钙磷陶瓷微球制备工艺的研究

《钙磷陶瓷微球制备工艺的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

摘要钙磷生物陶瓷具有优良的骨传导性和生物活性，是极具前景的骨修复生物材料，本文以羟基磷灰石(HA)和B．磷酸三钙(B．TCP)这两种目前应用最为广泛的钙磷生物陶瓷为主要原料，添加明胶、(NaP03)6和Mg(H2P04)2为粘结剂制备浆料，采用一种新的工艺方法一液滴．冷凝法制备出粒径可控、尺寸均一、颗粒圆整的钙磷生物陶瓷微球。研究了不同冷凝液对微球颗粒成型性的影响及微球颗粒粒径的控制方法，并对H／T-1和H爪2两种钙磷陶瓷微球的性能和组成进行了对比研究。最后，通过体外模拟实验，探讨了微球作为缓释药物载体应用的可行性。从冷凝液的密度、粘度、凝固点、稳定性、毒性以及与浆料之问的溶解性进行综合比较，选择二甲基硅油作为冷凝液，成功制备了微球颗粒。对微球颗粒粒径的控制进行了研究，导液管内径与微球粒径近似成三次多项式的关系，选用0．4--0．8mm的导液管内径，可以制备粒径范围为1—2．5mm的微球颗粒。研究了仅含明胶的H爪1和含明胶、(NaP03)6和Mg(H2P04)2的H／T-2两种组成陶瓷微球的微观形貌、孔隙特征及相组成。研究结果表明，烧结前，微球微观形貌呈现“外密内疏”的结构；烧结后，相比H佴1，H／T-2微球致密度得到提高，且微球孔隙之间贯通度好。H门■2的开孔孔隙率、总孔隙率和吸水率均低于H／下1，而闭孔孔隙率高于H／T-1。H／T．2微球经800℃烧结后，开孔孔隙率最高，闭孔孔隙率最低，吸水率较高。两种微球物相的对比研究表明，(NaP03)6和Mg(H2P04)2粘结剂的加入促进了HA向fl-TCP转化，产生的CaO．MgO．Na20．P205体系玻璃能降低微球的烧结温度。体外实验研究表明，两种微球在不同的溶液中浸泡，失重率均较低，降解速度缓慢；作为庆大霉素载体的药物释放性能结果显示，在模拟胃液中浸泡2h后，累计释药率均在10％左右，随后，在模拟肠液中浸泡10h，H／T-1和H尼2的累积释药率分别为49．8％和54．4％。关键词：羟基磷灰石，B．磷酸三钙，液滴．冷凝法，陶瓷微球，药物载体 AbstractCalciumphosphatebioceramicwithexcellentboneconductivityandbiologicalactivityisoneoftheprospectivebiomaterialsforbonerepairing．Hydroxyapatite(HA)andBtricalciumphosphate(B·TCP)arethetwokindcalciumphosphatebioceramicsmostwidelyusedcurrently．AkindofcalciumphosphateceramicmicrosphereswithHAand13-TCPpowdersasthemainrawmaterialsandgelatin，(NaP03)6andMg(H2P04)2asbinderwasfabricated．Adroplet-freezingprocessWasintroducedinthispaperforthepreparationoftheceramicmicrosphereswhichpossesssphericalshape，almostsamediameterandtheirsizescouldbecontrolledwell．Theeffectofdifferentkindofliquorcondensateonmicrosphereformabilityandthecontrollingmethodofmicrospheresdiameterwerestudied．ThepropertiesandcompositionofcalciumphosphateceramicmicrospheresofHIT"1andH／T-2werecompared．InvitroexperimentWasconductedlastlyandthefeasibilityofapplicationofmicrospheresasasustained·releasedrugcarrierwasdiscussed．Dimethylsilicon0ilWaschosenascondensateaccordingtothedensitgviscosity,freezingpoint，stability,toxicityandthesolubilitywithceramicslurry,andthemicrosphereswereproducedsuccessfully．Thecontrollingmethodofthespherediameterwasinvestigatedandtheinnerdiameterofdeliverytubeandthespherediameterkepttothirdorderpolynomial．Microsphereswithsizesrangefromlmmto2．5mmcouldbepreparedwhentheinnerdiameterofdeliverytubeWas0．4mmto0．8mm．Microstructure，porecharacteristicsandphasecompositionofmicrospheresoftwoceramicslurrysystemswerestudied．TheceramicslurrieswereH／T-1containinggelatinonlyandH／T-2containinggelatin，(NaP03)6andMg(H2P04)2．Theresultsshowedthatthemorphologyofmicrosphereswas“denseoutsideandlooseinside”structurebeforesintered．H／T-2microspherewasdenserthanH／T-1sphereandhadwellinter-connectedporesaftersintered．Theopenporosity,totalporosityandwaterabsorptionofH／T-2microspherewerelowerthanH／T-1，whereasthecloseporosityishigherthanH／T-1．H／T-2microsphereshavethehighestopenporosity,thelowestcloseporosityandthehigherwaterabsorptionaftersinteredat800。(2．Thebindersof(NaP03)6andMg(H2P04)2promotedHAtransformtoB-TCPandtheformationofCaO··MgO·-Na20--P205systemglassreducedthesinteringtemperatureofmicrospheres．Invitroexperimentsindicatedthatboththetwokindmicrospheresimmersedindifferentsolutionhadlowweightlossesandslowdegradationrate．Asgentamicincarrier,thedrugreleasepropertiesresultsshowedthatthecumulativereleaserateareabout10％after2hsoakedinSGF’andthecumulativedrugreleaserateofH／T-1andH／T-2are49．8％and54．4％whenimmersedinSIFinlOh，respectively．Keywords：hydroxyapatite，B-tricalciumphosphate，droplet·freezingprocess，ceramicmicrosphere，drugcarrierll 东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：丝擅丝日期：色塑主丛东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：丝监导师签名：期： 第一章绪论在材料科学的发展中，生物材料与人类自身生活密切相关，其研究涉及医学、材料和生物等学科领域，是发展最快、最受人关注的学科之一。生物材料走过了18、19世纪漫长的探索阶段，在刚刚过去的20世纪得到了飞速的发展，已经广泛应用于l临床医学。目前，生物材料的发展进入了一个新的阶段，赋予材料生物活性，使其植入体内后能充分调动人体自体修复和完善的能力，从而实现损伤或病变组织、器官的永久修复成为研究热点，研究和开发新一代生物材料——生物相容性良好并可被人体逐步降解吸收的生物活性材料——己成为现阶段生物材料发展的重要方向。生物陶瓷(Bioceramics)属于无机生物材料，是指直接用于人体或与人体相关、具有特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料。广义讲，凡属生物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷【¨。生物陶瓷材料具有良好的生物相容性和力学相容性，与生物组织有优异的亲和性，抗血栓，易于灭菌，物理、化学性能稳定，是生物材料的重要组成部分，根据在生理环境中的生物活性可以将生物陶瓷分为生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和生物可降解陶瓷。1．1钙磷生物陶瓷1．1．1钙磷生物陶瓷研究进展在生物陶瓷材料中，钙磷生物陶瓷(Calciumphosphatebio．ceramic)是一类主要由磷酸钙盐构成的生物材料，在化学组成和结构上与硬组织骨及牙相近，具有优良的骨传导性、生物活性，常用作骨替代、增强和修复，己经在美容(矫形)、牙科、骨缺损修复等领域被临床接受f2一"。Daculsi等报道，早在1920年，Albee就首次成功地应用磷酸三钙(Tricalciumphosphate．TcP)进行了人体骨缺损的修劐51。但随后50年里，由于技术的限制，关于磷酸钙材料的报道十分有限，一直到二十世纪七、八十年代，钙磷生物陶瓷在医学中的应用才真正得到发展。戴红莲等报道，1972年，Graves对磷酸钙骨替换材料进行了研究和评价，提出了可吸收骨替换材料的概念。而Aoki和Jarcho成功烧结了羟基磷灰石，制得了羟基磷灰石陶瓷，并在随后的研究中发现，烧结羟基磷灰石具有良好的生物活性，从此开始了生物活性陶瓷发展的新纪元。1973年，Driskell等报道了B．Ca3(P04)2多孔陶瓷植入生物体后，能被迅速吸收，并发生了骨置换，称之为可吸收陶瓷(Absorbableceramics)，即生物可降解陶瓷。随后几年的研究证明，磷酸钙基骨替换材料具有良好的生物相容性和生物活性，植入体内后，可直接与宿主骨形成骨键合，使骨替换材料和骨之间产生紧密结合。1986年，Nevy等首先使用了质量比为20／80的HA／B．TCP材料成功应用于动物牙周创伤的修复16J，1988年，Legeros等人对HA／B．TCP不同比例的材料进行了研究，并定义该材料即是 东南大学硕士学位论文双相磷酸钙(Biphasiccalciumphosphate，BCP)[71。Daculsi等对该类材料进行了深入广泛的研究，最终使BCP生物陶瓷作为牙科及整形外科修复材料实现了商品化，并被广泛应用。李世普教授等研制成功了B．TCP生物可降解陶瓷，研究了这类生物陶瓷的降解速率及降解机理，并将其成功应用于药物缓释载体、骨缺损充填等领域【8】。目前，钙磷陶瓷材料已成为无机生物医学材料中最重要、最有潜力的一类材料，引起了生物材料学家和医学家的广泛关注，在硬组织修复和替代方面的应用范围正在逐步扩大。1．1．2常用钙磷生物陶瓷由于来源(自然的或合成的)及制备方法的不同，钙磷陶瓷在组成上也不相同，通常根据其组成可分为以下几种：(1)单相磷酸钙类：包括磷酸三钙(a．Ca3(P04)2或B．Ca3(P04)2，a-TCP或13．TCP)，羟基磷灰石(Calo(P04)6(Ol-1)2，HA)，磷酸四钙(Ca4(P04)20，TI'CP)，磷酸氢钙(CaHP04，DCP)、水合磷酸钙(CaHP04-H20，DCPD)和无定形磷酸钙(ACP)等；(2)双相磷酸钙(Biphasiccalciumphosphate，BCP)：由B．TCP／HA按不同比例混合而成，常见比例为20／80、40／60等；(3)含钙磷的复合材料：降解型钙磷陶瓷(Calciumphosphateceramics，CPC)可与其它无机材料，如石膏、生物玻璃、铝、钛，以及有机材料，如胶原、环氧树脂、聚乳酸、聚甲基丙烯酸等相混合组成复合物，例如生物玻璃／磷灰石、环氧树脂／羟基磷灰石、胶原／羟基磷灰石、聚乳酸化合物／羟基磷灰石等。