李賓杰,姚素梅,李淑蓮,馬遠方＊

(1.河南大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫研究所; 2.河南大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究所;3.河南大學(xué)特種功能材料教育部重點實驗室,河南開封475004)

納米羥基磷灰石的制備及在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用研究進展

李賓杰1,2,3,姚素梅2,李淑蓮1,馬遠方1＊

(1.河南大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫研究所; 2.河南大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究所;3.河南大學(xué)特種功能材料教育部重點實驗室,河南開封475004)

綜述了近年來有關(guān)納米羥基磷灰石制備方法及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究進展;著重介紹了溶膠-凝膠法、化學(xué)沉淀法、水熱法、前軀體水解法、模板法、超聲波法、機械化學(xué)法等制備方法,并簡要總結(jié)了納米羥基磷灰石在腫瘤治療、藥物載體以及齒科材料和人工骨等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進展.

納米羥基磷灰石;制備;應(yīng)用;研究進展

羥基磷灰石(HA)是人體和動物骨骼、牙齒的主要無機成分,分子式為Ca10(PO4)6(OH)2,骨質(zhì)中的羥基磷灰石是一種長度為200～400 nm,直徑為15～30 nm的針狀納米顆粒,其周圍規(guī)則地排列著骨膠原纖維.人工合成納米羥基磷灰石(nHA)作為生物陶瓷具有很多優(yōu)異的性能,如:生物相容性、生物活性、生物降解性、骨傳導(dǎo)性、非免疫原性,等等,這些性質(zhì)使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景.因此,近年來探索nHA不同的制備方法成為科學(xué)家們研究的熱點,但主要是濕化學(xué)法,即在液相體系中進行.

1 nHA的制備方法

1.1 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是將金屬醇鹽或無機鹽經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶膠,然后使溶質(zhì)聚合凝膠化,再將凝膠干燥、焙燒去除有機成分,最后得到無機材料.其優(yōu)點是在低黏度的液體狀態(tài)下混合原料,實現(xiàn)原子或分子級的均質(zhì)化.它能嚴格控制化學(xué)計量比、工藝簡單、燒結(jié)溫度低、產(chǎn)物粒徑小且分布均勻.

Kuriakose等[1]在85℃時將p H 10.5的0.5 mol/L Ca(NO3)2·4H2O乙醇溶液以5 mL/min的滴加速度加入到5 mol/L(NH4)2HPO4水溶液中,同時在溶膠-凝膠里面加入Ca(OH)2溶液,保持體系p H值為10,快速攪拌反應(yīng)4 h后,將產(chǎn)品放入到40℃烘箱中過夜,得到的凝膠依次在400℃、750℃、1 200℃燒結(jié)2 h后得到半徑為1.3 nm的納米晶.邢瑞敏等[2]以CaCl2和P2O5為原材料,按Ca/P=1.67(摩爾比)分別配置CaCl2和P2O5的乙醇溶液,然后把P2O5醇溶液緩緩滴加到CaCl2的醇溶液中并攪拌30 min,得到無色透明的溶膠,把所制AAO模板浸入該溶膠中60 min后取出,真空干燥24 h,將之放于馬弗爐中緩慢升溫至600℃,恒溫5 h,自然冷卻至室溫,制備的羥基磷灰石納米線直徑約為50 nm、長度達20μm.

黃龍全[3]等將0.25 mol CaO研磨成細小粉末過300目篩,加入到450 mL蒸餾水中,充分攪拌.將0.15 mol的 H3PO4用50 mL蒸餾水稀釋后用滴定管慢慢滴加到溶有CaO的燒杯中,邊滴加邊用磁力攪拌器攪拌,直到燒杯底部的CaO全部溶解,形成白色的 HA溶膠.抽吸過濾后分別用蒸餾水、無水乙醇對所得膠體洗滌3次,然后在溫度≤90℃下烘干得到粉體,最后在890℃溫度下煅燒2.5 h得到羥基磷灰石粉體,顆粒直徑為30 nm.

