中國粉體網訊  人體骨骼中形成的多孔結構，促進了骨骼形成與生長代謝中所需要化學物質之間的交流，并能很好地適應外界應力的改變。因此，制備模擬骨組織多孔結構的高生物活性復合陶瓷，對臨床人體骨骼形成缺失處進行修補，是組織工程中必須做到的。由于多孔磷酸鈣生物陶瓷是一類特性優異的人體硬組織修補材料，在植入人體后，利用它具有生物降解的特性，能逐漸維持新陳代謝以至于最后與人體骨骼融合為一體。因此，多孔磷酸鈣生物陶瓷作為人骨修復材料、骨組織工程支撐材料以及藥用載體的應用也會逐漸普及。

磷酸鈣生物陶瓷

磷酸鈣陶瓷是一類具有不同鈣磷比的生物活性陶瓷材料，目前研究得較多也相對較理想的磷酸鈣材料主要有3種：羥基磷灰石、磷酸三鈣、羥基磷灰石/磷酸三鈣復合而成的雙相磷酸鈣。此外，還包括磷酸四鈣等。

羥基磷灰石是骨骼和牙齒的重要組成部分，例如在人體骨骼中羥基磷灰石的質量含量為65%，在人的牙齒釉質中羥基磷灰石的質量含量則在95%以上。

磷酸三鈣又名正磷酸鈣，有高溫型的α相和低溫型的β相兩種晶型。由于β-磷酸三鈣是一種可緩慢降解的磷酸鈣陶瓷，其優良的生物相容性、骨傳導性和可吸收性能使其廣泛應用于骨科和牙科種植材料領域。

雙相磷酸鈣生物陶瓷作為骨修復材料同時具有羥基磷灰石的高強度、高生物活性、穩定性以及磷酸三鈣的吸收降解性能。雙相磷酸鈣陶瓷由于在降解速度和成骨性能方面上比單一的鈣磷陶瓷性能要好，因而備受人們的關注。

多孔磷酸鈣生物陶瓷的制備

在將生物醫學骨材料應用于臨床試驗階段前，先制備成各種不同結構的骨材料，而這種骨材料必須具備相應的三維多孔結構，是骨誘導的前提。孔隙率要求在60%以下，孔隙尺寸最好在200~400μm，并且孔隙通透性良好，同時孔室中存在著大量的微孔，而孔壁上大量的微孔也是材料誘導成骨的重要條件。

制備多孔生物陶瓷的方法需要能夠嚴格控制孔隙率、孔形貌、孔連通和孔徑大小等參數，同時成型工藝技術也是在研究多孔磷酸鈣生物陶瓷時需要深入研究的基礎技術之一。目前，制造多孔磷酸鈣生物陶瓷的主要工藝有水熱法和天然骨煅燒法、有機泡沫浸漬法、氣體發泡法、加入成孔劑法、模板法等。

（1）水熱法和天然骨煅燒法

水熱法制備多孔磷酸鈣生物陶瓷通常以珊瑚礁為原料，把珊瑚中的碳酸根置換成磷酸根，進而得到保留了珊瑚多孔骨架特征的輕基磷灰石（羥基磷灰石）。天然骨煅燒法還可以得到多孔羥基磷灰石陶瓷。

（2）有機泡沫浸漬法

有機泡沫浸漬法是將聚氨酯有機泡沫體放在預先混合好的漿體上，并反復多次排出氣體，使漿體完全浸漬于有機泡沫體，繼而將剩余的漿體去除，并通過反復滾壓，將漿體均勻地涂覆于有機泡沫體的表面上，再進行高溫干燥、燒結，最終可以得到一個三維貫通的多孔陶瓷結構。

（3）氣體發泡法

該工藝技術主要是在陶瓷成分中先加入有機化合物或無機化合物，再利用化工反應等形成氣體揮發而形成氣孔，晾干后再制作為多孔復合陶瓷體。氣體發泡法的主要工序，是利用氣體發泡劑在熱過程中的溶解、燃燒以及揮發而形成空氣，實現成孔的目的。

