正文 2.4磷酸三鈣生物陶瓷(1 / 1)

一、磷酸三鈣的結構

磷酸三鈣(TricalciumPhosphate,Ca3(PO4)2,簡稱TCP)有四種晶型:α、β、γ和α超晶格結構。其中,γ-TCP為高壓相,α超晶格結構在1500℃以上存在。因此,在生物醫學中最常應用的是α-TCP和β-TCP。

α-TCP為單斜相,空間群為P21/a,晶格常數為a=1.2887nm,b=2.7280nm,c=1.5219nm,並且β=126.20?(PCPDFWIN70-0364)。屬高溫穩定相,溫度升到1430℃,開始轉變為α超晶格結構,熔點為1756℃。

β-TCP為菱形六麵體,空間群為R3c,晶格常數為a=1.043nm,c=3.738nm(PCPDFWIN70-2065)。屬低溫穩定相,當溫度升到1125℃時轉變為α-TCP。

眾多的學者對磷酸三鈣的性能進行了研究。磷酸三鈣或含磷酸三鈣的多孔植入體埋入生物體內後,磷酸三鈣可以在體內溶解,產生高濃度梯度的Ca2+和PO43?,能被迅速吸收,促進新骨生長,並由新生骨所置換。多孔磷酸三鈣比致密磷酸三鈣有更強的骨形成能力。

二、磷酸三鈣的降解機製

磷酸三鈣在生物體內能迅速降解,並被生物體吸收。可吸收/可降解生物陶瓷(ResorbableBioceramics)在生命體係中,材料能夠不斷地發生分解,從形態上由整體分化成部分,化學成分上由複雜變成簡單的過程,且分解產物能夠被生物體吸收或被排出體外的一類材料。因此,可降解生物陶瓷是暫時性的替代材料,植入體內後會被逐漸吸收和降解,同時新生骨逐漸生長、滲入或取代,最終被人體組織完全取代的空位填補體。

磷酸鈣陶瓷的孔隙率、晶粒度、相組成等均影響材料在生物體內的降解過程。磷酸三鈣在生物體內將被體液溶解,並被組織吸收而導致解體。其降解機製如下:

1、生理化學溶解

人體重量約70%為體液。生物陶瓷在生物體液中會有不同程度的溶解。其溶解速率決定於多種因素。

首先取決於材料的相組成和結構。各種磷酸鈣鹽均具有一定的溶解性,根據它們的溶度積(Ksp),磷酸鈣鹽在水中的溶解次序依次是無定形磷酸鈣(ACP)>磷酸氫鈣(DCP)>磷酸四鈣(TTCP)>α-磷酸三鈣(α-TCP)>β-磷酸三鈣(β-TCP)>羥基磷灰石(HA)>氟羥基磷灰石(FHA)。因此,在水中DCP最易溶解,TCP次之,HA和FHA最穩定。由DCP及TCP製作的骨修複材料可以逐漸溶解,同時生成沉澱,形成由羥基磷灰石覆蓋的新表麵。

其次取決於材料的結晶度和雜質的種類及含量,材料比表麵大小。材料溶解度按照粉末>多孔陶瓷>致密陶瓷的順序。

植入材料周圍體液成分和pH值等也影響材料的溶解性。在pH值為5.2,濃度為0.4M的乳酸緩衝溶液中,β-TCP的溶解速度是HA的12.3倍;在pH值為8.2,濃度為0.05M的乙二胺四乙酸緩衝溶液中,β-TCP的溶解速度是HA的22.3倍。

2、物理解體

體液浸入陶瓷,導致燒結不完全而殘留的微孔,連接晶粒“細頸”溶解,從而材料解體為微粒的過程。

3、生物因素的作用

可降解生物陶瓷植入骨內後,隨著降解和吸收,新骨逐步替換植入體。可降解生物陶瓷的降解速率受宿主的個體差異、植入部位的變化等影響。要製備一種能實現生物降解、吸收與新骨替換同步進行的可降解生物陶瓷是相當困難的。