在上述材料中，最常见的钙磷生物陶瓷材料是HA和B．TCP。羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)是磷灰石的一种，其分子式为Calo(P04)6(OH)2，CaTP=I．67。HA晶体为六方晶系，晶格参数为a=b=9．421A，c=6．882A，属L6pc对称型和P63空间群，其结构为六角柱体【91。羟基磷灰石是一种典型的生物活性陶瓷，是人体骨骼、牙齿等硬组织的主要无机成分。根据推算，一个体重为60kg的成人骨骼中含有约2kg重的HA[10】。羟基磷灰石植入人体后，无毒、无排异反应，具有良好的生物活性和生物相容性，与骨形成强的活性连接，能为新骨的形成提供支架并诱导新骨生长和形成，是人体骨骼最理想的替代材料，可广泛应用于生物硬组织的修复和替换【11,12l。HA的来源可以有三种：动物骨烧制而成，珊瑚(Coral)经热化学液处理转化而成和人工化学合成法制备。从20世纪70年代开始，国际上很多研究者对HA的制备、结构和性能及其在医学上的应用，进行了较系统的研究，并取得大量研究成果。然而，羟基磷灰石在体内降解缓慢，通常认为由其制作的实体材料在体内不降解，多孔材料会发生缓慢降解，但速度过于缓慢。磷酸三钙(Tricalciumphosphate，TCP)是钙磷系统中另一个重要的化合物，广泛用于制备烧结型生物陶瓷。TCP存在a相(高温相)和B相(低温相)两个变体。a相的结晶为单斜晶，密度为2．869／cm3，晶格常数a=12．89人b=27．28A，c=126．60A。B相2 第一章绪论是六面体，密度为3．079／era3，a=10．32人b=36．9A。B-TCP转变为a-TCP的相转变温度为1180℃，在1180℃以下B．TCP为稳定相，在1180℃以上则a．TCP为稳定相。目前生物活性陶瓷材料的研究与应用一般选择13．TCP而非a．TCP。其主要原因为【13】：(1)8．TCP相的稳定温度更低，具有比a．TCP更高的生物活性；(2)a-TCP的溶解度过大，植入人体后降解过快，导致人工骨材料不能较好地发挥作用；(3)烧结过程中，随着温度的升高，TCP由B相转变为a相时，体积增大，会使陶瓷发生膨胀，从而降低其力学性能。B．磷酸三钙具有良好的生物相容性、生物降解性、骨传导性并且无毒副作用，被视为优良的骨修复材料。然而，15-TCP在体内的降解速度较快，在水溶液和体液中的溶解度是羟基磷灰石的10"-'15倍。在体内应用时材料的降解速度与新骨生长速度不匹配，随着降解的进行材料强度大幅度下降，很难满足临床应用【14J。因此，结合羟基磷灰石的生物活性和B．磷酸三钙的生物降解性制备生物陶瓷材料，通过调节HA／B．TCP比例来控制其降解速度，以满足临床应用的要求，这就是双相钙磷生物陶瓷(BCP)。双相磷酸钙陶瓷的优点在于，相对稳定的羟基磷灰石相为新骨生长提供支架，而生物降解的B．TCP相能促进骨发生(Osteogenesis)。据文献报道115‘17】，20世纪70年代，Nery等将20％HAhn80％B．TCP的混合物，即BCP陶瓷成功应用于动物牙周创伤的修复。LeGeros等人对不同B．TCP／HA比例BCP材料制备与性能关系进行的研究表明，通过调节B．TCP／HA的比例可以控制陶瓷材料的生物活性。Piattelli等利用B．TCP／HA比为50／50的BCP进行了临床实验，发现其具有良好的生物相容性和骨传导性。Kurashina等将B-TCP／HA比为2／8和7／3的多孔双相钙磷陶瓷植入兔肌肉内，6个月后观察其成骨作用，发现只有13．TCP／HAL匕为7／3的样品中有新骨形成。在上世’纪80年代初，在Jarcho等人的努力下，HA和B．TCP的混合物作为骨替换材料已经在牙科和整形外科领域进入临床，但对其作用机理的研究一直在进行。20世纪90年代初的许多研究表明，具有合适B．TCP／HA比例及孔结构的钙磷陶瓷在一定条件下具有骨诱导性【18】，Gerber等的研究发现，B．TCP／H队比为6／4的双相钙磷陶瓷植入小猪体内有诱导成骨作用。近年来，钙磷陶瓷作为药物载体，在药物的释放研究方面也取得了较大的进展。李斌【19l将携带庆大霉素的多孔陶瓷(成分为HA和13-TCP)植入兔体内，观察抗生素随时间变化的释放过程。结果显示，携带庆大霉素的多孔陶瓷药物释放系统具有较好的体内释放作用，可在局部维持较高药物浓度，为治疗慢性骨髓炎提供了一种新的方法。张启焕[20J等用注浆成形的方法制备以B．TCP为主晶相的多孔药物载体，体外测定了利福平的释药速率，第一天药物的释放浓度J2蛭U73．7／zg／ml，到第三天达到最大81．38／比g／ml，其后，随着时间的推移，释药速率缓慢下降。但是，到第14天时，药物浓度仍然高达67．Ol，,ug／ml均高于利福平的最低抑菌和杀菌浓度O．05／tg／ml。从整个释放过程来看，药物释放比较平稳，释药浓度能达到有效浓度，有利于骨组织病变的辅助治疗。3 东南大学硕士学位论文1．2钙磷生物陶瓷颗粒1．2．1钙磷生物陶瓷颗粒的应用钙磷生物陶瓷根据需要可制作成块状、柱状、颗粒状及粉末状【2¨。一般情况下，骨组织工程的支架材料用多孔块状，牙根种植体常用圆柱体，对于小的骨缺损，颗粒状材料优势明显。作为药物载体，可选用圆柱状、颗粒状或多孔块体。临床上根据使用部位、手术的不同要求进行选择。自从1967年VanWezel成功地将微球球形颗粒作为细胞生长的三维支架应用以来[22J，有关微球颗粒的研究就受到了越来越多的关注。陶瓷微球颗粒(Microsphere)--般指粒径在50nm～2mm之间的球体或近似球体，有实心、空心和多孔微球颗粒等形式。球形颗粒的流动性好，堆积密度高，气孔分布均匀，易于获得显微结构均匀、性能优良、一致性好的产品；而且球形颗粒由于是点接触，不易团聚，便于储存【231。这些优异的性能，使得微球颗粒的应用受到人们广泛的关注。目前，微球颗粒主要应用于骨缺损充填及药物载体两方面。(一)微球颗粒作为骨缺损填充修复材料的应用在骨科临床，骨丧失一些骨质而形成间隙的病例十分常见，这种疾病称为骨缺损，可由多种因素引起，如创伤、骨肿瘤切除、骨组织炎症及先天性缺陷等。我国每年涉及骨缺损疾病的患者多达数百万人。骨缺损部位的骨骼不完整，使其外形和功能出现缺陷，不同程度上影响着病人的生活质量【241。因此，研究、开发能应用于骨缺损充填修复的材料受到了较多的关注。颗粒状生物材料可作为骨缺损填充修复材料，用于牙根管、拔牙窝以及多种创伤和手术造成的骨缺损充填，可缩短骨愈合时间，提高修复手术的成功率，其研究和应用已经取得了较大的发展。在研制颗粒状骨修复材料方面，瑞士盖氏制药有限公司(GeistlichpharmaAG)进展显著，其产品Bio—Oss是一种来自小牛的松质骨天然衍生骨移植材料，经过特殊工艺加工，将所有的有机成分彻底去除，而精细的骨小梁结构和内部空隙被保存陋J。Bio．Oss松质骨颗粒可以紧密地与周围的骨组织接触，有利于骨缺损处新骨的生长。该材料有两种规格，松质骨小颗粒为0．25～lmm，主要应用牙科在不大于2个拔牙窝的小缺损和骨修复中自体骨移植充填用；松质骨大颗粒为1～2mm，主要应用于大于2个拔牙窝的大骨量增加和上颌窦提升术(见图1-1)。4 第一章绪论(a)Smallgranules(025·1ram)O)Biggranulcs(1-2mm)图1—1BImos淞质骨颗粒H91·1Thespongybonegranule*ofBio-0ss近几年来，有关微球颗粒作为支架材料的报道有很多。钙磷生物陶瓷微球具有较大的比表面积，有利于细胞的粘附．可作为组织工程支架材料。它作为一个系统可以结合骨传导性和骨诱导性能，从而通过一个充分形成的三维空间支架和生物学促进因素来增强新骨的形成闭。武汉理工大学生物材料与工程研究中心研制出了两种颗粒，一种是B-TCP人工合成骨白色多孔颗粒[2"p1，由高纯、超细B-TCP及少量生物可降解添加剂组成，其粒径为1．2-5．0mm(图1—2(a))，适用于修复骨结核、良性骨肿瘤或瘤样病变及股骨头缺血性坏死骨刮除后所致的骨缺损：另一种是HA多孔陶瓷颗粒洋I，由80-95％的HA和5-20％的生物活性玻璃组成，其粒径为025—1．57ram(图1．2∞)，适用于牙根管和拔牙窝的充填、牙周病所致牙槽骨吸收的修复、牙槽嵴增高、颌骨骨囊腔填塞、萎缩性鼻炎充填、乳突腔充填、整形(如鞍鼻美容)及以人体骨骼其它部位的骨缺损充填。(8)TheporousgranulesofB-TCP蚴TheporousgranulesofHA图10多孔陶瓷颗粒Fig．1-2Theporouscq“cgranulesHsu等129】制各了羟基磷灰石与再生胶原的复合微球颗粒，这种复合微球颗粒用作造骨细胞生长的支架，七天内，造骨细胞从1．5x105增加到45x105+／ml。Wcng等13q采用等离子喷雾法获得了球形的钙磷陶瓷颗粒，并将这种球形颗粒与聚乳酸(PLLA)相混合制备了多孔的Ca-P／PLLA复合微球。模拟体液浸泡试验证明，等离子喷涂的Ca．P陶瓷颗粒能够促进骨样磷灰石在Ca-P／PLLA复合支架的孔隙表面的形成。(二)微球颗粒作为药物载体的应用钙磷多孔陶瓷微球颗粒可作为靶向给药系统的缓释载体。采用生物陶瓷活性材料制 东南大学硕士学位论文成的载药微球，可以提高药物的稳定性，实现药物的控释或缓释，从而提高药物的疗效，减少药物对正常组织的毒副作用。多孔钙磷生物陶瓷微球颗粒可作为抗生素、抗菌素、胰岛素、肝素等药物的缓释载体【31J，将药物吸附在其孔隙中，进入体内后，随着材料的降解，治疗剂量的药物持续释放进入血液及周围组织中，为临床缓释药物治疗提供了具有良好生物相容性的载体。Paul等132J将多孔的羟基磷灰石陶瓷微球作为输送胰岛素的载体用于治疗糖尿病，并且在其表层涂敷了一层聚乙烯基醋酸共聚物用于控制药物释放的时间。然而由于纯羟基磷灰石在人体内很难发生降解甚至几乎不发生降解13引，因此后续的研究更倾向于使用羟基磷灰石和磷酸三钙混合的陶瓷微球作为药物释放的载体。Paul等【矧将羟基磷灰石与壳聚糖在分散介质中采用分散聚合的方法制备了直径在200～1000肛m之间的复合微球，经1100℃高温烧结后得到多孔羟基磷灰石微球，并将其作为蛋白质等大分子药物的载体，在60天内持续释放，缓释效果显著。在聚合物的药物输送体系中，药物的释放速度可以由其结构的交联密度所控制，但在HA体系中药物的释放速度却难以控制。为此，Komlev掣35J利用悬浮聚合法，制得了粒径范围在50"-'2000／tin的多j：LHA微球体，用这种方法制备的微球，最大孔隙率达至lJ43v01％，表面孔隙的尺寸较小，降低了药物在多孔微球中的扩散系数，从而有效的延长了药物的释放时间。应用微球作为药物载体虽然取得了一些成果，但也存在着药物的突释现象以及不同应用环境下药物释放的稳定性问题，如Lambotte将载有庆大霉素的B．TCP微球植入到鼠体内作为可吸收性药物载体，结果表明药物在植入2天后就释放完全136】；一些口服用药需要在肠液中释放才能达到一定的治疗效果，但口服药需经过胃液，由于胃壁肌肉的蠕动会导致药物的突释；同时，由于胃液的酸性环境，导致药物还没有达到肠液就已经失效。因此，微球作为药物载体的应用，很多研究工作还需继续深入。‘1．2．2颗粒状材料的制备方法颗粒状材料有多种制备方法，按成型和干燥方法分，有乳化．化学交联法、乳化．溶剂蒸发法、等离子体熔融法、溶胶．凝胶法和喷雾干燥法等方法。(一)乳化．化学交联法该方法是利用乳剂中带有氨基的高分子材料易和其他化合物的相应活性基团发生反应的特点，交联制得微球颗粒。高分子材料主要是明胶、淀粉、壳聚糖等，交联剂主要是不同浓度的戊二醛溶液，浓度根据溶液的使用性能而定。这些高分子材料与钙磷陶瓷粉末复合，制备的微球仍保持了良好的生物相容性和生物活性，是目前微球颗粒制备较常用的方法。Teng等At37】采用W／O乳液法以乳化的凝胶滴作为微反应体系和胶体保护介质制备出粒径范围为4～12#m、平均粒径为7．5#m的HA／P咬原复合微球，此微球具有高度连通的多孔结构。Wu等p8J用W／O例双乳液法制备了粒径分布范围为O．6．．20am、平均粒径为3枷n的HA／胶原微球，微球成型后加入戊二醛交联使其具有一定的机械性能，同时微球上的6 第一章绪论微孔有利于造骨细胞的生长和骨化。Paull341等人采用乳化．化学交联法制备出了粒径范围为212—1000／tm的羟基磷灰石球形颗粒。Sivakumar等人【39】采用乳化．化学交联法制备出了珊瑚来源的羟基磷灰石．壳聚糖复合微球。Hsul29】等人将胶原和HA以一定比例混合配制成混合溶液，滴加到橄榄油中，采用戊二醛作为交联剂进行交联，最终得到姒肢原微球，采用该法制备微球，其粒径受搅拌速度控制。当搅拌速度分别为200rpm、350rpm、500rpm时，得到的微球粒径分布范围分别为750～1200／tm、300～700／tm和75—300／【‘m，可见即使应用相同的搅拌速度，粒径分布差别也较大。乳化．化学交联法工艺设备简单、易操作，通过乳化使微球能够很好的分散在有机物中，避免了微球的团聚，并且获得了有利于造骨细胞生长的微孔结构，但是该法制各的微球颗粒粒径范围分布大，并且仅适合于有机物占主要成分的小粒径复合微球颗粒的制备。