1.2 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是把沉淀劑加入到鹽溶液中,發(fā)生沉淀反應(yīng)后,將沉淀洗滌干燥后,或經(jīng)熱處理得到納米材料.其特點簡單易行,但純度低,顆粒半徑大,適合制備氧化物.

張維麗等[4]根據(jù) HAP中Ca/P摩爾比應(yīng)接近1.67,用轉(zhuǎn)速為300 r/min磁力攪拌充分攪拌一定體積的0.25 mol/L Ca(NO3)2·4H2O溶液,并緩慢滴加20%的氨水溶液,調(diào)節(jié)Ca(NO3)2·4H2O溶液的p H值;當(dāng)p H值達到10～11時,開始滴加0.15 mol/L(N H4)2HPO4溶液,得到白色沉淀,在反應(yīng)過程中不斷滴加氨水溶液,保持溶液的p H值不變,滴加完畢后,連續(xù)攪拌2 h.反應(yīng)完畢后,在常溫常壓下陳化處理5 h以上,將陳化后的沉淀加入去離子水中,稀釋并反復(fù)洗滌、離心,至反應(yīng)產(chǎn)物接近中性為止.將離心得到的樣品放在40℃的干燥箱中干燥后,放入馬弗爐中600℃熱處理1 h,或?qū)⑾礈熘林行缘某恋碇苯永鋬龈稍?得到棒狀或針狀的納米顆粒.

為得到高比表面積的納米顆粒,日本宮崎大學(xué) Kijima[5]研究組將Ca(NO3)2,KH2PO4,C12(EO)9,Tween 60,HNO3和 H2O按1.67∶1∶1∶1∶8∶60的摩爾比配制成均相混合物,然后加入適量的氨水,混合均勻,靜置48 h后得到條狀的nHA,在此過程中,Tween 60發(fā)生水解,產(chǎn)生硬脂酸根與納米顆粒表面上的Ca2+作用產(chǎn)生的硬脂酸鈣阻止了顆粒團聚,并且C12(EO)9進一步地夾在硬脂酸鈣和nHA之間,阻止顆粒團聚長大.產(chǎn)生顆粒在500℃燒結(jié)5 h,得到顆粒直徑為4～20 nm,比表面積高達364 m2·g-1的納米材料.Kim等[6]將500 mL 1.0 mol/L Ca(OH)2懸浮液和500 mL 0.6 mol/L H3PO4溶液,在25℃時直接混合反應(yīng)得到nHA顆粒,在此過程中首先生成中間體CaHPO4·2H2O,之后中間體再慢慢轉(zhuǎn)換為nHA,完全轉(zhuǎn)換需要5 d.本方法的優(yōu)點是不會在體系中引入其他離子.

1.3 水熱法

水熱法是在特制的密閉反應(yīng)容器里,采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì),在高溫高壓環(huán)境中,使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解后再重結(jié)晶的一種方法.它可直接得到結(jié)晶良好的粉體,無需做高溫灼燒處理,避免了粉體的硬團聚和結(jié)構(gòu)缺陷.

