多孔球形羥基磷灰石合成工藝的研究進展

任麗英+李倩倩

摘 要：羥基磷灰石（HA）是自然骨的主要無機成分，具有機械性能好、對生物體無毒害性，另外，材料可降解、對環境無污染，是性能優異的無機材料。在骨組織修復、載藥、環境除污等應用領域都展現出獨特的性能和顯著的效果。本文介紹了多孔球形羥基磷灰石常見的制備方法，分析了各種合成方法制備的HA的形貌、特性及應用，歸納了常用合成法的優點和不足，展望了新型制備HA合成方法的前景和研究方向。

關鍵詞：多孔羥基磷灰石 水熱法 噴霧干燥法 仿生合成法

中圖分類號：TQ177.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0082-02

羥基磷灰石（HA）是人體骨主要無機成分，將其應用在生物體中具有天然的優勢，而且安全可降解。因此，被廣泛應用于骨組織修復及藥物緩釋載體等領域。在生物應用中，HA的晶粒、形貌和聚集狀態是影響其性能的重要因素。研究發現，棒狀的HA具有優良的分子吸附能力，球狀的HA則具有較好的力學性能和流變性能[1]。而多孔球形羥基磷灰石微球具有較大的比表面積、較多的藥物負載量及快速可控的移動性，而且還具有比其他材料更好的生物活性和力學性能。鑒于此，利用理化甚至是生物制備及合成方法，對HA的結構及性能進行改良和修飾，將為材料的合成及應用開啟更多的視角。

1 羥基磷灰石的合成方法

近年來，HA的合成法發展迅速，不同領域需要不同形貌、尺寸及性能的HA。多孔球形HA因為性能優越，可以合成許多具有特殊功能的材料。因此，研究并分析合成多孔球形HA具有重要意義。目前多孔HA微球的制備方法主要有以下幾種。

1.1 水熱法

水熱法是指在密閉容器中施加高溫高壓的條件，在水溶液中進行的化學反應。這種方法的優點是分散性好，晶體生長過程可控產物粒徑均勻，不會產生團聚現象。宋江鳳[2]等采用水熱法制備出不同形貌的羥基磷灰石，并從晶體生長動力學方面探討不同合成條件對羥基磷灰石形貌的影響機理。馬藝娟[3]等將Ca（NO3）2·4H2O和（NH4）2HPO4混合，添加丙酰胺及檸檬酸鈉合成了尺寸均一、分散性好的HA微球。與其他合成方法比較，用這種方法制備的羥基磷灰石含量很高，且在溶劑中分布均勻，粒徑小、分布范圍窄，但加熱既需要燃料又需要資金，更需要時間。

1.2 微波輔助法

微波輔助法是借助微波為反應提供能量，加快反應速率的合成方法。該法具有加熱速率快、反應速率快、時間短、能耗低等優點，近年來在材料制備領域已受到廣泛應用。張飛洋[4]等采用微波輔助法在AZ31鎂合金表面制備了植酸鎂/羥基磷灰石（PA/HA）復合涂層，同時研究了涂層的降解礦化行為。聶晶[5]等合成了在骨組織修復方面的應用材料多孔海藻酸鈉/羥基磷灰石（SA/HAP）復合微球，并探討了實驗條件對產物成分及形貌的影響。

1.3 噴霧干燥法

噴霧干燥法有三個步驟：首先是將反應溶液濃縮，當濃縮的溶液濃度在臨界范圍時進行第二步的霧化過程，得到液體小顆粒再進行第三步的加熱，迅速蒸干水分得到產物。這種方法的優點是產物分散性好、尺寸均勻，控制條件及步驟可得到納米級HA。黃凱兵等[6]分別用性能活潑的有機不飽和化合物為單體，再以環狀不飽和烴接連上合成羥基磷灰石的原料，將上述物質分散成小霧滴再高物去除水分得到了吸油性很好的中空HA微球。但是此法需要購置專業的設備，在實驗室不好開展。另外，制備的材料粒徑跨度大，不好控制。因此，雖然這種合成法的優勢很明顯，但還需要探索低成本的合成方法，進一步拓展它的應用領域。

1.4 沉淀法

沉淀法是在溶劑中加入沉淀劑，將反應物從溶劑中沉淀出來，再經洗滌除雜得到目標產物的方法。沉淀法制備羥基磷灰石操作簡單、成本低，但所制備的羥基磷灰石易發生團聚，在制備時應注意觀察及改善方法。王萍等[7]用均相沉淀改善沉淀團聚，成功制備出孔徑及尺寸均勻可控、純度高、分散性好的多孔HA微球。董盼盼[8]等以多孔支架材料設計制備了納米HA粉末，再經造孔、燒結、除雜等工藝得到不同含量比的多孔羥基磷灰石。

1.5 仿生合成法

仿生合成法，是指在反應環境中將反應物與一種對其生長及成核有引導作用的模板分子混合，來調控反應過程得到目標產物的合成法。這種合成法制得的材料比一般方法的功能性更好，但調控劑不容易尋找和制備，后期除雜麻煩。陳彰旭[9]在模擬體液（SBF）中調控仿生合成了與自然骨結構相似的羥基磷灰石（HA），有望在硬組織修補與替換、藥物緩釋等生物醫學工程領域得到廣泛應用，也為仿生合成其他生物礦物提供借鑒。嵇明翔[10]等以天然植物山藥作為反應物和模板，在常溫、常壓下仿生制備了羥基磷灰石生物復合物。

2 結語

HA的制備方法各有特點，但在制備時，我們需綜合考慮影響羥基磷灰石性質、尺寸的因素及經濟問題。成本、制備原料是對合成功能性更強的HA制備條件的要求。而在制備的羥基磷灰石分散性、柔韌性、尺寸及形貌等都將是羥基磷灰石及其復合材料的未來制備研究的方向，也是促進羥基磷灰石合成及制備方法發展的動力。每種合成方法都不是完美的，也不是固定不變的，因此，未來合成羥基磷灰石應考慮綜合利用各種制備方法，揚長避短。如合成方法的聯用，綜合優點制備性能滿足應用需求的HA。另外，目前材料的發展趨勢向功能性材料靠近，探究具有特殊功能的HA合成方法，將會大大拓展其應用領域。期許新型低成本制備功能性羥基磷灰石方法的發展。

參考文獻

[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] 宋江鳳，劉詠，張瑩.水熱法合成不同形貌羥基磷灰石[J].粉末冶金材料科學與工程，2010，15（5）：505-510.

[3] 馬藝娟，郝麗靜，杜紹龍，等.檸檬酸鈉調控水熱合成羥基磷灰石微球[J].無機材料學報，2014，29（3）：284-288.

[4] 張飛洋，蔡舒，凌瑞，等.微波輔助法制備鎂合金的植酸鎂/羥基磷灰石復合涂層及其耐蝕性能[J].復合材料學報，2017，2（3）：1-7.

[5] 聶晶，李湘南，劉小平.超聲輔助復乳法制備多孔海藻酸鈉/羥基磷灰石復合微球的研究[J].建材世界，2014，35（6）：1-5.

[6] 黃凱兵，肖俠，陳振華，等.噴霧干燥法制備微米-納米復合結構高吸油樹脂中空微球[J].功能材料，2009（8）： 1398-1402.

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[9] 陳彰旭.咪唑-1-乙酸殼聚糖支架仿生合成羥基磷灰石[J].化工新型材料，2017，45（6）：230-232，235.

[10]嵇明翔，謝安建，沈玉華.山藥汁液中羥基磷灰石生物復 合物的仿生合成[J].池州學院學報，2016，30（3）：35-38.endprint