(二)乳化．溶剂蒸发法本方法的基本原理是将不相混溶的两相通过机械搅拌或超声乳化方式制成乳剂，通常将材料单体溶于可挥发且在水中可适当溶解的有机溶剂中，随后的处理中溶剂相挥发除去，成球材料析出并固化形成微球，此法又称为液中干燥法【柏1。常用于聚乳酸(PLA)，聚乳酸．乙醇酸共聚物(PLGA)等a．羟基酸类微球的制备。该法必须对有机溶剂种类、乳化剂、乳化温度和溶剂挥发的温度等进行多项筛选工作，以制备合乎要求的微球。因而工艺比较复杂，多用于药物载体或靶向定位药物微球的制备。(三)等离子体熔融法等离子体熔融法是将材料(粉体)加热到熔化或半熔化状态，在表面张力的作用下，形成球形颗粒，喷入到淬冷剂中形成最终颗粒产品【4¨。。吕宇鹏【42l等采用等离子体熔融法制备出了钛与羟基磷灰石混合颗粒，该混合物颗粒主要由晶相和非晶相HA、分解相磷酸三钙(TCP)和磷酸四钙(TTCP)以及Ti的化合物所组成。通过SEM观察到，蝴粒直径均在3吮m以上，而Ti颗粒的直径一般在20／tin以下。反应中，由于Ti的存在，加剧了HA的分解。Weng[30】等将高结晶态的羟基磷灰石颗粒等离子体熔融后喷入水中，获得了表面光滑的Ca．P球状粒子，并将这种球形粒子与PUA相混合制备了多孔的Ca．P／PUA复合微球。等离子体工艺制备陶瓷颗粒，通过温度、压力、反应物浓度及淬冷等参数的调节，可以实现对颗粒粒径分布范围及形貌的控制。由于等离子体对反应物的选择可以是气、液、固相，因此，可根据不同应用要求，制备球形、空心、多孔的颗粒材料。(四)溶胶．凝胶法溶胶．凝胶法制备微球颗粒是湿化学反应方法之一，所用的起始原料(称为前驱物)为无机盐或金属醇盐，其主要反应步骤是前驱物溶于溶剂(水或有机溶剂)中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，生成物聚集成lnm左右的粒子组成溶胶，经蒸发干燥转变为凝胶。基本反应原理如下143J：7 东南大学硕士学位论文(1)水解反应：水解反应分为前驱物．金属盐能电离的金属阳离子的水解反应：M”+nil20呻M(OH)。+nil+和前驱物非电离式分子的水解反应：M(OR)。+xH20-．M(OH)，(OR)¨+xROH前驱物非电离式分子的水解反应可延续进行，直至生成M(OH)n。(2)缩聚反应：缩聚反应可分为失水缩聚：一M—OH+HO—M-一M—O—M+H20和失醇缩聚：一M—OR+HO—M—'一M—O—M+ROH反应生成物是各种尺寸和结构的溶胶粒子。溶胶．凝胶法的基本工艺过程如图1．3所示【删。厂、金属醇盐1．^竹，山"tin●rlqt--，●．一．．一J上L_1一热处理JI冻化f1干燥-f干凝胶1J溶剂(水／-希y机溶剂)⋯rvJ≈溶胶t：-I湿凝胶7【一“”一．rIr-U，^～【．催化剂(溶胶剂)＼／图1-3溶胶．凝胶法基本工艺过程Fig．1-3BasicprocessofSol-gelmethod溶胶．凝胶法在凝胶干燥和烧结过程中，凝胶中的胶粒经缩合和聚集形成多孔结构的微球颗粒。溶胶．凝胶法主要是通过控制体系的溶剂、陈化时间和煅烧温度等因素来控制微球性能。1996年，曾庭英【45J等以水玻璃为原料，用溶胶．凝胶法制备纳米级微孔Si02玻璃球，研究得出溶胶中Si02浓度大则孔径小，干燥温度高则孔径大的结论。2002年，黎先财等【舶J用该方法制备纳米球形BaTi03，并研究了溶剂、温度、pH值和水解用水量对颗粒性能的影响。溶胶．凝胶法制备颗粒的优点是【47】反应温度低、反应过程易于控制、制品的均匀度和纯度高，而且工艺简单，设备需求不高。目前，该法在工业上主要用来制备氧化物陶瓷颗粒，所得颗粒从核燃料如U02、Th02到一般氧化物如砧203、Zr02、Ti02、CaO等。(五)喷雾干燥法喷雾干燥法是利用雾化器将料液通过喷嘴或离心转盘喷出，分散为细小的雾滴，并在热干燥介质中迅速蒸发溶剂形成干燥颗粒的过程(图1．4)【48】。8 第一章绪论雾化样品溶液。球形雾滴料液浓度高，雾滴小，雾滴内颗粒小料液浓度低，温度高，气流速度快或变形颗粒图1_4喷雾干燥法制备微球颗粒的示意图Fig．1-4Mechanismofthepreparationofmicrospheresbythespraydryingmethod喷雾干燥法已成功用于陶瓷微球的制备，如Mizushimal49J通过喷雾干燥法制备出可注射的多孔羟基磷灰石微球颗粒(SP．HA)，直径约5am，孔隙率58％，可作为药物载体，并对SP．喇球作为干扰素和各类激素等药物载体的使用性能进行了研究。将药物注射到皮下组织后，SP．HA微球发生降解，降解速度可通过煅烧温度进行调节。喷雾干燥技术需要专用的设备，一般是由雾化器(喷头)、干燥塔、进出气及物料收集回收系统等组成，因而生产成本较高，并且喷雾形成的微球粒径分布范围较宽，产品利用率低，不利于微球工艺的探索性研究。1．3课题研究目的、方法以上微球颗粒制备方法都存在一定的局限性。乳化．化学交联法和乳化．溶剂蒸发法制备陶瓷微球颗粒的成型性较差，因为无机物浆料表面张力小、密度大，在有机溶剂中乳化成微球体较为困难。溶胶．凝胶法所用原料多为有机化合物，成本较高，有些对健康有害；处理时间较长，制备的微球易产生开裂。等离子体熔融法和喷雾干燥法需专用的成型设备，且喷雾干燥法容易形成蘑菇状或畸形颗粒。同时，上述制备方法普遍存在着粒径分布范围较大的问题。粒径大小不均一，应用时需要经过筛选，降低了颗粒产品的利用度，同时这些方法也不利于钙磷陶瓷材料微球颗粒的制备。目前，钙磷陶瓷颗粒市场上已有产品出售，如前面提到的瑞士盖氏制药有限公司研制的Bio．Oss松质骨颗粒、武汉理工大学生物材料与工程研究中心研制的13．TCP人工合成骨多孔颗粒和HA多孔陶瓷颗粒，但制备方法尚未见报道，而且Bio．Oss松质骨颗粒形状很不规则，13一TCP多孔颗粒和HA多孔陶瓷颗粒的球形度不高，且大小不均匀。在制备工艺简洁、粒径均匀的钙磷陶瓷微球颗粒的研究方面，目前国内外还鲜有报道。本颗粒旨在研究新的工艺方法，以生物陶瓷HA和B．TCP为主要原料，加入一定量的9o—o 东南大学硕上学位论文粘结剂制备钙磷陶瓷微球颗粒。该工艺方法是将液态陶瓷浆料滴入到与其互不相溶的冷凝液中，利用液态浆料的表面张力作用成球，液滴在自由沉降过程中冷凝成型，故称之为液滴一冷凝法。1．4课题研究内容本课题将采用液滴．冷凝法，通过优化制备工艺获得具有较好圆整度、粒径均一、满足生物学性能和力学性能的钙磷陶瓷微球材料。主要的研究内容为：(1)钙磷陶瓷微球制备基本工艺研究。研究微球的成型过程，通过对浆料组成的调整和冷凝液的选择，制备出粒径均匀、可控，球形度高的微球颗粒。(2)钙磷陶瓷微球的结构与性能研究。对微球的成分、微观结构、孔隙特征和力学性能等进行表征，研究原料组成、制备工艺条件等因素对微球物相、形貌及孔隙特征的影响规律。(3)钙磷陶瓷微球在特定条件下溶解性能的模拟研究。通过模拟胃液和模拟肠液浸泡实验，对陶瓷微球的溶解性和作为庆大霉素载体的药物释放性能进行研究，探讨微球颗粒作为缓释药物载体应用的可行性。10 第二章实验方法本章主要介绍论文研究中所用到的实验原料、实验设备及材料的分析测试方法。2．1原料与设备2．1．1实验原料羟基磷灰石(Caxo(P04)6(OH)2，HA)和B一磷酸三钙(B．Ca3(P04)2，B-TC)，自制；磷酸(H3P04)，上海化学试剂有限公司，分析纯；氧化镁(MgO)，上海通亚精细化工厂，分析纯；六偏磷酸钠((NaP03)6)，上海实意化学试剂有限公司，分析纯；明胶(Gelatin)，天津市科密欧化学试剂开发中心，分析纯；苯甲醚(C7H80)，上海凌峰化学试剂有限公司，化学纯；氯仿(CHCl3)，上海化学试剂有限公司，分析纯；橄榄油，上海凌峰化学试剂有限公司，化学纯；苯乙烯(C8H8)，国药集团化学试剂有限公司，化学纯；二甲基硅油((CH3)3SiO-[Si(CH3)2一O】n-Si(CH3)3)，绍兴宇诺有机硅材料有限公司：丙酮(C3H60)，上海化学试剂有限公司，分析纯；戊二醛水溶液(C5H802)(25wt．％)，国药集团化学试剂有限公司，生化试剂。2．1．2实验设备‘光电分析天平(TG328A)，精确度为0．1mg，上海精密科学仪器有限公司；行星式球磨机(QM．1SP2)，转速范围为Or／min～1400r／min，南京大学仪器厂；电热鼓风干燥箱(NCl01A-1A)，稳定范围为室温～250℃，上海实验仪器有限公司；程控箱式电炉(SxLl208)，控温范围为500"C～1200℃，上海精宏实验设备有限公司；真空干燥箱(DZF．6090)，稳定范围为室温～160"C，上海精宏实验设备有限公司；低温恒温槽(DKB．2410)，温度范围为．40-40"C，上海精宏实验设备有限公司；四环冷冻干燥机(LGJ．10C)，北京四环科学仪器厂有限公司。2．2粉体的制备2．2．1HA粉末的制备用Ca(OH)2与H3P04反应合成羟基磷灰石(HA)，其反应式为【50】：IOCa(OH)2+6H3P04一c口10(P04)6(伽)2+18H20(2．1) 东南大学硕士学位论文制备HA粉体时，按照Ca／P原子比为1．67配置H3P04溶液和Ca(OH)2悬浊液。在室温下，将0．18mol／L的H3P04溶液，以先快后慢的方式滴加到强力搅拌的Ca(OH)2,悬浊液中，滴加时间O．5h，搅拌速度600r／min，反应6h，然后陈化24h，离心分离沉淀物，干燥后在750℃煅烧2h得到HA粉体。经x．射线衍射分析，本实验合成的HA粉末纯度高，无杂相存在(图2．1)。2it／‘’J图2．1HA粉末的XRD图谱Fig．2-1XRDpatternsofHApower2．2．2瓜磷酸三钙粉末的制备B．磷酸三钙粉末同样采用Ca(OI-I)2和H3P04反应合成，其反应式为：9Ca(OH)2+6H3PD4—3白3(P04)2+18H20(2．2)设定反应体系的Ca／P原子比为1．5，将Ca(OH)2悬浊液滴加到强烈搅拌状态下的H3P04溶液中。滴加完成后继续反应5h，最后将反应产物干燥后900"C煅烧2hN得B．TCP粉体。经x．射线衍射分析，合成的13．TCP粉末纯度高，峰型尖锐清晰、无杂相(图2—2)。12^∞山3)、皇兽。售H 第二章实验方法贫厶匕>点’兽尝图2．2B．TCP粉末的XRD图谱Fig．2·2XRDpatternsofB-TCPpower2．3钙磷生物陶瓷微球的制备2．3．1钙磷生物陶瓷微球制备工艺流程钙磷陶瓷微球采用液滴．冷凝法工艺制备，其工艺流程如图2．3。图2．3液滴一冷凝法工艺流程Fig．2-3Processflowofdroplet-freezingprocess13 东南大学硕士学位论文2．3．2钙磷生物陶瓷微球制各成型实验装置根据微球颗粒制各的需要，设计并制造了微球制各装置。图2-4为装置的原理示意图，主要由加料口、压力表、压力控制阀、储料罐、流量控制阀、导液管、冷凝液和容器组成。iL区一一⋯ⅢnJ⋯．，——(”㈣m。r——i——一∥——(。11m．na"¨Ⅷd明图2_4钙磷陶瓷微球成型装置示意图Fig．2-4Sketchofmoldingequ扣roentofphosphate∞ramicmicmsphere2．33钙磷生物陶瓷微球的制各将制各好的浆料从加料口加入罐体(图2_4)，通过控制罐体中的压力和导液管的流量使浆料从导液管均匀流出，液滴于管口处长大并滴落。在下落过程中，由于表面张力的作用形成球状．而后进入冷凝液中冷凝成球形颗粒。将冷凝的微球颗粒过滤，用丙酮溶剂洗涤三次。用去离子水稀释浓度为25％的戊二醛溶液至2．5％，将过滤、清洗后的微球浸泡于稀释后的戊二醛溶液中，对微球进行交联处理3h。(一)浆料的制各以自制的羟基磷灰石(HA)粉末和B．磷酸三钙(B-TCP)粉末作为钙磷陶瓷微球的主要原料，与一定比例的粘结剂和硬化女|J}I冶配制浆料。先将蝴末和B-TCP粉末混合，然后加入(NaP03k和Mg(H2P04)2溶液，最后加入15％的明胶溶液并搅拌均匀，得到具有一定粘性和流动性的浆料。其中，Mg(H2P04)猓用MgO和H3P04反应制取，反应式如下：蚴0+2H3Pq呻^tg(H2Pq)2+H2D(2．3)(二)干燥与烧成将制各的钙磷陶瓷微球在60"C烘箱中干燥30rain，然后用程控箱式电炉在800"C傈～～m：；⋯⋯一■了 第二章实验方法温2h煅烧。由于微球中有机物(明胶)的烧失温度较低(100℃～200℃)，而且烧结过程中会伴随体积的收缩，为防止体积的剧烈收缩引起材料的开裂，低温阶段采用较慢的升温速度。2．4性能表征2．4．1X．射线衍射(XRD)分析采用SHIMADZUXD．3A型X．射线衍射仪(X．RayDiffractometer，日本)分析钙磷陶瓷微球的物相组成，测试前先将其研磨成粉末。测试条件：Cu．K辐射，波长0．15418nm，电压40kV，电流30mA，测量角度误差小于±o．010。2．4．2扫描电镜(SEM)观察对微球表面和截面分别进行喷金处理，用FEISIRION场发射扫描电子显微镜(Field—emissionScanningElectronMicroscope，荷兰)观察样品的表面和截面形貌，加速电压20kV。2．4．