因而限制了其应用。

近年来已有学者开始研究磷酸钙陶瓷和高分子聚合物（聚乙烯醇、聚酰胺、聚氨酯等）的复合物，应用溶解铸造法、冻干法、原位矿化法等将陶瓷与高分子聚合物结合在一起，制成具有一定孔隙结构的机械强度较高的复合物，并同时具有磷酸钙陶瓷的骨诱导性。

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