纳米羟基磷灰石的制备及其在医学领域的应用漳州师范学院化学与环境科学系08科学教育摘要：生物陶瓷纳米羟基磷灰石在自然界中以自然骨、牙中的无机矿物成分为主要形式。

人工合成的纳米羟基磷灰石材料具有与自然矿物相似的结构、形态、成分，表现出良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于医学领域。

本文综合论述了纳米羟基磷灰石在物理化学方面的应用并对其在医学领域的应用进行了详细的论述和展望。

关键词：纳米羟基磷灰石、医学领域、合成方法及应用Abstract：Biological nanometer hydroxyapatite ceramics in nature to natural bone and tooth the inorganic mineral composition as the main form. Synthetic nano hydroxyapatite orbital implant material has and natural mineral similar structure、shape、composition、show good biocompatibility and biological activity，widely used in medical field. The paper discusses the nano hydroxyapatite in physical chemistry and its application in medical field of applied discussed in detail and prospected.Keywords: nano hydroxyapatite，medical field，synthesis method and application1.n-HA简介羟基磷灰石的化学式为Ca10 ( PO4) 6 (OH)2，简称HA，属六方晶系，晶格参数为a = b = 0 .9421nm、c = 0 . 6882nm。

密度为3.16g/cm3，性脆，折射率是1.64～1.65。

微溶于纯水，呈弱碱性(pH = 7～9)，易溶于酸而难溶于碱。

HA是强离子交换剂，分子中Ca2 +易被Cd2 +、Hg2 +等有害金属离子和Sr2 +、Ba2 +、Pd2 +等重金属置换，还可与含羧基(COOH)的氨基酸、蛋白质、有机酸等交换反应。

按照分子式计算HA的理论Ca/P 值为1.67[1]。

羟基磷灰石晶体为六方晶系，属L6PC对称型和P63/m空间群，其结构为六角柱体，与C轴垂直的面是一个六边形，a、b轴夹角120°，晶胞参数a0=0.943~938 nm，c0=0.688~0.686 nm，单位晶胞含有10个Ca2+、6个PO43-和2个OH-。

其中OH-位于晶胞的4个角上，10个Ca2+分别占据2种位置，4个Ca2+占据CaⅠ位置，即z=0和z=1/2位置各2个，该位置处于6个O组成的Ca-O八面体的中心。

6个Ca2+处于CaⅡ位置，即z=1/4和z=3/4位置各有3个，位置处于3个O组成的三配位体中心。

6个PO43-四配位体分别位于z=1/4和z=3/4的平面上，这些PO43-四面体的网络使得羟基磷灰石结构具有较好的稳定性，如图1[2]。

羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）是动物和人体骨骼的要无机矿物成分，具有良好的生物活性和生物相容性。

当羟基磷灰石的尺寸达到纳米级时将现出一系列的独特性能，如具有较高的降解和可吸收性。

研究表明：超细羟基磷灰石颗粒对多种癌细胞的生长具有抑制作用，而对正常细胞无影响。

因此纳米羟基磷灰石的制备方法及应用研究已成为生物医学领域中一个非常重要的课题，引起国内外学者的广泛关注[4]。

2.纳米羟基磷灰石的合成2.1合成方法简介：纳米羟基磷灰石的制备方法纳米羟基磷灰石的制备方法有许多种，通常可分为湿法和干法。

湿法包括沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、超声波合成法及微乳液法等。

干法为固态反应法等[2 ]。

2.2 纳米HA的制备[3]2.2 .1 实验药品磷酸:北京化工厂;氢氧化钙:上海凌峰化学试剂有限公司;溴化钾、乙醇:北京化工厂。

以上均为分析纯。

2.2.2 实验仪器数显电动搅拌机: D SX290 型，杭州仪表电机有限公司;恒流泵:Sxl23278 型，金坛市金城国胜实验仪器厂;透射电子显微镜: HITACHI2800型，日本日立公司生产;X 射线衍射仪: D/ ma x .2500 . PC 型，日本Ri ga k u公司生产;红外光谱仪: Pre sti ge221型，美国尼高丽公司;冷冻干燥机: D55053 型，美国西蒙公司。

2.2.3 n-HA 制备称取一定量的Ca(OH)2加入到500mL蒸馏水中，用搅拌器强烈搅拌使之混合均匀直至Ca(OH)2在蒸馏水中不团聚，而呈更细小颗粒分布，形成0 . 25 mol/ L 石灰水悬浮液。

设定反应体系n( Ca )∶n ( P) > 1 .67 的情况下，用恒流泵将200 mL C( H3PO4)= 0.3 mol/L的磷酸水溶液以1mL / min的速度滴入高速搅拌的C Ca ( O H )2= 0.25mol/L的500mL氢氧化钙/水悬浊液中，整个反应体系恒温在50～55℃。

反应中控制加料速度以维持一定的 pH 值，待全部滴加完毕后再恒温搅拌10h ，然后将反应液的温度降至室温陈化 12h 。

将白色胶状沉淀过 滤后用去离子水洗涤3次完全除去残留的可溶性杂质(PO 43-和Ca 2+等)，过滤后在-50℃ 的冷冻干燥机中冻干48 h ，得到白色的 n-H A 。