3密度和孔隙率测试(1)钙磷多孔陶瓷微球真实密度的测量【51l将烧结的钙磷多孔陶瓷微球研碎，加入适量的蒸馏水，于离心球磨机湿磨3h，转速为400r／min。取出后120"C烘干，称出25ml比重瓶装满蒸馏水的质量(尬)，称取一定量的干燥粉体(％)，将其装入该称量瓶中，并加满蒸馏水，称其总质量(尬)。由式2．4计算烧结钙磷多孔陶瓷的真实密度：D,-燕亿4，其中历一钙磷多孔陶瓷的真实密度，edcm3；功一蒸馏水的密度，g／cm3。(2)阿基米德法测量多孔样品的孔隙率和体密度【52】以去离子水为介质，根据阿基米德原理，通过下列公式计算样品的体积密度、孔隙率和吸水率：见；堕堕×100％(2．5)P；—m2--—m0×100％ma15(2．6) 东南大学硕士学位论文式中昂一掣舢％Db一体积密度；P一开孔孔隙率(％)；PD一总孔隙率(％)；P木一闭孔隙率(％)。Wo一吸水率(％)；mD一干燥多孔样品的质量(g)；ml一多孔样品悬挂于水中排开水的质量(g)；m2一多孔样品充分吸附水后的质量(妙；Pl一去离子水的密度；(2．7)(2．8)(2．9)2．4．4力学性能测试采用CSS．2202电子万能试验机(CMT4503，深圳市新三思材料检测有限公司)测试样品的最大受力载荷，加载速率O．1mm／min。每种粒径微球测试3个样品，取最大受力载荷的平均值。16 第三章钙磷生物陶瓷微球成型工艺研究本章以生物陶瓷HA、B-TCP为主料，采用液滴．冷凝法制备钙磷生物陶瓷微球，并研究浆料组成、冷凝液种类对微球颗粒成型过程的影响。3．1钙磷生物陶瓷微球各组成的确定如前所述，HA和B．TCP是目前应用最为广泛的两种生物陶瓷，根据两者的特性，实践中常把两种材料复合，通过调节蝴．TCPLI',例来控制陶瓷材料的降解速度，以满足临床应用的要求。大量文献研究了删．TCP不同比例对陶瓷生物学性能的影响。Yamada等人在地铘．TCP比分别为100l／o、75／25、25／75、0／100的四组钙磷陶瓷样品中加入破骨细胞进行培养，观察破骨细胞的吸收性与样品溶解性之间的关系。结果表明，破骨细胞的吸收因为钙磷陶瓷样品的溶解性不同而不同。蝴．TCP比为75／25的低溶解性BCP和纯的HA不被破骨细胞吸收，而蝴．TCPLl',为25／75的BCP被破骨细胞吸收迅速，产生的陷窝与自然有机体中矿化组织中的陷窝相同。在研究的四种钙磷陶瓷样品中纯B．TCP的溶解性是最高的，但破骨细胞的吸收并不总是随着陶瓷溶解性的增加而增强。研究显示，破骨细胞在BcP25／75中显示出最强的吸收效剽"J。显然，钙磷陶瓷太高和太低的溶解性都不能满足破骨细胞的吸收活性。另外，骨替代材料还需要有高的机械强度。BCP25／75作为骨替代物没有足够的机械强度，因此临床上常用BCP60／40作为替代材料，它的综合性能(溶解性和机械性能)最佳。破骨细胞的形成与其骨吸收有关，适当吸收速度的BCP，使得生物骨通过吸收／骨替代过程而保持动态的生物学结合，同时通过分解／沉淀反应在骨样磷灰石和陶瓷表明形成化学结合。根据上述研究成果，本课题钙磷陶瓷微球原料中同时采用脚．TCP，两者比率为3：2。除了HA和B．TCP之外，在浆料中同时加入一定量的明胶以改善浆料性能，这是因为明胶具有以下特性1541：(1)凝胶化。明胶溶液在一定的温度下可形成具有一定粘度、不能流动的凝胶。利用明胶在低于凝胶化温度(30℃左右)变成凝胶的性质，促进钙磷陶瓷微球在冷凝液中固结成型。(2)胶体和乳化性质。明胶是一种有效的保护性胶体，可以阻止晶体或离子的聚集，用以稳定非均相悬浮液，明胶的加入使钙磷陶瓷粉末在去离子水中形成均一、稳定的乳浊液，提高浆料的流变性能。根据前期实验研究，当m(HA／B-TCP)：m(GEL)=10：2时，浆料性能较好，后续研究均采用该比例配制浆料。为了促进陶瓷微球在较低温度烧成，还在配料中加入了适量的无机粘结剂——六偏磷酸钠和磷酸二氢镁。这是基于以下考虑：六偏磷酸钠是一种聚合电解质，并且具有无机表面活性剂的特性，能使水中难溶物质分散或形成稳定悬浮液，以防止悬浮液的附着、凝聚：同时，六偏磷酸钠是亲水性很强的水分保持剂，它能很好地使浆料中所含的水分稳定下来，改善浆料的流变性。镁是骨骼中重要的阳离子【551，是可正常吸收、代谢的元素，而且镁有稳定B．TCP的作用p6。。磷酸二氢镁作为粘结剂，在常温下使陶瓷浆料具有17 东南大学硕±学位论文良好的流变性能；在高温下则可以改善陶瓷微球的烧结性能【矧。根据前期研究．磷酸二氢镁和六偏磷酸钠均占陶瓷粉体总量的8％时，陶瓷的烧结性能比较好，因此后续研究均采用该比例配置浆料。根据上述确定的组成配制浆料，在陶瓷浆料固含量30％，装置导液管内径1．2ram的条件下制各了球形陶瓷颗粒，其外观形貌见图3-1，粒径约3ram。图3—1钙磷陶瓷微球外观形貌Fig．3—1Morphologyofphosphateceramicmicrospheres3．2钙磷生物陶瓷微球成球原理液滴一冷凝法的基本原理是利用浆料液滴的表面张力，在自由下落时形成球形，然后滴入到与浆料互不相溶的低温液体中，球形液滴在自由沉降过程中冷凝成形。钙磷陶瓷微球的成球过程分为两个部分，一是浆料液滴在其表面张力作用下成形：二是成形后的液滴在沉降的过程中冷凝形成微球。在本论文的研究情况下，浆料液滴从出料口滴下(图24)．在下降的过程中，气，液界面上的分子受力不平衡，表面上的分子受到垂直指向液体内部的吸引力，且液体表面分子的平均振幅要大于液体内部分子的平均振幅口“，形成液面分子平均密度较小．分子平均距离较大，从而沿液面方向的分子引力优势得以保持，在此状态下，表面分子比内部分子具有额外的势能即表面能。当表面积增加时，相应的表面能也随之增加。由于体系的能量越低越稳定，所以液滴有尽可能减少表面积，使表面能降低的趋势，也即液体表面具有自动收缩的趋势口”。一定体积的液滴，以球状的表面积最小。因此，液滴在表面张力的作用下趋于球形。表面张力一般随温度升高而降低。这是由于随温度升高，液体与气体的体积质量差减小，使表面层分子受指向液体内部的拉力减小，故表面张力降低。表面张力随温度的变化关系有许多相应的数学公式，爱特福斯提出了如下荚系式【删： 第三章钙磷生物陶瓷微球成型工艺研究yV2届·K亿一丁)(3．1)式中：丫——液体表面张力；V二—·克分子体积；K．一常数，为2．2尔格／度；k一临界温度；T-一液体温度。式(3．1)与实验结果的符合程度并不高。实验表明在稍低于临界温度时，界面已开始弥散，所以拉姆齐(Ramsay)和雪尔茨(Shields)对该表达式作了如下修正I删：yV2船一K伍一T—d)(3．2)式中：d——常数，对大多数液体d=6．0。应用液滴．冷凝法制备陶瓷微球，必须保证从装置导液管口滴落的小液滴在与容器底接触前冷凝固化。但空气的比热容过小，若在空气中冷凝需要较长的时间。因此，设计在液相中对液滴进行冷凝。一方面，冷凝液可以促使浆料液滴以较快的速度硬化；另一方面，随着温度的降低，根据式(3．2)可知，浆料液滴所受表面张力增大，更容易形成球形，有利于改善微球颗粒的球形度。当两种不同的溶液混合时，两种界面之间会存在一种二维薄层，仅相当于单分子层或几个分子层厚。这种界面只有在界面的生成自由能为正值时，才能保持稳定【61】；若为负值，则其中一相会完全均匀地分散在另一相中形成互溶的液体。根据以下公式【62l：堕．y。+y矿y．(3．3)瓦。h+y肿一儿‘3·3)式中：dG／dAB-一液体B在液体A中生成的界面自由能；YB_液体B的表面张力；讹B——液体A与液体B的界面张力；丫A_液体A的表面张力。可知，钙磷陶瓷浆料液滴B进入冷凝液A中时，若dG／dAa是负值，则滴下的浆料在冷凝液中溶解，直至成为单分子膜，不能形成微球；若dG／dAa是正值，则滴下的浆料液滴与冷凝液互不相溶，液滴可以保持稳定而形成微球；当dG／dAB越大，液滴成形性越好。因此，在钙磷陶瓷微球成形过程中，浆料与选取的冷凝液互不相溶是微球颗粒成形的前提，鉴于浆料组成中HA、8-TCP、六偏磷酸钠、磷酸二氢镁、H20都是无机物，而明胶具有水溶性，所以选择有机物质作为冷凝液；此外，当浆料液滴的表面张力一定时，冷凝液表面张力越小越有利于微球颗粒的成形。19 东南大学硕士学位论文3．3冷凝液的选择在钙磷生物陶瓷微球的制备过程中，微球颗粒在冷凝液中的运动属于沉降过程，沉降过程中的推动力是重力。其基本依据是微球颗粒和冷凝液间存在密度差，从而使微球颗粒在加速场作用下，微球颗粒与冷凝液之间产生相对运动，从冷凝液介质中沉降下来。伴随较低的温度，能使微球颗粒凝固成形，且微球颗粒的沉降速度越慢，其成型性越好。微球在沉降过程中的受力情况如图3—2所示。重力五图3—2沉15簪过程中微球的受力图Fig．3—2Theforcediagramofmicrosphereduringsettlementprocess根据牛顿第二定律，微球的重力沉降运动基本方程式【63J应为：弓一忍一局一所警(3．4)由于受力体是近似球体，而近似球体在冷凝液中的速度比较缓慢，冷凝液的流动也相当缓慢，导致流体雷诺数非常小，呈爬流状态，因此有，重力：t2詈dP3岛g(3·5)浮力：E一詈dp3pg(3．6)U阻力：E=3兀luvd。(3．7)式中：dp_微球颗粒的当量直径；pp_一微球的密度；r冷凝液的密度；l广一冷凝液的粘度；1r微球与流体相对运动速度；广重力加速度。最终得到微球颗粒的沉降速度Ut为：20跨B力阻浮，龟勇罗氇，。∥▲l▲Il霉。，，、，毽∥扩：，％ 第三章钙磷生物陶瓷微球成型工艺研究q；譬产(3．8)由以上分析可见，微球颗粒粒径及密度、冷凝液的粘性及密度都影响球形颗粒的沉降速度。因此，为了减缓微球在冷凝液中的沉降速度，可从减小微球粒径、增大冷凝液粘度和减小两相密度差等因素考虑。由于温度对有机物质粘度的影响：温度降低，有机溶剂粘度会增加，故在颗粒滴定前对有机物质采用低温处理。为了保证冷凝液密度P略小于浆料密度pp，首先必须知道浆料密度pp。由于浆料是混合物，对同系物质混合物，一般均可按比例取其平均值；对非同系物质混合物，在体系相对稳定、密度均匀的条件下，也可这样做，而不致引起较大误差，即p_一n墨+P2X2+岛毛+⋯⋯(3．9)式中：p。n_混合物的密度；Xl，X2，x3——各组分的体积分数；P1，P2，p3——各组分的密度。表3．1陶瓷微球中各原料密度Table3．1Rawmaterialsdensityofceramicmicrospheres表3．1列出了各物质的密度，前面已确定了制备钙磷陶瓷微球各物质量之间的比例关系，根据式(3．9)可近似计算出浆料的密度，为1．22，1．35g／cm3。实验中制备了HA／TCP-GEL和HA／TCP．Mg(H2P04)2．(NaP03)6．GEL两种不同组成的微球，为了叙述的方便，把前一种组成的微球称为H／T-1，后一种组成的微球称为胍2。本小节选取H／T-1进行研究，浆料组成地铘．TCP质量比为3：2，明胶浓度为15％，在浆料保温温度为60℃、冷凝液温度为．5℃、冷凝液柱高度为80ram的条件下，研究不同的冷凝液对微球颗粒成型性的影响。从密度的角度进行选择，同时考虑到冷凝液具有一定的粘性，故选择其密度范围为0．9—1．29／cm3，初步选择苯甲醚、苯乙烯、橄榄油、二甲基硅油等作为冷凝液，表3．2列出了这几种冷凝液的一些物理性质。表3．2冷凝液的物理性质Table3．2Thephysicalpropertiesofcondensateliquid21 东南^学硕±学位论文分别采用上述冷凝液进行研究，发现单一相的苯甲醚和氯仿都不能满足微球成型的要求，故考虑采取两者混合。分别选取苯甲醚+氯仿、苯乙烯+苯甲醚、橄榄油、氯仿+聚羟基丁酸脂(PHB)、苯乙烯、二甲基硅油六种溶剂作为冷凝液，比较其对陶瓷微球颗粒成型性的影响，图3-3为不同的冷凝液条件下钙磷陶瓷微球颗粒数码照片。／*，。v_■■叫yvo哆v幽豳≯?；?一≥：气v-：u『：≥貉，■豳o：》》。。《：■h”戳豳-g￥蹿f。?。，_。硅警7肇静幽一·’f’：n?≯、St幽触《．暑&≥薯》警℃；o≯烈豳0)冷凝液：苯乙烯∞冷凝液：二甲基硅油图3-3不同的冷凝液条件F陶瓷微球颗粒数码照片Fig30Digitalphotosofccraraicmicrospheresindifferentcondensateliquid 第三章钙磷生物陶瓷微球成型工艺研究以苯乙烯+苯甲醚混合物作为冷凝液，颗粒呈球冠状，如图3．3(a)。主要原因是苯甲醚的加入虽然增加了混合液的密度，使得冷凝液与浆料两相物质的密度差(Pp-P)减小，但同时也降低了有机溶剂的平均粘性，冷凝液粘度∥过小，导致忱过大，颗粒在快速的沉降过程中发生变形。以苯甲醚+氯仿混合物作为冷凝液，颗粒呈半椭圆状，如图3．3(b)。主要原因是氯仿的加入，使得冷凝液与浆料两相物质的密度差(pp．p)过小或者为负值，即导致du／dt为负值，液滴最终浮在冷凝液表面，导致微球颗粒变形。采用橄榄油作为冷凝液，制备出的微球颗粒呈“鹅卵石’，状，形状不规则，如图3．3∽。主要原因是橄榄油密度较小，使得冷凝液与浆料两相物质的密度差(pp．p)较大；又由于橄榄油粘度∥较小，导致u过大，微球颗粒在快速沉降的过程中受力不平衡，导致形状不规则。