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1、以生物礦物為原料制備磷灰石的方法摘要:本文綜述了水熱法和化學(xué)浸泡法制備磷灰石的優(yōu)缺點(diǎn)，討論了反應(yīng)溫度、溶液濃度和pH值對轉(zhuǎn)化速率和轉(zhuǎn)化產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，介紹了電泳沉積-化學(xué)浸泡法制備磷灰石涂層及形成機(jī)理。同時,提岀了本研究領(lǐng)域存在的問題。Abstract:Thispaperreviewstheadvantagesanddisadvantagesofthehydrothermalmethodandchemicalimmersionmethodforpreparationofapatite,discussestheeffectsofreac
2、tiontemperature,solutionconcentrationsandpHvaluesontheconversionrateandcrystalstructureofapatites,andintroduceselectrophoreticdeposition-chemicalimmersionmethodforfabricatingtheapatitecoatingsanditsformationmechanism.Inaddition,severalquestionsexistinginthisresearchfieldare
3、proposed.關(guān)鍵詞:生物礦物;磷灰石;制備方法Keywords:biomineral;apatite;preparationmethod中圖分類號:TQ126文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2010)15-0176-011水熱法制備磷灰石早在1974年,Roy等采用水熱法在較高溫度和壓力下通過離子交換法將珊瑚骨架轉(zhuǎn)化成與人骨結(jié)構(gòu)相似的甕基磷灰石支架，其化學(xué)方程式如下：5CaCO3+3(NH4)2HPO4+H2O->Ca5(PO4)3OH+3(NH4)CO3+2H2CO3(l)隨后的研究表明貝殼、烏賊骨等天然礦物具有與珊瑚類似
4、的特點(diǎn),也可以采用水熱法轉(zhuǎn)化成輕基磷灰石。此方法具有以下三大優(yōu)點(diǎn):①珊瑚等生物礦物通常具有網(wǎng)絡(luò)狀的多孔結(jié)構(gòu),碳酸根離子被磷酸根離子取代后得到的磷灰石也保留了此結(jié)構(gòu)。生物材料植入體內(nèi)后,孔結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)骨組織向孔內(nèi)生長，并且有助于傳送營養(yǎng)成分到再生組織內(nèi)。在礦化劑KH2PO4存在的條件下，珊瑚(Porites)經(jīng)過10天左右時間的水熱處理就可以完全轉(zhuǎn)化成磷灰石，而且保持了珊瑚的多孔結(jié)構(gòu)。②生物礦物中除了碳酸鈣以外,還存在Si02、MgO>AI2O3等無機(jī)質(zhì)和BMPs等有機(jī)質(zhì),水熱處理得到的HA中部分保留了這些物質(zhì),使其與天然骨成分更加接近，有助于
5、提高材料的生物活性;③水熱法制備HA是在相對較高的溫度(約200°C)和壓力(約15atm)下進(jìn)行，因此還具有轉(zhuǎn)化速率快的優(yōu)點(diǎn)。由于水熱反應(yīng)通常是在較高的溫度和壓力下進(jìn)行,由生物礦物轉(zhuǎn)化得到的磷灰石的結(jié)晶度比人的自然骨高，植入體內(nèi)后它的降解速率低于新骨的形成速率，因此限制了在臨床上的廣泛應(yīng)用。2化學(xué)浸泡法制備磷灰石化學(xué)浸泡法也是一種將生物礦物轉(zhuǎn)化為磷灰石的常用方法，它是對水熱法的重要改進(jìn)和補(bǔ)充，它們之間的本質(zhì)差別在于工藝條件的不同。與水熱法相比，化學(xué)浸泡法所使用的溫度和壓力較低,通常在常壓下進(jìn)行，溫度控制在25~100°Co生物礦物轉(zhuǎn)化成磷灰
6、石的機(jī)理主要包括固相離子交換機(jī)理和溶解-沉淀機(jī)理。由于水熱法和化學(xué)浸泡法的操作條件不同,導(dǎo)致生物礦物轉(zhuǎn)化成磷灰石的機(jī)理不同。水熱法合成磷灰石時以固相離子交換機(jī)理為主,形貌不發(fā)生明顯變化;而化學(xué)浸泡法則以溶解-沉淀機(jī)理為主，生成的磷灰石沉積在生物礦物表面，改變了原始試樣的形貌。溶解-沉淀反應(yīng)過程如下:當(dāng)生物礦物浸泡到含磷酸根離子的緩沖溶液(PBS)后，表面發(fā)生溶解反應(yīng)，游離出鈣離子。當(dāng)溶液中的離子濃度達(dá)到過飽和時，鈣離子與溶液中的磷酸根離子反應(yīng)生成片狀的磷酸鈣鹽并沉積到生物礦物表面?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式如下:CaCO3-*Ca2++CO2-3(2)5
7、Ca2++3PO3-4+OH-^Ca5(PO4)3OH(3)釆用水熱法和化學(xué)浸泡法制備的磷灰石的晶體結(jié)構(gòu)也存在顯著差別。由于水熱反應(yīng)是高溫、高壓下進(jìn)行，合成產(chǎn)物為計(jì)量比的輕基磷灰石，且結(jié)晶度較高0化學(xué)浸泡法是低溫、低壓下進(jìn)行，得到的通常是缺鈣疑基磷灰石,Ca/P比小于1.67oCa5(PO4)3OH中的Ca2+離子容易被溶液中的Na+、K+離子等取代Ca5(PO4)3OH和Ca2+離子容易被CO2-3離子取代,因此磷灰石的化學(xué)式應(yīng)該表示為Cal0-x-y/2(HP04)x(P04)6-x-y(CO3)y(0H)2-Xo磷灰石晶格中的離子被部分
8、取代后結(jié)晶度降低,其晶體結(jié)構(gòu)與人的自然骨類似。低結(jié)晶度的磷灰石在溶液中具有較高的溶解度，植入體內(nèi)后容易被降解，能夠顯著提高局部區(qū)域Ca2+和PO3-4離子的濃度，促