Wang等[7]將0.024 mol的 K2HPO4·3H2O和 0.024 mol的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)加入到100 mL去離子水中,加熱到50℃溶解,加入1 mol/L的 KOH來調(diào)整體系p H值為12,攪拌2 h,同時,把60 mL 0.04 mol CaCl2的溶液慢慢加入到上述體系,攪拌后將懸浮液加到高壓反應(yīng)釜中分別在120℃和150℃溫度下反應(yīng)12～24 h,得到長徑比不同的納米棒.Zhang等[8]將2 mmol Ca(NO3)2·4H2O,0.2 g CTAB,用適量去離子水溶解,并用一定量的 HNO3(或氨水)調(diào)整體系p H值為4.0～9.0得到20 mL溶液1,另外又在15 mL去離子水中加入2 mmol檸檬酸鈉和1.2 mmol(NH4)2HPO4得到溶液2,劇烈攪拌30 min溶液1后,將溶液2加入進一步攪拌20 min,將得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到不銹鋼高壓釜中在180℃溫度下反應(yīng)24 h.結(jié)果顯示在不同p H值條件下可以得到不同長徑比的納米棒或由納米棒自組裝成的微米顆粒.梁瓊[9]將0.281 0 g Ca(NO3)2和0.092 4 g(NH4)2HPO4混合于70 mL p H值為7.5(用氨水調(diào)節(jié))的去離子水中;同時將等量的Ca(NO3)2和(NH4)2HPO4混合于70 mL p H值為10.5的去離子水中,分別攪拌10 min后離心分離.將p H值為7.5條件下所得沉淀物分散于p H值為10.5的水溶液中,再將重新混合后的懸浮液倒入100 mL高壓反應(yīng)釜中,于180℃條件下水熱處理10 h.冷卻至室溫,離心分離,用去離子水將沉淀洗滌3次后于80℃條件下干燥10 h,制得的 HA納米棒的平均長徑比最長(約為28).

1.4 前驅(qū)體水解法

前驅(qū)體水解法首先通過制備固體前驅(qū)體,然后控制不同的水解條件制備納米顆粒,由于通過固相表面溶解的離子發(fā)生水解反應(yīng),反應(yīng)條件可控性能好,所以日本人 Ito[10]將50 L 1.1 mol/L NH4H2PO4溶液與同樣體積的2.7 mol/L Ca(NO3)2溶液混合后劇烈攪拌30 min得到白色的CaHPO4·H2O沉淀,過濾,在60℃和250℃烘干24 h得到 CaHPO4.在70℃時將0.4 g CaHPO4加入到40 L水中,用NH3·H2O或NaOH調(diào)整p H值在9.0～13.0,并調(diào)節(jié)水解體系的離子強度可以得到納米針、納米纖維、納米片,實現(xiàn)了不同形貌的羥基磷灰石選擇性制備.

1.5 模板法

模板法是指在模板所限的微小空間內(nèi)進行材料制備,如以反相微乳液膠束內(nèi)的“水池”為微反應(yīng)器以及通過表面活性劑的相關(guān)基團對納米晶不同晶面的吸附作用而制備各種納米微粒材料.因反應(yīng)物質(zhì)能夠以需要的適當(dāng)濃度均勻分散于乳液液滴內(nèi)并得到相應(yīng)的離子基團保護,所以可以避免溶液中因局部濃度過高而引起的團聚問題,從而使反應(yīng)均勻進行并可制備單分散性很好的微粒材料.

美國華盛頓大學(xué)Bose研究組[11]將一定量的Ca(NO3)2和H3PO4溶解到水中制成的水溶液作為水相,將壬基酚聚氧乙烯5醚和10醚為表面活性劑,加入到環(huán)己烷中溶解作為油相,按照一定的體積比把水相加入到油相中攪拌制成反相透明微膠束,用氨水來調(diào)節(jié)體系p H值為7,在室溫下反應(yīng)12 h,在不同溫度下老化不同時間,得到前驅(qū)體干燥后在不同的溫度下灼燒得到納米顆粒,通過一系列的實驗發(fā)現(xiàn)微乳液組成,p H值,老化時間、溫度,以及金屬離子的濃度都對納米顆粒的表面積和形貌有著很大的影響.