聚羟基丁酸脂(PHB)是一种热塑性聚酯，具有生物可降解性和生物相容性，易溶于氯仿，与氯仿混合可得到粘流状态的液体，将其作为冷凝液，两者之间的比例需严格控制。比例过高，冷凝液粘度∥过大，导致1)t过小，颗粒浮在表面，微球颗粒变形；比例过低，冷凝液密度过大，使得冷凝液与浆料液滴两项密度差(pp．p)过小或者为负值，导致u过小，颗粒在冷凝液中变形严重。因此，这两种情况都可导致微球颗粒变形。当两者比例适当的时候钙磷陶瓷微球球形度最好，如图3-3(d)，这就对PHB与氯仿的配比比例要求比较严格。由于氯仿易挥发，实质上参与配比的量很难控制，故这种冷凝液也被排除。从图3．3(0、3-3(f)可以看到，苯乙烯和二甲基硅油作为冷凝液，两者都有一定的粘性，颗粒的球形度比较好。而且这两种有机溶剂都是单一的成分，不需要配比。但苯乙烯具有毒性，对人体危害和环境危害都比较严重。另外，苯乙烯状态不好控制：苯乙烯存储时间不宜过长，过长会导致苯乙烯分子之间发生自由基聚合，变成聚苯乙烯，而聚苯乙烯是乳白色胶状体，从而不能满足实验要求。二甲基硅油是无色、无臭、无味的非极性液体，具有生理惰性、良好的化学稳定性，不溶于乙醇和水。同时，二甲基硅油表面张力相对较小，比重为0．960--0．970，与浆料的比重差小，可减少粘滞力，有利于颗粒的成形；粘度较大，可显著地改善钙磷陶瓷微球颗粒的球形度。所以，从冷凝液的密度、粘度、凝固点、溶解性、稳定性、毒性等方面进行综合考虑，后续研究中全部选用二甲基硅油作为冷凝液。3．4钙磷生物陶瓷微球粒径的控制研究在微球制备过程中，浆料液滴在导液管口慢慢变大，当液滴所受的重力大于或等于其表面张力能拉住液滴的最大重量时，液滴脱离导液管口而下落。浆料液滴在重力作用下的脱落过程如图3．4。 东南大学硕上学位论文图34浆料液滴在重力下的脱落过程Fig．3-4Thesheddingprocessofslurrydropletbygravity球形颗粒的粒径是微球最重要的特征参数之一，颗粒的很多性质都与粒径有关。而且，粒径大小与其应用是紧密联系的。在应用液滴．冷凝法制备颗粒材料时，材料的浆料表面张力、导液管口半径与液滴重力之间存在如下关系f删：mg一2xro(3．10)而朋·锄R3Pp／3(3．11)将式(3．11)代入式(3．10)，有r。．29ppR3(3．12)3a式中：m——液滴质量；R——液滴半径；pp-—-浆料液滴的密度’r导液管口内径；s——表面张力；r重力加速度。由式(3．12)可知，在浆料性质一定时，导液管内径是决定颗粒粒径的主要因素，此时导液管内径与微球颗粒粒径的三次方成正比。图3-5(a)和(b)分别是H／T-1中固含量为26．79％和H／T-2中固含量为38．35％时，导液管内径取0．4mm、0．5mm、0．6mm、0．7mm和0．8mm得到的微球颗粒的数码照片。导液管内径与微球颗粒粒径的关系如图3-6所示。由图可知，对于H／T．1和H／T-2，选用内径为0．4加．8mm的导液管可以制备粒径范围为1～2．5mm的微球颗粒。24 —————————————————!=!j!!塑!!!!i§堡!黼3456黪；：瀵78。9r{们；。。ja“5t】J78々?‘0晌i9}lO佃1H，F2∞Famjcmicrospheles凰3-5在不坷的导渡管内径下制蔷的微球Fig3-5Thepmparationofmicmspheres岫derdiffemntdianwkBofcamekrm‰“dw¨，⋯Thcd⋯㈣，⋯fa)H／T-1m、FFT-2崮3-6微球粒径与导液管内径的关系Fig3．6TherelationshipbetWeendiameterofmictosphcmsanddiamkrofcalhekT采用曲线拟合，HIT-1中导液管内径y与颗粒粒径x之间存在如下关系一li§§ll_{ 东南大学硕士学位论文Y一0．0307x3瞄6+0．3603H／T-2中导液管内径Y与颗粒粒径x之间的关系：Y；0．0333xz嘲1+O．3633曲线拟合结果与式(3．12)中的比例关系基本吻合，测一定导液管内径时的颗粒粒径。3．5本章小结(3．13)(3．14)因此可以采用这两个公式来预1．以HA、B-TCP为主料，明胶和无机粘结剂为辅料，采用液滴．冷凝法制备了钙磷陶瓷微球颗粒。在浆料保温温度为60。C、冷凝液温度为．5℃、冷凝液柱高度为80mm的条件下，研究了几种不同冷凝液对微球颗粒成型性的影响，以二甲基硅油作为冷凝液得到的微球颗粒成型性最好。2．研究了微球粒径的控制因素，其中导液管内径与微球粒径之间的关系可以用公式(3．13)、(3．14)来表示。选用内径为O．4加．8mm的导液管可以制备粒径范围为1。2．5mm的微球颗粒。 第口章钙磷生物陶＆带球的结构与性能研究第四章钙磷生物陶瓷微球的结构与性能研究在上一章中，以生物陶瓷HA、8-TCP为主料。明胶作为流变剂和固化剂，采用液漓．冷凝法制各了球形钙磷生物陶瓷微球颗粒。本章将在此基础上，对微球的相组成、孔隙特征及力学性能进行研究。4．1钙磷生物陶瓷微球烧结前后的形貌和孔隙结构本节分别对H／T-1和Hfr-2两种陶瓷微球烧结前、后的微观形貌进行对比研究。4．1．1It／T．I微球烧结前后微观结构图4-1是Hfr-1未烧结微球表面和截面的SEM照片。图4．1(a)、(”、(c)分别是微球表面放大50、5000、30000倍的显微照片，图4-1(d)、(e)、∞是微球内部结构放大50、5000、30000倍的显微照片。根据图4-1，H／T-1制各的微球圆整度比较好(图牟l“)、(d))。微球表面和内部均存在较多微孔，微球表面孔径小于5,um(圉4-1(b))，且表面颗粒成堆积状，结合较紧密(4．1(c))；微球内部孔径太于5,um(图4-1(e))，颗粒与颗粒之间存在比较均匀的间隙．结合没有表面紧密(图4_1m)。可见微球表面比内部结构要致密，是一种“外密内疏”的结构。这是因为在浆料液滴冷凝过程中，液滴表面首先与冷凝液接触，浆料表面的水快速凝周，形成细小的晶粒，而内部的水凝固较为缓慢，晶粒逐渐长大。因此水分蒸发后微球表面留下的孔隙尺寸较小，而内部的孔隙较大．形成了“外密内疏”结构。(时米烧结微球表面(50x)啦)未烧结微球表面(5000x 东南大学硕±学位论文0)烧结后微球表而(50x)巾)烧结后微球表面(200x) 第日章钙礴生物陶瓷诘球的结构与性能研究(c)烧结后微球表面(10000x)(d)烧结后微球内部(50x)(e)烧结后微球内部(2COx)∞烧结后微球内部(10COOx)图4-2I吖r-1陶瓷微球烧结后SEM烈片Fig．4-2SEMimagesofI-DT-1∞ramicmicr嘴pheresaflcrslmcrcd4．10EVr．2微球烧结前后微观结构图年3是Hit-2微球烧结前表面和截面的SEM照片。其中，图4-3(a)、(b)、(c)分别是微球表面放大50、10000、30000倍的显微照片，图4．3(d)、(e)、∞则是微球内部结构放大50、10000、30000倍数的显微照片。由图可见，实验制各的微球球形度良好，表面存在一定数量的针状小孔(图4-3(曲)。高倍率下可看到微球中有些颗粒聚集在一起(图4．3(b))，有些颗粒则被明胶包裹(图年3(c))。从内部结构看，存在少量孔径大约为100IlIn的大孔(图4．3(d))，可能是微球制各过程中混入的气泡所形成。高倍率下观察，微球内部颗粒分布比较均匀(图4．3(c1)，明显可看到由明胶构成的三维网状空间结构(图4-3(0)，这些网状结构在颗粒中起到了桥梁作用。对比图4-1和图4．3，H／T-2微球与H／T-1微球一样属于“外密内疏”的结构。 东南大学硕士学位论文(e)未烧结微球内部(10000x)∞未烧结微球内部(30000x)圈40H用2微球烧结前SEM照片Fig．4-3SEMimagesofHfr-2microsphere$befomsintgred 第四章钙碡生物陶瓷镦球的结构与性能研究(0烧结后微球表面(30000x)“‘奄(c谠结后微球内部(2COx)(嘴结后微球内部(30000×)图44H／r-2微球烧结后SEM照片Fi94-4SEMima舻sofHtT-2mi盯0sDhemsaftersintered图44是H／T-2陶瓷微球烧结后表面和截面的SEM照片。圉4叫a)、嘞、(c)分别是微球表面放大50、200、30000倍的显微照片，图4叫d)、【c)、∞是微球内部结构放大50、200、300(30倍的显微照片。由图可见，陶瓷微球烧结后仍保持良好的球形度(图4．4(a))，但是微球表面投有烧结前光滑(图4-4㈣)，这种微租糙表面是水分蒸发和烧结过程中明胶烧失的结果。此外，微球表面存在丰富的微孔结构(图4-4(c))。与IVI'-I微球类似，烧结后微球内也有少量孔径大于100pan的大孔存在(图4一“d))，从图4．4(e)中可观察到，这些大孔呈球状，孔壁比较光滑，推测是由制备浆料过程中混入的气体形 东南大学硕士学位论文成。与微球表面类似，微球内部也存在孔与孔之间互相贯通的微孔结构(图4-4(0)。4．2钙磷生物陶瓷微球孔隙特征孔隙特征是陶瓷微球一个非常重要的性质，适当的孔隙特征能够满足微球不同的应用目的。本节主要分析原料组成和烧结温度对孔隙特征的影响。4．2．I原料组成对孔隙特征的影响为了计算H／T-1、H仍2两种微球的孔隙率，首先采用比重法分别测出两种微球的真实密度。表4．1列出了两种不同陶瓷微球经800℃烧结后的真实密度，由于组成不同，H仍1微球的真实密度比HFr-2微球的真实密度要大一些。表4．1不同组成陶瓷微球的真实密度Table4．1Thetruedensityofdifferentcomponentceramicmicrospheres表4．2列出了根据阿基米德法获得的两种微球样品的体积密度、孔隙率和吸水率。根据表4．2，H佴2的开：fL孑L隙率、总孔隙率和吸水率均低于H尼1，而闭孔孔隙率高于H／T-1。两个的微球在烧结过程中都伴随有水分蒸发和明胶烧失，但H，乍2在烧结过程中有液相的形成，此时在毛细作用下，原始粉末会发生一定程度的迁移，在颗粒体中形成粉末聚集。因此I-I／T-2中的闭孔隙率会比H仍1中的高。扫描电镜的观察结果进一步证实了上述结论，如图4．5，H／T-1中的孔隙(见图4．5(a))比H／T-2中的孔隙(见图4．5(b))大，结构也比较疏松。表4．2不同组成陶瓷微球的孔隙率Table4．2Theporosityofdifferentcomponentceramicmicrospheres32 第四章钙磷生物陶瓷微球的结构与性能研究(曲I-1，r-1mleTosphcre(1000x)和)H／F-2microsphcre(1000x)留扯5不同微球烧结后的微观结构Fig4-5MjcmsⅡucmmofdifferemmicrasDheresaftersintered4工．2烧结温度对孔辕特征的影响将制各的固含量为38．35％的H／T-2微球分别经600"C、700℃、800"(2和900'C烧结，表4．3是陶瓷微球的}L隙特征与烧结温度的关系。表4．3微球经不同温度烧结后柏孔隙特征Table4．3TheporecharacterofmicrospheressimeJedwithdifferenttemperature烧结温度(℃)600700800900样品体积密度(D√＆cm’1．3061．2711．2681．250样品的真密度0)旭锄’31232998Z7752713开孔孔隙率P(％)50435n6351645094总孔隙率P“％)5818576054305393闭孔隙率P·r％17756．972．662．99吸水率wlr％13861398340724076从表4_3中可看出，随着烧结温度的提高，总孔隙率呈下降趋势，但下降幅度不大。这种现象可用下述理论解释。H／T-2采用了Mg(H2P04)2和(NaP03)ls作为粘结剂，与钙磷陶瓷陶瓷原料之间构成Cat)．MgO-Na20-P205玻璃体系，产生的低熔点物质在烧结过程中率先熔化，形成一定量的液相，属于液相烧结。当液相出现时，颗粒问具有很小曲率半径的毛细管状的凹坑，其上作用的压力可由下式计算：印—。2y￡r九(4．1)式中；T。。一液体．气体界面能：r。——进入液相中的气泡的半径；根据金格瑞的计算，这种压力相当太【川。压力作用使液相的表面积减小，促进固体颗粒相对移动，使系统的总表面能减小，颗粒重新排列从而趋向紧密堆积。随烧结温度升高．熔融磷酸盐玻璃形成的液相增多，液相完全润湿整个体系时，由于毛细作用，颗 东南大学硕士学位论文粒重排和溶解．再沉淀过程加快，颗粒相互吸引、互相靠近，促进了陶瓷的致密化过程。从表4．3中还可看出，微球经800℃烧结，开孔孔隙率最高，达到51．64％，且闭孔隙率达到最小，为2．66％。从吸水率方面看，经800℃烧结后微球的吸水率与最高吸水率基本相等，经此温度烧结后的微球孔隙特征总体性能较好。4．3力学性能目前，关于微球颗粒的力学性能尚无统一的评价标准，而且微球的应用不同，所要求的力学性能侧重点亦不同。微球所能承受的最大压力载荷是微球的重要指标，因此对微球力学性能的研究主要集中在微球所能承受的最大压力载荷上。4．3．1原料组成对微球力学性能的影响图4．