猪骨羟基磷灰石的结构稳定性.doc

生物物理学报 第十四卷 第四期 一九九八年十二月 ACTA BIO P HYS ICA S I NICA Vol . 14 No . 4 Dec . 1998 猪骨羟基磷灰石的结构稳定性 * 王大志 杨 兰 罗 毅 黄允兰 张万群 汤洪高 ( 中国科学技术大学材料科学与工程系 合肥 230026) 王会信 ( 中国军事医学科学院基础医学研究所 北京 100850) 刘 凯 陶 菁 ( 安徽医科大学口腔系 合肥 230000) 摘 要 在不同酸碱条件下对猪骨处理 ,利用转靶 X 射线衍射 ( XRD) 、红外吸收 ( I R) 、差热分析 (D TA ) 分别对猪骨的物相和微结构进行了分析 , 并与纯的羟基磷灰石 ( HA ) 进行了比较 , 研究了猪骨中纳 米羟基磷灰石的结构稳定性 。实验表明猪骨在弱酸弱碱溶液中羟基磷灰石相是稳定的 , 但晶粒尺 寸 、结晶度和非晶含量有所变化 。600°C 的高温处理 ,可改善其结晶度 ,这对开发新的骨移植材料有 重要意义 。 关键词 : 猪骨 羟基磷灰石 结构特点 稳定性 我国牙缺损患者约 3 亿人 , 骨缺损患者年达百万例 , 迫切需要合适的骨移植材料 , 对动物 骨结构的分析无疑对进一步开发新的植骨材料提供了依据 , 动物骨主要由有机胶原和无机磷 灰石构成 。有研究报告指出 ,骨中无机物 (主要为羟基磷灰石) 占干重量骨的 65 - 75 %1 ,还含 有少量的 N a + 、H PO42 - 、CO32 - 等离子 。其中猪骨来源丰富 ,组织结构和人相近 ,本工作对猪 骨的结构稳定性进行了研究 。 羟基磷灰石 ( HA ) 是一种具有表面活性的生物陶瓷 , 是生物医学材料中重要的一员 , 应用 于髋关节 、假肢 、牙科材料等 ,不仅于人体安全无毒 ,且表现很好的硬组织相容性2 。 本文通过对猪骨的不同处理 , 制备出具有不同结构的 HA , 对照化学法制备的 HA , 用 XRD 、IR 、D TA 等方法 , 对猪骨在不同条件下的物理 、化学稳定性进行了研究 , 为使用猪骨材 料制备人工生物陶瓷提供了依据 。 实验方法 1 1. 1 材料的制备 猪骨四块在蒸馏水中煮沸 1 小时 ,以除去其中的有机成分 。取其中两块分别用弱酸 (p H = 4) 、弱碱 (p H = 9) 处理 144 小时 ,再取一块在 600°C 焙烧 1 小时 。采用湿化学法制备纯的羟基 磷灰石 ( HA) 。称取一定量的硝酸钙与磷酸氢二氨 ,使钙/ 磷原子比为 1. 667 ,分别配制成溶液 , 在 p H ??? 10 - 11 的缓冲溶液中 , 不断搅拌 , 使磷酸氢二氨与硝酸钙充分反应 , 得到白色沉淀 , 静置 72 小时 ,过滤 ,用去离子水洗沉淀至无硝酸根离子 ,于烘箱中干燥 ,得到纯的 HA 。在氨性 介质中 ,磷酸氢二氨和硝酸钙按下式反应 : * 本课题得到国家自然科学基金资助 。 10Ca ( N O3 ) 2 + 6 ( N H4 ) 2 H PO4 + 8N H3 ·H2 O →Ca10 ( O H) 2 ( PO4 ) 6 ↓+ 20N H4 N O3 表 1 给出各样品的处理条件 。 Ta bl e 1 The t reat me nt of t he sa mp le s . 1. 2 试样测试 样 品 的 X - 衍 射 物 相 分 析 ra y 样品 处理条件 ( XRD) 使 用 的 是 Gei gre rf le x D / 100°C 水煮 1 小时 A1 经氨水 (p H = 9) 室温浸泡 144 小时 A1 经乙酸 (p H = 4) 室温浸泡 144 小时 A1 经 600°C 焙烧 1 小时 化学法制纯羟基磷灰石 A1 A2 A3 A4 A5 M A X - rA 转靶 X 光衍射仪 , 铜靶 , 工 作电压 40k V , 工作电流 100mA , 扫 描 角 度 10 - 70°。 IR 分 析 采 用 的 是 170D X 型傅立叶变换红外光谱仪 , 波 数范围为 400 ? 4000c m - 1 , 分辨率为 2 c m - 1 。D TA 分析用上海天平仪器厂的 CR Y - 2 型 , 温度范围为 20 - 1100°C 。 样品气氛为空气 ,升温速度为 15°C/ mi n , 实验结果与讨论 2 2. 1 在酸碱中的可溶性 表 2 给出 A1 样品在各种溶液浸泡 144 小时后的变化 2. 2 X 射线衍射( XRD) 物相分析 图 1 给出样品 A1 、A2 、A3 、A4