Wei等[12]分別將Ca(NO3)2·4H2O(1.67 mol)和 (NH4)2HPO4(1 mol)加入到十二胺(0.2 mol),乙醇(10 mol),庚烷 (2 mol)和水 (600 mol)的混合溶液中攪拌.兩種乳液在室溫20℃時迅速混合反應(yīng),將得到沉淀過濾,洗滌數(shù)次,在反應(yīng)體系p H=9時,得到納米帶寬度為1.37 nm,在p H=7時,納米球直徑為55～60 nm.周琰春等[13]將60 mL 3 mmol·L-1的Na2HPO4和3 mL 0.09 mol·L-1的CTAB 溶于200 mL三次蒸餾水中,用1 mol·L-1NH3·H2O調(diào)節(jié)溶液p H值為9～10,在20℃下磁力攪拌30 min,然后滴加5 mmol·L-1的CaCl2溶液60 mL,得到乳白色溶膠,反應(yīng)過程中隨時用N H3·H2O調(diào)節(jié)溶液維持p H值在9～10之間,反應(yīng)繼續(xù)陳化24 h,此過程一直伴隨攪拌.反應(yīng)完成后,用0.22μm的微孔濾膜過濾,將過濾得到的沉淀用去離子水和無水乙醇反復(fù)沖洗至其中無CTAB為止.將清洗干凈的沉淀放置在45℃的真空烘箱中烘干,得到nHA是形貌均勻、成分單一、直徑約20 nm的球形顆粒.

1.6 超聲波法

傳統(tǒng)的濕法制備超細粉末普遍存在的問題是易形成團聚結(jié)構(gòu),從而破壞了粉體的超細均勻特性.超聲的空化和微射流產(chǎn)生的瞬時高溫,高壓和極快的傳質(zhì)速率不僅促進晶核的形成,同時起到控制晶核同步生長的作用,為制備超細、均一納米粉末提供了良好的條件.斯洛文尼亞科研人員[14]用超聲波產(chǎn)生的瞬間空化作用,使一定量的Ca(NO3)2,NH4H2PO4和尿素在水中發(fā)生均勻沉淀反應(yīng),用尿素分解調(diào)整體系p H值,制備了晶化的片狀nHA.

1.7 機械化學(xué)法

機械化學(xué)法靠壓碎、擊碎等機械作用,將反應(yīng)物充分地混合并使之進一步地發(fā)生化學(xué)反應(yīng),工藝簡單,成本低廉.Yeong等[15]使用CaHPO4和CaO物質(zhì)的量比為3∶2,在傳統(tǒng)的球磨機上以乙醇為介質(zhì),氧化鋯球為球磨珠充分混合物料,然后再放到一定尺寸的氧化鋁容器中用不銹鋼球為球磨珠進一步研磨,研磨20 h以上得到高度結(jié)晶的類球狀羥基磷灰石納米晶,尺寸為25 nm,比表面積為76.06 m2/g.

2 nHA在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上的應(yīng)用

2.1 癌癥治療

nHA安全無毒,可降解吸收或全部隨糞便排出,因此其本身就可以作為藥物.研究發(fā)現(xiàn)由于nHA表面存在大量的懸空鍵,提供較多的Ca2+離子,可以通過細胞膜使癌細胞過度攝入,產(chǎn)生細胞毒性,抑制癌細胞生長;另外,nHA可導(dǎo)致DNA損傷,形成DNA鏈缺口,影響遺傳物質(zhì)DNA的合成;誘導(dǎo)細胞周期阻滯和凋亡;抑制腫瘤細胞的端粒酶基因的表達,下調(diào)端粒酶活性的作用,從而限制許多惡性腫瘤的無限制生長,所以nHA目前已應(yīng)用于抗腫瘤藥物研究.Li等人[16]用熒光免疫檢驗法和MTT法研究發(fā)現(xiàn):棒狀和橢球狀nHA納米顆粒會使黑色素腫瘤細胞的細胞核收縮,破裂,細胞增殖受到抑制.

Liu等人[17]把人肝癌BEL-7402細胞與不同濃度的nHA放在一起培養(yǎng),通過MTT法、熒光顯微鏡、流式細胞儀表征研究,發(fā)現(xiàn)nHA可以阻止肝癌細胞的增殖,引起癌細胞的凋亡,并且nHA的濃度和凋亡率呈現(xiàn)明顯的正比關(guān)系.Cheng等人[18]從分子機制角度研究發(fā)現(xiàn),nHA可以通過線粒體依賴和天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶依賴途徑誘導(dǎo)人體胃癌SGC-79 01細胞的凋亡來阻止細胞增殖.

