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多孔羟基磷灰石生物陶瓷的制备与应用

作者:admin 时间:2021-06-30 阅读量:

羟基磷灰石(HA)是一种具有良好应用前景的无机生物矿物材料,它是人体和动物骨骼的主要无机成分,因此具有良好的环境相容性和生物活性,在生物医用材料、环境功能材料、湿敏半导体材料、催化剂载体以及抗菌功能材料等方面有着广泛的应用。

多孔羟基磷灰石是通过某种制作工艺,在制备羟基磷灰石生物陶瓷过程中使其内部具有多孔的结构。多孔结构的羟基磷灰石除具有一般陶瓷的优良性能外,因具有大孔和微孔结构而具有骨传导性,植入人体后,将被体液溶解和组织吸收而导致解体,且多孔羟基磷灰石材料还具有一定的吸附能力,因此,该材料在众多生物材料中脱颖而出,被广泛应用于生物医学方面,主要包括骨组织工程的修复及药物释放载体材料。

 

多孔羟基磷灰石生物陶瓷的制备

 

有机泡沫浸渍法

 

有机泡沫浸渍法是一种用泡沫塑料浸渍泥浆再经高温处理而制备多孔陶瓷的方法,其基本原理是利用可燃尽的多孔载体吸附陶瓷浆料,然后在高温下将载体材料燃尽而形成孔隙结构,从而得到多孔陶瓷。

 

该法工艺简单,成本较低,制得的多孔羟基磷灰石生物陶瓷孔隙率高,且气孔相互贯通,孔径可通过母体泡沫和浆料涂层厚度加以控制。但有机泡沫浸渍法也存在许多缺点:多孔体强度普遍偏低,离临床应用尚有很长一段距离;成型性差,在烧结过程中孔隙容易坍塌而导致粉化;受泡沫载体的限制,制品形状单一。

 

添加造孔剂法

 

添加造孔剂法是发展最早、也是最常见的多孔羟基磷灰石生物陶瓷制备工艺。通过将HA粉料与造孔剂球磨混合、再经模压成型、加热烧蚀或熔化分解产生气体获得多孔结构。其基本原理是在制备陶瓷坯体时在其中加入造孔剂,在后期高温处理时造孔剂被燃尽或者挥发,这样就在陶瓷中留下孔隙。

 

添加造孔剂法可以根据造孔剂的形状大小不同制得孔径不同、形状各异的多孔羟基磷灰石生物陶瓷,但是该工艺由于前期的混料问题和造孔剂用量的多少和种类的选择,一般制得的多孔陶瓷孔隙分布不够均匀,孔径大小不均一,孔隙之间的连通性差。

 

凝胶注模成型法

 

凝胶注模成型法该通过将HA粉料与分散剂混合形成稳定的悬浮液,再加入有机单体,在一定条件下发生聚合反应完成固化过程,得到的坯体强度高,收缩率低,是制备高机械性能、孔结构可控的多孔羟基磷灰石生物陶瓷比较理想的一种方法。凝胶注模法够快速生产大规格、高可靠性、复杂形状的多孔陶瓷制品

 

发泡法

 

发泡法是指将高温下能分解或发生化学反应产生气体的化学物质与羟基磷灰石粉体混合制成浆料,然后成型,在一定温度下加热处理发泡,最后烧结形成多孔陶瓷,这种方法要求成孔剂和发泡剂的残留不会影响陶瓷的性能和组成,或者残留物经过简单的水洗可以去除。

 

骨架复制法

 

骨架复制法的原理是利用骨骼或者类骨骼物质的多孔结构,经过除杂后混入羟基磷灰石,制得多孔羟基磷灰石生物陶瓷。骨架复制法包括复制法和水热合成法,骨架复制法虽然制得的多孔羟基磷灰石生物陶瓷具有天然的骨相似结构,但是孔径形状单一,具有局限性,且制作工艺成本较高,制得的陶瓷力学性能差。

 

水热热压法

 

水热热压法是指将一定量的氢氧化钙和磷酸氢铵置于高压反应釜中,在一定温度和压力下水热热压发生反应,产生的NH3造成多孔羟基磷灰石的大孔。这种方法制得的多孔HA具有较高的抗压强度、较高的气孔率和较大的气孔尺寸。

 

多孔羟基磷灰石生物陶瓷的应用

 

在骨组织工程中的应用

 

多孔羟基磷灰石具有独特的骨架结构,植入人体时更有利于生物组织器官的长入,其相同贯通的孔隙结构有利于组织溶液的微循环,为新骨的生成提供营养,而且能促进纤维组织和新骨的结合和生长,是一种性能优良的软骨或硬骨的替代材料。

 

在药物载体方面的应用

 

多孔纳米羟基磷灰石有以下特点:第一,多孔纳米羟基磷灰石具有很大的表面积,因而有很强的吸附和承载能力;第二,多孔纳米羟基磷灰石作为药物载体十分安全,因为其与人或动物的骨骼、牙齿成分相同,且不为胃肠液所溶解,在释放药物后可降解吸收或全部随粪便排出;第三,多孔纳米羟基磷灰石在生成过程中很方便引入放射性元素,可用于癌细胞的灭活。

 

在生物诊断和生物检测方面的应用

 

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。