（4）添加造孔劑法

添加造孔劑法是在支架前驅體或坯體中添加造孔劑，然后通過煅燒或者浸泡法將造孔劑除去而制備出多孔支架的方法。該方法的關鍵在于造孔劑種類、用量、大小的選擇上，造孔劑的多少、形狀、大小及分布決定著孔隙率的大小、孔隙的形貌、孔徑大小及其分布。優點是可以制備出復雜形狀和形貌的多孔支架，缺點是孔連通性低和易產生閉孔。造孔劑根據排除方式的不同，可以分為加熱分解造孔劑和浸泡溶出造孔劑。

（5）模板法

模板法就是利用前驅體或者多孔模板來制備多孔支架的方法，其原理就是利用可燃盡的多孔載體（例如有機泡沫）來吸附料漿，干燥后在高溫下燒掉載體材料而形成孔隙結構。模板法的一個關鍵之處是如何將漿料中的材料粘附到有機泡沫上，已經開發出例如調整泡沫壁大小、提高漿料固載量、離心法等將材料掛到泡沫上。

（6）冷凍干燥法

冷凍干燥法的原理就是將支架在低溫下凍結到共晶點以下，使支架中的水分變成固態的冰，然后在適當的真空條件下，緩慢升溫，使冰直接升華為水蒸氣，從而得到多孔支架。冷凍干燥的多孔支架在升華過程中，物理結構和化學機構幾乎不變，支架能夠保持原有的固體結構和形態。在升華過程中，固體冰晶升華為水蒸氣后在支架中留下孔隙，形成海綿狀多孔結構。真空干燥時在低溫和真空條件下進行，生物材料的熱變形小，可以最大程度地保證支架的生物活性。

（7）三維設計快速成型技術（RP）

RP是一門引入了離散堆積原理的數字化成型工藝技術，能夠生產任何復雜形態的三維空間實物材料。在這里，噴射和擠出成型工藝技術更加適用于各種材料的相對環保要求嚴格、物質成分繁雜的骨組織工程復合材料的生產成形。RP可以實現在傳統工藝中所無法實現的200~500μm級別的高度可控孔隙結構，還可以實現孔洞內部的充分流通。但這種工藝技術尚需要很長的時日才能真正應用于臨床。

（8）擠出成型法

擠出成型法是陶瓷制備過程中一種廣泛使用的成型工藝技術，其產品范圍從建筑磚到高性能的催化劑載體，都可通過這種擠出成型法工藝技術來制造。擠出成型法可用來制備具有中空結構和蜂窩結構的陶瓷制品。用擠出成型法制備蜂窩狀生物陶瓷，目前為止在生物材料制備領域還尚未見到相關報道。

小結：

磷酸鈣生物陶瓷的孔結構（包括實體、直通孔、三維連通孔和多級孔）對磷酸鈣支架的理化性能、體外降解性能和細胞生物學性能的影響很大，可通過調整合成方法和造孔劑，改善其性能。盡管多孔磷酸鈣陶瓷在骨植入方面展現出許多潛能，但是從臨床效果來看，仍存在著許多不足，需要研究者們進一步解決。對此，加強對多孔磷酸鈣生物陶瓷制備工藝的優化及研究，加強氣孔尺寸、分布形狀等方面的可控性，可為磷酸鈣生物陶瓷用于骨缺損修復等提供更廣泛的支持。

參考來源：

1、彭小英，吳俊宏等.淺談多孔磷酸鈣生物陶瓷制備的研究進展

2、馮勝雷.結合擠出成型法和造孔劑法制備蜂窩狀多孔磷酸鈣生物陶瓷及其結構與性能

3、張灝，陳峰等.磷酸鈣生物陶瓷在骨及軟骨組織工程中的應用

4、李忠杰，李邵波.磷酸鈣人工骨修復骨缺損的研究進展

（中國粉體網編輯整理/青黎）

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