6给出了H屉1、H尼2两种不同微球在四种不同粒径下的最大压力载荷数据，反映了微球组成和粒径对最大压力载荷的影响：(1)无论哪一种组成，随着微球粒径的增大，微球能够承受的最大载荷亦增大。这是因为粒径越小的微球能够承载的面积越小，在自身压缩模量相近的情况下，所能承受的压力载荷也越小；(2)当粒径相等时，H／T-1微球比H／T-2微球所能承受的最大载荷小。这是因为加载速度相同(均为0．1mm／min)、粒径大小相等时，微球所能承受的载荷由其内部结构决定。对于H佴1微球，烧结后微球内部颗粒之间形成一种“搭接”，比较容易“坍塌’’，而H仍2微球经烧结后存在颗粒重排，颗粒之间趋于密集，因此能承受更大的载荷。芑、焉卫量善爱百=1．40一1．)UlOIkl．7f)18Ikl．州l2L’L卜艺．10Gramdi￡uneter／(nun)图4．6不同组成的微球对其力学性能的影响Fig．4—6Effectofdifferentcomponentmicrospheresonmechanicalproperty4．3．2煅烧温度对微球力学性能的影响将一组H／T-2、粒径为1．5mm的微球分别经600。C、700"C、800。C、900。C烧结后测34 第pnq章钙磷生物陶瓷微球的结构与性能研究试其最大受力载荷，结果见图4．7。从图4．7可看出，随着温度的升高，微球强度逐渐增加。Sinteringtemperature／(℃J图4．7烧结温度对微球力学性能的影响Fig．4—7Effectofsinteringtemperatureonmechanicalpropertyofmicrospheres陶瓷坯体在高温下的烧结，可在单纯的固体之间，也可在液相参与下进行。由前述可知，H／T-2微球的烧结属于液相烧结。烧结过程如图4．8所示【吲。图4．8中(a)图表示烧结前微球中颗粒的堆积情况，此时颗粒之间既可以是点接触，也可以相互分开，微球中具有较多间隙。在烧结过程中，固相颗粒首先发生滑移、重排而趋于紧密排列(a-÷b)，颗粒之间形成液相膜，大气孔逐渐消失，因此气孔的总体积迅速减少，但颗粒间仍以点接触为主，总表面积并无明显下降(图4—8(b))。此后，颗粒间的接触点在表面张力作用下开始溶解(b叶c)，颗粒间由点接触逐渐扩大为面接触，粒界面积增加，固．气表面积相应减少，但气孔仍然连通(如图4-8(c)所示)。最终，小颗粒在曲率半径较大的颗粒表面沉积(C_d)。粒界进～步扩大，气孔则逐渐缩小和变形，最终变成孤立的闭孔区。同时，颗粒粒界开始移动，粒子长大，气孔逐渐迁移到粒界上消失，烧结体致密度提高(如图4-8(d))。35一Z一、弓日。一i爱暑五 东南大学硕士学位论文(a)(b)(c)(d)4．8烧结过程示意图Fig．4—8Thesketchofsinteringprocess根据以上烧结理论，随着烧结温度的提高，陶瓷微球的致密度提高，导致颗粒与颗粒之间排列紧密，抗压能力增强，因此微球的强度提高而孔隙率略有下降。4．4钙磷生物陶瓷微球的相组成4．4．1H／T-1微球的相组成将制备的H／T-1钙磷陶瓷微球分别经600℃、700℃、800℃温度烧结，保温2h，研磨成粉末进行XRD测试，结果如图4．9。图4．9H门r-1陶瓷微球经不同温度烧结的X射线衍射图谱Fig．4-9XRDpatternsofH／T-1ceramicmicrospheressinteredatdifferenttemperature(a)600"Cx2h，(b)700"Cx2h，(c)800。Cx2h从图4．9可看出，H佴1陶瓷微球经600℃、700oC、800℃烧结后，均出现了HA和13-TCP的衍射特征峰，所不同的是经不同温度烧结后，物相的主相特征峰发生了变化。经600℃烧结后(图4-9(a))得到的物相中，主相特征峰是HA，次相峰是8-TCP，代表HA(211)、(112)和(300)晶面的三个最强峰峰底较宽，且(112)晶面与(211)^沈山3)、皇兰堇H 第四章钙磷生物陶瓷微球的结构与性能研究晶面重叠现象比较严重，导致(112)晶面不明显。图4-9(b)与图4-9(a)衍射峰相近，说明700℃烧结后的物相与600℃烧结得到的物相基本相同。经800"C烧结后得到的物相中，主相特征峰是13．TCP，次相峰是HA。研究表明，B．TCP在900"C烧结时结晶度最好【241，衍射峰变得尖锐；而HA在750"C烧结时结晶度最好166l，但随着温度的提高，HA逐渐向13．TCP转化。实验结果表明，在800℃烧结时有部分HA转化为B．TCP。4．4．2Il／T-2微球的相组成将H佴2制备的陶瓷微球分别经600℃、700℃、800℃温度下烧结，保温2h，研磨成粉末进行XRD测试。责山已、鲁銎。量图4—10H／T-2陶瓷微球经不同温度烧结的X射线衍射图谱Fig．4-10XRDpatternsofH／T-2ceramicmicrospheressinteredatdifferenttemperature(a)600"Cx2h，(b)700"Cx2h，(c)800"Cx2h图4．10(a)、(b)、(c)是陶瓷微球分别经600℃、700℃、800℃烧结后的x射线衍射图谱。根据图4．10，微球经不同温度烧结后，物相出现了较大的变化：600℃烧结后，x．射线衍射图谱中出现HA、13-TCP和Mg(H2P04)2·2H20三种物相，没有钠盐的衍射特征峰；700"C烧结后，x．射线衍射图谱中同样出现HA、13-TCP和Mg(H2P04)2"2H20三种物相，但是HA和Mg(H2P04)2·2H20特征峰有所减弱，而13-TCP的衍射特征峰增强，表明有部分HA转化为了13．TCP；经过800℃烧结后，X．射线衍射图谱中只出现13．TCP和M93(P04)2的特征峰，没有HA和钠盐的衍射特征峰，表明HA完全转化为13-TCP。这种完全转化基于以下三方面原因：首先，随着烧结温度的提高，HA本身会转变成13．TCP167】。第二，镁的酸式磷酸盐高温烧结后分解为焦磷酸盐(M92P207)和M93(P04)2，通常情况下，M92P207占80％以上，M93(P04)2的量较少。在高温时，焦磷酸盐会进一步。与 东南大学硕士学位论文HA发生反应生成B-TCP[删，反应式如下：3M92最D7+3Calo(她)6(a旧)2一lOft—c口3(P(九)2+2M93(鹏)2+3H20(4．2)该反应在一定程度上降低了HA的稳定性，会进一步促使HA向B．TCP转变。第三，H／T-2中还含有无机粘结剂六偏磷酸钠，它是偏磷酸钠NaP03聚合的产物，溶于水时发生水解形成NaH2P04，加热到250℃以上重新生成六偏磷酸钠。六偏磷酸钠在616"(3发生熔化，可能与陶瓷中所含的Ca、Mg磷酸盐形成CaO．MgO．Na20—P205体系玻璃169J，该玻璃体系显弱酸性，也会促进HA相发生转变。除了上述变化以外，微球经800℃烧结后的衍射峰整体向右偏移。主要原因是，在磷酸钙盐中，能发生多种离子置换作用。本研究中，粘结剂中含有的Mg“，在烧结过程中进入B-TCP的晶格中发生离子替换作用，由于M92+离子的半径为0．69／5L，小于Ca2+离子的半径0．99A[s01，所以离子替代总的作用效果是B．TCP的晶格常数变小，掺杂B-TCP的面间距减小，因此衍射峰整体右移。通过XRD分析，对比H／T-1陶瓷微球和加入镁盐和钠盐作为粘结剂的H／T-2两种微球的物相，可知H／r-2中粘结剂Mg(H2P04_)2的加入促进了HA向B．TCP的转化，CaO．MgO．Na20．P205体系玻璃的生成降低了微球的烧结温度。4．5本章小节1．烧结处理前，微球微观形貌呈现“外密内疏”的结构；烧结后，相比H屉1，H爪2微球致密度得到提高并且微球孔隙之间贯通度更好。2．H／T_2的开孔孔隙率、总孔隙率和吸水率均低于H佴1，而闭：fL孑L隙率高于H愿1。随着烧结温度的提高，H尼2微球总孔隙率呈现下降趋势，但下降幅度不大。经800℃烧结后的微球开孔孔隙率最高，闭孔孔隙率最低，吸水率较高。3．两种微球经不同温度烧结后，物相均发生了较大变化。与H／T-1相比，H仍2中(NaP03)6和Mg(H2P04)2粘结剂的加入促进了HA向B-TCP的转化；CaO．MgO．Na20．P205体系玻璃的生成降低了微球的烧结温度。 第五章钙磷生物陶瓷微球的释药性能初探组织修复填充和药物缓释载体是多孔微球的主要用途，本章采用硫酸庆大霉素(Gentamicinsolution)作为承载药物，对H／T-1和H／T-2两种钙磷生物陶瓷微球在体外条件下的降解及载药释放情况进行了研究。5．1材料和方法5．1．1材料与试剂H爪1和H／T-2两种钙磷生物陶瓷微球，自制；胃蛋白酶(2500u／g)，南京凯基生物科技发展有限公司；胰蛋白酶(10olou／g)，南京凯基生物科技发展有限公司：硫酸庆大霉素(C21H43N507)，南京探求生物技术有限公司；盐酸(HCl)，分析纯，上海化学试剂有限公司；磷酸二氢钾(KH2P04)，分析纯，南京化学试剂厂：氢氧化钠(NaOH)，分析纯，上海实意化学试剂有限公司；无水乙醇(CH3CHOOH)，分析纯，上海久亿化学试剂有限公司。5．1．2主要实验仪器真空干燥箱(DZF-6090)，上海精宏实验设备有限公司；数显pH计(PHS．25)，精度0．1，上海精密科学仪器有限公司；电热恒温振荡水槽(DKZ．2)，上海精宏实验设备有限公司；紫外分光光度计(Thermo，HeLiosy)。5．2钙磷生物陶瓷微球的降解性能作为口服药物，进入体内后主要与胃液和肠液接触，因此本节首先研究材料在模拟胃液和模拟肠液环境下的降解性能。5．2．1模拟胃液和模拟肠液的配制1．模拟胃液(SGF)的配制：将2．09NaCl、7ml浓盐酸溶于蒸馏水，定容于1000ml。然后加入3．29胃蛋白酶，震荡，混匀后，再利用盐酸调节pH值到1．2。2．模拟肠液(SIF)的配制：将6．89KH2P04溶于250ml蒸馏水，震荡，完全溶解后加190ml0．2mol／LNaOH和400ml的蒸馏水。加胰蛋白酶10．09，混匀，用0．2mol／LNaOH调pH到7．5±0．1。39 东南大学硕士学位论文5．2．2陶瓷微球在模拟胃液和模拟肠液中的降解称取四组质量mo为lOOmg的两种微球，分别浸泡在体积为lOml的去离子水试管中24h、模拟胃液试管中3h、模拟肠液试管中24h、模拟胃液试管中3h+模拟肠液试管中24h，温度恒定为37℃。实验结束后取出微球，用去离子水清洗直至pH值不变。120℃真空干燥2h。自然冷却后称重，比较微球浸泡前后的质量差。同时用SEM观察微球浸泡后的微观结构。从质量变化和微观结构变化两方面评价微球在模拟胃液和模拟肠液中的降解性能。表5．1是H／T-1和H／T-2两种微球浸泡前后的质量变化。根据表5．1，在去离子水和模拟肠液中，H仍2比H屉1微球降解率稍快；而在模拟胃液、模拟胃液+模拟肠液中，H／T．2比H尼1微球降解速率快得多。这与两种微球的成分有关。H／T-1微球经800℃烧结后，成分是B．TCP和少量HA，根据相关文献报道，HA在pH值为4．2。8的溶液中性质稳定【711，而B-TCP呈弱碱性，故H／T-1微球在pH值为7．O的去离子水和pH值为7．5的模拟肠液中是稳定的，而在pH值为1．2的模拟胃液、模拟胃液+模拟肠液中降解稍快。H／T-2微球经800"C烧结后，主要由B-TCP和少量的M93(P04)2及CaO．MgO．Na20．P20s玻璃相组成，M93(P002和CaO．MgO．Na20．P205均为弱酸性，故H／T-2微球浸泡在上述四种溶液中后，微球中的Na+会溶解，在pH值为1．2的模拟胃液和模拟胃液+模拟肠液中，M92+和Ca2+也会溶解，因此降解速度较快。总体来说，两种微球的失重率均比较低，表明两种微球的降解均较为缓慢。表5．1微球在不同溶液中浸泡前后的质量变化Table5．1Thequalitychangesofmicrospheresbefore／afterimmersingindifferentsolution对降解速度相对较快的H／T-2微球在去离子水、模拟胃液、模拟肠液、模拟胃液+模拟肠液中浸泡后的形貌进行了观察，结果示于图5-1。微球在去离子水中浸泡后，其表面形貌(图5．1(a))和截面形貌(图5—1(b))较浸泡前(图4．4)没有明显变化。而在模拟胃液和模拟肠液中浸泡后，微球表面形貌和截面形貌均发生了较大变化。在模拟胃液中浸泡后，微球表面出现了较多“蚀坑"(图5．1∽)，这些“蚀坑"呈现光滑的半球状(图5．1(d))，结构比较疏松(图5．1(e))；微球内部也出现了许多“蚀坑"(图5．1(f))。微球在模拟肠液中浸泡后也出现了“蚀坑"，但表面“蚀坑’’形状不规则(图5．1(g))，微球内部“蚀坑”则呈球状(图5．1(h))，与模拟胃液中浸泡后的情况相似， 第五章钙碡生物陶瓷诒球的释药性能初探但“蚀坑”分布更密集。在模拟胃液+模拟肠液中的情况与单一溶液中的情况类似(图5-1(i)、a))。微球在模拟胃液和模拟肠液中浸泡后普遍存在的“蚀坑”现象可能来自以下原因。一方面，微球中存在M酽+、Na*、PO产，这些离子或在溶液中溶解，或与溶液中的自由离子如K+、cl。发生替换：另一方面，微球中局部结构的联结较松散，导致微球中表面和内部都存在不同程度的剥落。对微球浸泡后球冠状“蚀坑”的形成机理则有待于进一步的研究。