反应方程式 : 10Ca(OH)2+6H 3PO 4=Ca 10 ( PO 4 ) 6 (OH) 2+18H 2O2.3测试表征[3]X 射线衍射(XRD)测试条件为:铜靶K α射线(λ= 0.154 nm)，管压40 kV ，管流 200 mA ，扫描速5°/ min ，测量范围为10°～60°;傅立叶变换红外光谱:采用溴化钾压片法，分辨率 4cm -1，扫描范围为400～4000cm - 1;扫描电镜电子显微镜:将n-HA 粉末喷金处理，在扫描电子显微镜进行观察并拍照。

图2为不同搅拌速率下合成的HA 粉末的FT-IR 谱图。

3430cm -1处的吸收峰是由氢键缔合的OH -伸缩振动峰，566、604和 1040cm -1处的强吸收峰源于 PO 4 3 -基团振动引起的 ，而吸收峰的强度非常强。

1630和3640cm - 1附近的吸收峰归属于HA 表面吸附的水引起的，这可能是由于纳米HA 表面容易吸收空气中的水分。

值得注意的是，图2(a) (b)中 876 cm- 1处的吸收峰是 PO 42-造成的，1430 cm -1附近出现了CO 32-的吸收峰，表明CO 32-进入了 HA 晶格，取代了 HA 晶格中的PO 4 3 -基团 ，但含量很少天然骨中的无机组分HA 晶体是含有CO 32-的碳酸盐磷灰石(CHA) ，这说明实验中制得的 HA 纳米晶体与人骨的组分更为相似。

有研究发现晶格中图2 不同搅拌熟虑下合成HA 的FT-IR 谱图 a=700r/min b=1000r/min c=2000r/minCO32-离子对HA颗粒具有加速生物降解的作用，使HA材料在人体生理环境下会发生物理化学溶解，或发生化学变化而分解成较小的颗粒。

这一特性有利于CHA作为骨组织工程材料在临床上的应用。

而在图2中这两个吸收峰非常微弱，表明提高搅拌速率，生成的产物比较纯净。

图3 为不同搅拌速率下合成的HA粉末的XRD谱图。

由图3可知，不同搅拌速率合成的HA的衍射图谱在衍射峰的位置和数量上基本一致，与标准谱图(CPDS 0920432)对照表明生成的产物均为HA。

不同搅拌速率下合成HA 颗粒的平均结晶尺寸可用公式(1)计算，结果见表2。

由表2可知，搅拌速率< 1000 r/min时生成的HA粒子不是纳米粒子，当搅拌速率>1000r/min时，HA颗粒的结晶尺寸随搅拌速率的增大而减小，表明晶体在较高的搅拌速度下成核速率快，核生长速度慢，晶核的粒度小，结晶多。

反之，搅拌速率低，晶体的粒度变大。

2.4 最佳工艺条件下n-HA的表怔反应温度控制在50～55℃，搅拌速率为2000 r/min时所得产品冷冻干燥后的XRD和SEM结果见图4、图5。

从图 4 可以看出各衍射峰已经基本没有重叠现象，衍射峰变得较为尖锐，峰形较强，也没有其它杂质的衍射峰出现。

这说明此时粉体的结晶程度已经很高，晶型也很完善。

由图5可以看出采用冷冻干燥法避免了高温煅烧，得到了分散性较好的n2HA 粉末，直径为20～25 nm ，长度75～80nm ，其分散均匀 ，没有严重的团聚现象。

3．纳米羟基磷灰石的应用[4]3.1纳米羟基磷灰石作为药物载体HAP 粒子有良好的组织相容性、无毒、无免疫原性比表面积大，生物粘附性强且能结合和传递大分子药物吸附药物量大，具备了药物载体的基本要求。

羟基磷灰石作为药物载体系统能提高药物在生物膜中的透图4 n-HA 粉体的X 射线衍射图图5 n-HA 粒子的 SEM 图过性，有利于药物透皮吸收并发挥在细胞内的药效。

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，且不为胃肠液所解，在释放药物后可降解吸收或全部随粪便排出，此外，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。

3 . 2纳米HAP的抗肿瘤机制纳米HAP可以作用于细胞膜，可增加细胞液中Ca2+的浓度。

当肿瘤细胞外存在HAP等纳米粒子钙池时，其超强钙摄入能力可导致过多Ca2+摄入，出现毒性，从而抑制其生长;还可诱导细胞周期阻滞和凋亡，HAP使Bel-7402人肝癌细胞增殖阻滞G1期，阻断细胞周期的进展，导致肿瘤细胞胀亡；对端粒酶活性也有影响，纳米HAP有抑制肿瘤细胞的端粒酶基因的表达，下调端粒酶活性的作用。

3.3作为硬组织修复材料纳米HAP—高分子复合材料通过对天然硬组织的模仿，成功地解决了常规HAP生物陶瓷抗弯强度低、脆性大、在生理环境下抗疲劳性不好等临床应用中遇到的问题，因此在硬组织修复领域有着广阔的应用前景。

3 .4纳米羟基磷灰石与天然高分子材料的生物复合纳米羟基磷灰石/天然高分子复合生物材料，包括纳米羟基磷灰石与胶原、骨形态发生蛋白、多糖类材料进行的复合，因各天然高分子材料的特性不同，复合而成的生物材料也具有各自的特点。

黄永辉等指出纳米羟基磷灰石-胶原骨具有良好的生物相容性，是安全的新型骨缺损填充材料。

纳米人工骨材料植入骨缺损3~6个月可形成骨性连接，6~ 12个月骨结构塑形改建，且局部无不良反应。