Bauer[19]等發(fā)現(xiàn)肝癌細胞對nHA的吸收是通過網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用完成,nHA對肝癌細胞作用是由于nHA團聚體阻塞了細胞內(nèi)涵體或在nHA作用下溶菌酶發(fā)生降解產(chǎn)生毒性作用.付莉等人[20]研究發(fā)現(xiàn)長度約為60～80 nm、直徑約為10～20 nm的nHA粒子,可以明顯地抑制卵巢癌細胞株SKOV3的生長,其作用機制可能是在細胞周期的S期誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡.

2.2 藥物載體

nHA對一些物質(zhì)具有很強的吸附和承載能力.作為載體可以與蛋白質(zhì)藥物、核酸以及化療藥物結(jié)合進行靶向治療,將大大增加局部藥物濃度及作用時間,化療藥還可減少對全身器官的損害.

Tomoda等[21]研究發(fā)現(xiàn),nHA晶體中a晶面越大,則表面上游離的Ca2+就越多,從而吸附較多的帶有負電荷的蛋白如牛血清白蛋白,而帶有正電荷的鹽酸溶菌酶在nHA顆粒表面也有一定的吸附.Kandori等人[22]認為表面電荷近中性的肌血球素 (MGB)與納米羥基磷灰石則通過分子間的范德華力結(jié)合.Ijntema K等[23]采用共沉淀法將蛋白類藥物牛血清白蛋白(BSA)包裹于nHA晶粒中獲得了具有緩釋功能的藥物釋放體系,藥物的釋放速率由 HA的溶解過程控制.Sokolova等[24]研究發(fā)現(xiàn),由于DNA中的磷酸根可以和鈣離子產(chǎn)生較好的作用力,可以作為第二代基因載體,用于基因治療,克服了病毒載體的不穩(wěn)定性,細胞毒性以及較低的轉(zhuǎn)染效率.Itokazu[25]報道ADM-HA作用骨肉瘤細胞效果較好,且 HA具有緩釋作用,可以持續(xù)作用腫瘤細胞.劉靜霆等[26]研究發(fā)現(xiàn)nHA負載阿霉素后,可明顯促進腫瘤細胞的凋亡,降低阿霉素的骨髓抑制及心肌毒副作用.Ferraz[27]等用海藻酸鈉/nHA復(fù)合微球可以擔(dān)載青霉素、青霉素-克拉維酸、紅霉素等不同類型的抗生素,它們不但具有抑菌性,而且還具有很好的緩釋效果以及表現(xiàn)出好的造骨細胞增殖效果,可以作為新一代的注射骨材料和藥物載體.

Zhang等人[28]進一步對海藻酸鈉/nHA復(fù)合微球擔(dān)載藥物雙氯芬酸和緩釋效果進行研究,發(fā)現(xiàn)nHA是微球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的交聯(lián)劑,可以限制海藻酸鈉聚合物鏈的移動,并且它還改變了海藻酸鈉微球表面結(jié)構(gòu),限制了球體的收縮率,增加了擔(dān)載藥物量,增加了釋放時間,與海藻酸鈉微球緩釋時間相比增加了8 h.Talal等[29]研究發(fā)現(xiàn) HA-聚乳酸-聚乳酸纖維與聚乳酸-聚乳酸纖維相比表現(xiàn)出較好的蛋白吸附行為,吸附到的蛋白可持續(xù)釋放96 h,因此可以應(yīng)用于生物蛋白藥物的輸運系統(tǒng).Yang等[30]將布洛芬藥物擔(dān)載在含熒光物質(zhì)銪離子的nHA上面,可以通過熒光性能的改變來判斷藥物釋放的情況,因此是一種理想的藥物載體材料.

2.3 齒科材料

由于人工合成的nHA抗菌性能較差,而結(jié)晶性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高,從而不易生物降解,不利于骨缺損部位的骨生長.并且nHA的物理、化學(xué)及生物性能取決于其晶型結(jié)構(gòu)和組成,所以在nHA中摻入一些金屬元素是提高其性能的有效方法.