0)微球表面(模拟胃液3h)∞微球内部(模拟胃液3h) 束南大学顿±学位论文∞微球表面(模拟肠液24h)m)微球内部(模拟肠灌24h)(O微球表面(模拟胃灌3h+模拟肠液24h)0)微球内部(模拟胃液3h+模拟肠液24h)图5-I}I脾微球浸泡后的SEM图Fig5·1SEMimagesofHTT-2mlclospheresbefore／afterimmersion5．3钙磷生物陶瓷微球载药后的释放性能研究5．3．1庆大霉素标准曲线的绘制在室温下(20'C)配制lOmg／mL浓度的庆大霉紊溶液，在紫外——可见光波长范围内，于200．750hm波长范围进行扫描l矧，同时对制剂所用辅料的相应溶液进行扫描。结果显示，庆大霉素在去离子水中和模拟胃液中的最大吸收峰在257nm处，在模拟肠液中的最大吸收峰则在275nm处。因此在去离子水中和模拟胃液中选择257am作为测定波长，在模拟肠液中选择275nm作为测定波长，分别绘制标准光谱曲线。配制一系列不同浓度的庆大霉索标准溶液，用紫外分光光度计测得其吸光度，结果见表5．2。应用回归方法求出庆大霉素在不同溶液中吸光度对浓度的直线方程(图5．2)：(1)水溶液：y=53540x+00921，(R。=099975，N=7)(5I)(2)模拟胃液：Y=41561x+0．0213，(R。--099981，N--7)(5．2)(3)模拟肠液： 第五章钙磷生物陶瓷微球的释药性能初探编号庆大霉素溶液庆大霉素．模拟胃液庆犬霉素．模拟肠液浓度(mg／mL)吸光度浓度(mg／mL)吸光度浓度(mg／mL)吸光度Absofbenqy(a)Gentamicin-Water(b)Gentamicin—SGFandGentamicin-SIF图5-2抗生素庆大霉素浓度与吸光度的标准曲线Fig．5-2Astandardcurveofabsorbency惯．concentrationofgentam／cin5．3．2药物的载入与释放1．药物的载入首先将微球用酒精浸泡清洗三次，120℃真空干燥2h，冷却至室温。配$1JlOml、浓度为lOmg／ml的庆大霉素溶液，将lOOmg干燥的陶瓷微球置入，真空浸泡24h，冷冻干燥，得到载药微球。2．药物的释放43葺蚕吾、葺暑臣聋。薯u 东南大学硕上学位论文将上述载药微球分别浸入到装有10ml的模拟胃液(SGF)试管中，水浴温度37±0．5℃，盖紧盖子，每隔一定的时间取出模拟胃液，测量其吸光度，同时补充等量新鲜溶液。2h后将载药微球浸入至1]lOml模拟肠液(SIF)试管中，操作过程同在模拟胃液中。根据标准工作曲线计算庆大霉素的含量，并由此计算药物累计释放量，绘制累计释药率一时间曲线。微球载药率LE(LoadingEfficiency)及载药能力LC(LoadingCapacity)的计算采用以下公式【乃J：LE。塞盔重耋盟篓彗全攀婪堕箜垫望量×100％(5．4)置一Xlln-。yr，I1．‘●J庆大霉素的总量～⋯。⋯“LC。鏖奎重型整橐娄彗全婺壁堕堕垫望量×100％-A0(5．5)叠一X_I，lJI1．1J微球总质量～⋯一⋯一药物累计释放率CRE(Cumulativereleaseefficiency)的计算采用以下公式174]：c咫。攀璧婴鬯墼攀辫×100％v／,／,I(5．6)I^n蕾一X_I儿-t1nJ⋯微球中载入的庆大霉素总量～⋯’⋯～实验中，庆大霉素浓度根据式(5．1)一式(5．3)进行计算，进而得到溶液中庆大霉素的各质量，从而根据式(5．4)一式(5．6)计算出微球的载药率、载药能力和药物累计释放率。通过计算，H／T-1与H／T-2的载药率分别为32．1％、27．6％。考虑药物通过胃肠的平均时间，研究庆大霉素在模拟胃液(SGF)中的释放时间拟定为2h，在模拟肠液(SIF)中的释放时间拟定为lOh。庆大霉素在SGF、SIF中的体外释放曲线如图5—3。由图可知，两种微球的药物释放规律如下：H瓜1与H／T-2在前0．5h内释放速率较快，释药率约5％，这主要是微球在SGF中浸泡之初，附着在微球表面药物的溶解，出现庆大霉素的突释现象。两种的微球在2h后的释药率仅在10％左右，说明它们在SGF中只释放少部分庆大霉素。2．4h以内，H／T-1比H／T-2微球释药率先稍快后相差不大。这是因为相等粒径的两种微球，由于烧结机理的不同，H尼1中的孔径比H／T-2中的孔径稍大，所以释放速率相对稍快。同时，由于H／T-2中离子的溶解，导致其孔隙增大，释药率也随之加快，导致两者释药率相差不大。4—12h后，H／T-2微球比H／T-1的累计释放率高。这可能是由于H／T-2中Na+、M92+的释放。Na+的释放导致微球中的孔隙增大，药物扩散加快；由于SIF显碱性，M92+释放后会重新沉积到微球上，可能对庆大霉素的释放有一定的促进作用。在12h时，H／T-1和H／T-2中庆大霉素的累计释放率分别达到49．8％和54．4％，可见两种微球均具有一定缓释作用，有望在将来作为药物缓释载体应用于临床。 第五章钙磷生物陶瓷微球的释药性能初探图5-3微球中庆大霉素在SGF和SlF中的体外释放曲线Fig．5—3InvitroreleaseofgentamicinfrommicrospheresinthepresenceofSGFandSIF5．4本章小结1．将两种微球在不同的溶液中浸泡，结果表明：在去离子水和模拟肠液中，H／T-2微球降解稍快于H／T-1微球；而在模拟胃液、模拟胃液+模拟肠液中，H／T-2微球比H／T-1微球的降解快得多；总体来说，两种微球的降解均比较缓慢。2．研究了两种微球作为庆大霉素载体的药物释放性能：前O．5h内两种微球的释放速率均较快，释药率约5％，O．5～2h内的释药率均在5％左右，2—4h内H／T-1比H／T-2微球释药率先稍快后相差不大。两种微球浸泡12h的累积释药速率分别为49．8％和54．4％。45 第六章结论本文以HA和13-TCP为主要原料，添加有机粘结剂明胶、无机粘结剂(NaP03)6和Mg(HaP04)2制备浆料，采用液滴．冷凝法制备了钙磷陶瓷微球颗粒。应用液体的表面张力特性分析了微球的成球过程，研究了冷凝液类型对微球成型性的影响，制备过程中初步实现了对微球粒径的控制，并对所制备钙磷陶瓷微球的抗压性能和组成进行了研究。结合具体应用，还对钙磷陶瓷微球作为药物载体在特定条件下的降解和释药性能进行了模拟研究。主要结论如下：1．以HA和B．TCP为主要原料，添加有机粘结剂明胶、无机粘结剂(NaP03．)6和Mg(H2P04)2配制浆料，采用液滴一冷凝法制备了钙磷陶瓷微球颗粒，研究了不同的冷凝液对微球颗粒成型性的影响，从冷凝剂的密度、粘度、凝固点、稳定性、毒性以及与浆料之间的溶解性进行综合考虑，通过比较分析，选择二甲基硅油作为冷凝液，成功制备了微球颗粒。2．研究了对微球颗粒粒径的控制，导液管内径与微球粒径近似成三次多项式的关系，较好地与经验公式相吻合。选用内径为0．4-0．8mm的导液管，可制备粒径范围为1—2．5mm的微球颗粒。3．对比研究了H／T-1和H／■2两种组成陶瓷微球的性能和结构，结果表明，烧结前，微球微观形貌呈现“外密内疏”的结构；烧结后，相比H／T-1微球，H／■2微球致密度得到提高，且微球孔隙之间贯通度好。H／T-2微球的开孔孔隙率、总孔隙率和吸水率均低于H／T-1微球，而闭孔孔隙率高于H／T-1微球。H／T-2微球经800℃烧结后，开孔孔隙率最高，闭孔孔隙率最低，吸水率较高。两种微球物相组成的对比研究表明，H爪2微球qb(NaP03)6和Mg(H2P04)2粘结剂的加入促进了HA向13-TCP转化，高温时产生的CaO．MgO．Na20．P205体系玻璃可降低微球的烧结温度。4．体外浸泡实验研究表明，在去离子水和模拟肠液中，H／■2比H／T-1微球降解稍快；而在模拟胃液、模拟胃液+模拟肠液中，HFF-2比H／T-1微球降解快得多。但总体来说，两种微球的失重率都比较低，降解速度均比较缓慢。5．两种微球作为庆大霉素载体的药物释放性能研究结果显示，前0．5h内释放速率较快，释药率约5％，0．5—2h内的释药率均仅约5％左右，2～4h内，H／T-1与H爪2在SIF中的累计释放率相差不大，分别为23．O％、23．3％，浸泡12h的累积释药速率分别为49．8％和54．4％。本论文根据液体的表面张力理论，采用了一种新的工艺方法——液滴．冷凝法制备了钙磷陶瓷微球，这种方法在制备粒径均匀的微球方面具有优越性。论文还对微球作为药物载体作了初步的研究，但一些工作还有待于进一步深入研究：1．钙磷陶瓷微球作为骨组织填充材料，其生物相容性、降解性能、组织修复能力还 第六章结论需进一步研究。2．钙磷陶瓷微球作为药物载体的初步研究，证明了其作为药物缓释载体的可行性，但在载药量的控制方面还没有深入研究，在今后的研究中希望能实现载药量的可控。同时，微球作为药物载体，其释放过程中的动力学因素也还需进一步研究。47 参考文献【1】张艳丽．生物陶瓷材料及其发展动态【J】．中国陶瓷，2007，43(3)：14—17【2】2Hsu呱ThePreparationofbiphasicporouscalciumphosphatebythemixtureofCa(H2PO,)2·H20andCaC03p]．MaterialsChemistryandPhysics，2003，80(2)：409-420【3】3BurgKJ，PorterS，KellamJF．Biomaterialdevelopmentsforbonetissueengineering[J]．Biomaterials2000，21(23)：2347—2359【4】4QiZT,DaiHLZhangQH，eta1．Effectof13-TCPCeramicontheTotalProteinofOsteoblasts[J]．JournalofWuhanUniversityofTechnology-MaterialsScienceEdition．2007，22(1)：98—101【5】DaculsiGLabouxO，MalardO，eta1．Curentstateoftheartofbiphasiccalciumphosphatebioceramics[J]．JournalofMaterialsScience：MaterialsMedicine，2003，14(3)：195-200【6】戴红莲．磷酸钙降解陶瓷的组成与结构在体内的变化及成骨机制研究【D】：【博士学位论文】．武汉：武汉理工大学，2005【7】LeGerosRZ，LinS，RohanizadehR，eta1．Biphasiccalciumphosphatebioceramics：preparation，propertiesandapplications[J]．JournalofMaterialsScience：MaterialsinMedicine．2003，14(3)：201—209[8]李世谱．生物医用材料导论【M】．武汉：武汉工业大学出版社，2000【9】9谈国强，苗鸿雁，宁夏菊，等．生物陶瓷材料【M】．北京：化学r业'dl版社，2004【10】陈德敏．生物陶瓷材料(---)【J】．口腔材料器械杂志，2006，15(1)：44—50【11】WantaeKim，FumioSaito．SonochemicalsynthesisofhydroxyapatitefromH3PO,solutionwithCa(OHh[J]．UltrasonicsSonochemistry，2001，8(2)：85-88【12】H．K．Varma，S．．SureshBabu．Synthesisofcalciumphosphatebioceramicsbycitrategelpyrolysismethod[J]．CeramicsInternational，2005，31(1)：109-114【13】程顺巧．双相钙磷多孔陶瓷多孔结构与骨诱导性关系研究【D】：【硕士论文】．成都：IⅡtfll大学生物医学工程，2004114】PetersF’ReifD．Functionalmaterialsforboneregenerationfrombeta-tricalciumphosphate[J]．MaterialwissenschaftundWerkstoffechnik，2004，35(4)：203-207【15】DaculsiG．Biphasiccalciumphosphateconceptappliedtoartificialbone，implantcoatingandinjectablebonesubstitute【J】．Biomaterials，1998，19(16)：1473·1478【16】BoulerJM，LeGerosRZ，DaculsiG．Biphasiccalciumphosphates：InfluenceofthreesynthesisparametersontheHA／beta—TCPratio【J】．JounalofBiomedicalMaterialsResearch，2000，51(4)：680．684【17】MalardO，BoulerJM，GuicheuxJ，eta1．