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1、以生物矿物为原料制备磷灰石的方法摘要:本文综述了水热法和化学浸泡法制备磷灰石的优缺点，讨论了反应温度、溶液浓度和pH值对转化速率和转化产物晶体结构的影响规律，介绍了电泳沉积-化学浸泡法制备磷灰石涂层及形成机理。同时,提岀了本研究领域存在的问题。Abstract:Thispaperreviewstheadvantagesanddisadvantagesofthehydrothermalmethodandchemicalimmersionmethodforpreparationofapatite,discussestheeffectsofreac
2、tiontemperature,solutionconcentrationsandpHvaluesontheconversionrateandcrystalstructureofapatites,andintroduceselectrophoreticdeposition-chemicalimmersionmethodforfabricatingtheapatitecoatingsanditsformationmechanism.Inaddition,severalquestionsexistinginthisresearchfieldare
3、proposed.关键词:生物矿物;磷灰石;制备方法Keywords:biomineral;apatite;preparationmethod中图分类号:TQ126文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)15-0176-011水热法制备磷灰石早在1974年,Roy等采用水热法在较高温度和压力下通过离子交换法将珊瑚骨架转化成与人骨结构相似的瓮基磷灰石支架，其化学方程式如下：5CaCO3+3(NH4)2HPO4+H2O->Ca5(PO4)3OH+3(NH4)CO3+2H2CO3(l)随后的研究表明贝壳、乌贼骨等天然矿物具有与珊瑚类似
4、的特点,也可以采用水热法转化成轻基磷灰石。此方法具有以下三大优点:①珊瑚等生物矿物通常具有网络状的多孔结构,碳酸根离子被磷酸根离子取代后得到的磷灰石也保留了此结构。生物材料植入体内后,孔结构能够促进骨组织向孔内生长，并且有助于传送营养成分到再生组织内。在矿化剂KH2PO4存在的条件下，珊瑚(Porites)经过10天左右时间的水热处理就可以完全转化成磷灰石，而且保持了珊瑚的多孔结构。②生物矿物中除了碳酸钙以外,还存在Si02、MgO>AI2O3等无机质和BMPs等有机质,水热处理得到的HA中部分保留了这些物质,使其与天然骨成分更加接近，有助于
5、提高材料的生物活性;③水热法制备HA是在相对较高的温度(约200°C)和压力(约15atm)下进行，因此还具有转化速率快的优点。由于水热反应通常是在较高的温度和压力下进行,由生物矿物转化得到的磷灰石的结晶度比人的自然骨高，植入体内后它的降解速率低于新骨的形成速率，因此限制了在临床上的广泛应用。2化学浸泡法制备磷灰石化学浸泡法也是一种将生物矿物转化为磷灰石的常用方法，它是对水热法的重要改进和补充，它们之间的本质差别在于工艺条件的不同。与水热法相比，化学浸泡法所使用的温度和压力较低,通常在常压下进行，温度控制在25~100°Co生物矿物转化成磷灰
6、石的机理主要包括固相离子交换机理和溶解-沉淀机理。由于水热法和化学浸泡法的操作条件不同,导致生物矿物转化成磷灰石的机理不同。水热法合成磷灰石时以固相离子交换机理为主,形貌不发生明显变化;而化学浸泡法则以溶解-沉淀机理为主，生成的磷灰石沉积在生物矿物表面，改变了原始试样的形貌。溶解-沉淀反应过程如下:当生物矿物浸泡到含磷酸根离子的缓冲溶液(PBS)后，表面发生溶解反应，游离出钙离子。当溶液中的离子浓度达到过饱和时，钙离子与溶液中的磷酸根离子反应生成片状的磷酸钙盐并沉积到生物矿物表面。化学反应方程式如下:CaCO3-*Ca2++CO2-3(2)5
7、Ca2++3PO3-4+OH-^Ca5(PO4)3OH(3)釆用水热法和化学浸泡法制备的磷灰石的晶体结构也存在显著差别。由于水热反应是高温、高压下进行，合成产物为计量比的轻基磷灰石，且结晶度较高0化学浸泡法是低温、低压下进行，得到的通常是缺钙疑基磷灰石,Ca/P比小于1.67oCa5(PO4)3OH中的Ca2+离子容易被溶液中的Na+、K+离子等取代Ca5(PO4)3OH和Ca2+离子容易被CO2-3离子取代,因此磷灰石的化学式应该表示为Cal0-x-y/2(HP04)x(P04)6-x-y(CO3)y(0H)2-Xo磷灰石晶格中的离子被部分
8、取代后结晶度降低,其晶体结构与人的自然骨类似。低结晶度的磷灰石在溶液中具有较高的溶解度，植入体内后容易被降解，能够显著提高局部区域Ca2+和PO3-4离子的浓度，促