Influenceofbiphasiccalciumphosphategranulometryonboneingrowth，ceramicresorption，andinflammatoryreactions：Preliminaryinvitroandinvivostudy【J】．JournalofBiomedicalMaterialsResearch，1999，46(1)：103—111【18】师昌绪，李恒德，周廉．材料科学与：r：程手册【M】．北京：化学jF业出版社，2004 参考文献【19】李斌．多孔陶瓷庆大霉素药物释放系统的研究[D]：[硕士学位论文]．南京：南京大学，2005【20】张启焕，闫玉华，陈晓明，等．多孔B-TCP陶瓷药物载体的制备与体外释药速率的研究p】．山东陶瓷，2004,27(3)：3-4【21】衷鸿宾综述，侯春林审校．生物降解吸收型钙磷陶瓷材料【J】．中国矫形外科杂志，1996，3(3)：220-222【22】QiuQQ，DucheyneBAyyaswamyPS．Newbioactive，degradablecompositemicrospheresastissueengineeringsubstrates[J]．JournalofBiomedicalMaterialsResearch,2000，52(1)：66_76【23】傅宪辉，沈志刚．微球制备的研究概况及发展【J】．力学与实践，2005，27(2)：7-14[24]张凯军．钙磷多孔生物陶瓷骨修复材料的制备【D】：【硕士论文】．南京：东南大学，2007【25】http：／Avww．dentalexpo．en／Product_info．asp?P_ID=1313&sortid【26】SilvaGA,CoutinhooP,DucheyneP，eta1．Materialsinparticulateformfortissueengineering．2．Applicationsinbone[J]．JournaloftissueengineeringandregenerativeMedicine，2007，1(2)：97-109．【27】http：／／public．whut．edu．ea／shwzhx／kjcpvew．asp?id=41【28】http：／／public．whut．edu．cn／shwzhx／kjcpvew．asp?id=44【29】HsuFY,ChuehSC，WangYJ．Microspheresofhydroxyapatite／reconstitutedcollagenassupportsforosteoblastcellgrowth[J]．Biomaterials．1999，20(20)：1931—1936【30】WengJ，WangM，ChenJY．Plasma-sprayedcalciumphosphateparticleswithhighbioactivityandtheiruseinbioactivescaffolds[J]．Biomaterials，2002，23(13)：2623—2629【31】PaulWSharmaCP．Ceramicdrugdelivery：APerspective[J]．JournalofBiomaterialsApplications，2003，17(4)：253-264【32】PaulWNesamonyJ，SharmaCP．Deliveryofinsulinfromhydroxyapatiteceramicmicrospheres：Preliminaryinvivostudies[J]．Journalofbiomedicalmaterialsresearch，2002，61(4)：660．662【33】TongWD，ChertYY,ZhangXD．Amorphorizationandrecrystallizationduringplasmasprayingofhydroxyapatite[J]．Biomaterials，1995，16(11)：829-832【34】PaulW，SharmaCP,Developmentofporoussphericalhydroxyapatitegranules：applicationtowardsproteindelivery[J]．JournalofMaterialsScience：MaterialsinMedicine．1999，10(7)：383—388【35】KomlevVS，BarinovSM，KoplikEV．Amethodtofabricateporoussphericalhydroxyapatitegranulesintendedfortime-controlleddrugrelease[J]．Biomaterials．2002．23(16)：3449_-3454【36】LambotteJC，ThomazeauH，CathelineauG，eta1．Tricalciumphosphate，allantibioticcarrier：astudyfocusedonexperimentalosteomyelitisinrabbits[J]．Chirurgie，1998，123(6)：572·579【37】TengSH，ChenLJ，GuoYC，eta1．Formationofnano-hydroxyapatiteingelatindropletsandtheresultingporouscompositemicrospheres[J]．Journalofinorganicbiochemistry,2007，101(4)：686-691【38】whTJ，HuangHH，Lan，CW9eta1．Studiesonthemicrospherescomprisedofreconstitutedcollagenandhydroxyapatite[J]．Biomaterials，2004，25(4)：651--658【39】SivakumarM，ManjubalaI，RaoKP．Preparation，characterizationandinvitroreleaseofgentamicinfromcorallinehydroxyapatitc-chitosancompositemicrospheres[J]．CarbohydratePolymers，2002，49 参考文献49(3)：281。288【40】WangYM，SatoH，AdachiI，eta1．Preparationandcharacterizationofpoly(1actic-co-glycolicacid)microspheresfortargeteddeliveryofanovelanticanceragent，taxol[J]，Chemical＆PharmaceuticalBulletin，1996，44(10)：1935-1940【41】王树海，李安明，乐红志，等．先进陶瓷的现代制备技术【M】．北京：化学工业出版社，2007【421吕宇鹏，李士同，梁栋科，等．等离子体熔融钛与羟基磷灰石混合粉颗粒的形态和相组成【J】．金属学报，2002，38(12)：1292-1294【43】杨南如，余桂郁．溶胶·凝胶法的基本原理与过程【J】．硅酸盐通报，1992，2：56-63【44]余桂郁，杨南如．溶胶一凝胶法工艺过程【J】．硅酸盐通报，1993，6：60-66【45】曾庭英，邱勇，杜金环，等．纳米级微孔SiOz玻璃材料制备技术研究(HI卜纳米级微孔Si02玻璃球的研制【J】．功能材料，1997,28(3)：275-277【46】黎先财，罗来涛，刘康强。纳米BaTi03的制备及其负载Ni基催化剂的应用研究【J】．无机材料学报，2003，18(3)：686-690[471洪新华，李保国．溶胶·凝胶(Sol-Gel)方法的原理与应用【J1。天津师范大学学报(自然科学版)，2001，21(1)：5-8【48】黄立新，王宗濂，唐金鑫．我国喷雾干燥技术研究及进展【J】．化学工程，2001，29(2)：51-55[49】MizushimaYIkoma互TanakaJ，eta1．Injectableporoushydroxyapatitemicroparticlesasanewcarrierforproteinandlipophilicdrugs[J]，JournalofControlledRelease．2006，110(2)：260—265【50】KwehSWl(’KhorK^CheangP．TheproductionandcharacterizationofhydroxyapatitemA)powders[J]．JournalofMaterialsProcessingTechnology．1999，90(s0：373-377【51】刘斌．骨修复用钙磷多孔陶瓷的制备、性能及改性研究【D】：【博士学位论文】．南京：东南大学，2008‘【52】朱海玲，陈沙鸥，李达，等．测定陶瓷材料密度及其气孔率的方法【J】，理化检验．物理分册，2006，42(6)：289-291[53】YamadaS，HeymannD，BoulerJM，eta1．Osteoclasticresorptionofcalciumphosphamceramicswithdifferenthydroxyapatite／B—tricalciumphosphateratios[J]．Biomaterials，1997，18(15)：1037—1041[54]关林波，但卫华，曾睿等．明胶及其在生物材料中的应用【J】．材料导报．2006，20(11)：380．383．【55】刘魁，郭磊，黄品晶，等．AZ31B镁合金植入小鼠的生物相容性考察【J】．中国生物工程杂志，2008，280)：59—63f516】余耀庭．生物医用材料【M】，天津：天津大学出版社，2000，122．124【571杨晓平，李焕臣，曹丽云．磷酸盐粘结剂用于陶瓷型艺术铸造【J】．特种铸造及有色合金．2002，5：4648．【58】言经柳．液体表面张力的成冈及其随温度的变化【J】．南宁师范高等专科学校学报．2003，20(4)：73．75．【59】胡福增，材料表面与界面【M】，上海：华东理下大学出版社，2008【60】谈慕华，黄蕴元．表面物理化学【M】．北京：中国建筑工业出版社，1985S0 参考文献【61】邓修，吴俊生，化工分离工程【M】．北京：科学出版社，2000【62】ArthurW．Adamson，AliceP．Gast．PhysicalChemistryofSurfaces[M]．AWiley-intersciencePublication．1997【63】蒋维钧，余立新．化工原理【M】．北京：清华大学出版社，2005f64】胡福增，陈国荣，杜永娟．材料表界面【M】．上海：华东理工大学出版社，2007【65】刘朝红．骨组织工程磷酸钙生物陶瓷多孔支架的制备及性能【D】：【硕士学位论文】．南京：东南大学材料科学与工程学院，2003【66】王艳莉，董寅生，刘斌，等．沉淀法合成HA粉末过程中球磨处理的作用【J】．中国陶瓷，2007，43(8)：30-33[671ZhangHQ，YahYH，WangYF，eta1．Thermalstabilityofhydroxyapatitewhiskerspreparedbyhomogenousprecipitation[J]．AdvancedEngineeringMaterials．2002，4(12)：916-919．【68】董寅生，章庆国，林萍华，等．磷酸盐枯结羟基磷灰石支架及其生物相容性【J】．生物医学工程学杂志，2005，22(5)：985—989．【69】张凯军，刘斌，董寅生，等．钙磷生物陶瓷多孔骨修复材料的制备fJ】．生物骨科材料与l临床研究，2007，4(2)：51-53．【70】Mayerl，SchlamR，FeatherstoneJDB．Magnesium-containingcarbonateapatites[J]．JournalofInorganicBiochemistry,1997，66(1)：1-6．【71】BestSM，PorterAE，ThianES，eta1．Bioceramics：Past，presentandforthefuture[J]．JournalofTheEuropeanCeramicSociety．2008，28(7)：1319-1327【72】中华人民共和国卫生部药典委员会编．中华人民共和国药典1985年版二部．化学工业出版社，人民卫生出版社【M】，1985，附录20．22【73】UbaidullaU，KharRKAhmadFJ，eta1．DevelopmentandCharacterizationofChitosanSuccinate．MicrospheresfortheImprovedOralBioavailabilityofInsulin[J]．JournalofPharmaceuticalSciences，2007，96(11)：3010—3023【74】姚芳莲，余萧，周玉涛．壳聚糖一明胶载药微球的制备及释药性能【J】．化学工业与工程，2008，25(3)：215-2】951