林英光等人[31]將鋅摻入nHA中可形成置換式固溶體,nHA原有晶格發(fā)生畸變,材料的結(jié)晶性、溶解性及生物降解性等性能發(fā)生改善,從而具有更好的生物學(xué)性能、骨缺損修復(fù)能力和抗菌性能.納米ZnHA對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、乳酸桿菌的抑菌率均高于nHA的抑菌率,且抑菌率隨 r值的增加而增大.

程江等人[32]在傳統(tǒng)沉淀法制備nHA工藝中摻入鍶鹽,制得摻鍶nHA,其抗致齲菌性能得到提高,推測其抗菌機理為:摻鍶后溶解性能提高,在一定的時間內(nèi)解離出更多的帶正電荷的Sr2+能吸附細胞膜帶負電的細菌,并可能與細胞膜中的蛋白質(zhì)結(jié)合破壞微生物細胞的能量代謝系統(tǒng),使細菌生長受阻或死亡.Kim等人[33]研究發(fā)現(xiàn),在 HA中摻入銀離子,可以通過延緩細菌的新陳代謝來抑制細菌生長.Ahn等[34]為提高nHA生物陶瓷材料的韌度,在制備納米結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石生物陶瓷過程中,引入3%(質(zhì)量百分比)的氧化釔和氧化鋯復(fù)合納米顆粒,與傳統(tǒng)的羥基磷灰石材料相比,顯示出優(yōu)異的化學(xué)和機械性能,斷裂韌性接近骨密質(zhì).Li等人[35]發(fā)現(xiàn)粒徑大小約為20 nm的摻雜鋱的nHA毒性小,且熒光周期長,在醫(yī)學(xué)診斷上有著很好的應(yīng)用前景.

2.4 人工骨材料

人工合成的nHA一方面具有良好的生物相容性、生物可降解性、骨傳導(dǎo)性,另一方面其脆性和較低的機械強度又限制了其臨床應(yīng)用.人體骨可近似看作以骨膠原為基體材料,以羥基磷灰石為增強材料而構(gòu)成的復(fù)合材料,因此以羥基磷灰石為增強材料,以聚合物特別是生物可降解聚合物為基體的復(fù)合材料與體骨的成分和結(jié)構(gòu)相似,可以彌補金屬和陶瓷材料的不足,有望成為理想的人工骨替代材料.

鄧霞等[36]用水熱合成的nHA作為無機相與新型的可降解的脂肪族聚酯酰胺(PEA)按不同比例復(fù)合,nHA與PEA之間既有化學(xué)鍵合又有分子間的相互作用,可在二者之間形成良好的化學(xué)界面,使復(fù)合材料能更好地傳遞外應(yīng)力,達到既增強又增韌的目的,使材料性能得以改善.其拉伸模量從188 MPa增至323 MPa,同時nHA復(fù)合材料又賦予材料以較高的生物活性,體外將成骨細胞和材料聯(lián)合培養(yǎng),細胞顯示出良好的生長增殖活性.復(fù)旦大學(xué)邵正中等人[37]將nHA懸濁液與絲素蛋白(SF)溶液采用同軸共紡法制備nHA(芯部)/SF(皮層)雙組分電紡纖維,并分別以SF電紡纖維、SF/HA復(fù)合纖維和SF/HA“皮-芯”纖維為有機基質(zhì),在特定的條件下顯現(xiàn)出很好的誘導(dǎo)羥基磷灰石等無機物在其表面沉積礦化的能力,有可能用以模擬動物骨骼這類無機/有機納米復(fù)合材料,為進一步的實行骨修復(fù)的動物或臨床實驗等提供基礎(chǔ).

Chen等[38]采用把NH4H2PO4加入到Ca(NO3)2與殼聚糖(CS)混合溶液中,用氨水調(diào)節(jié)p H為10制備出 HA/CS納米復(fù)合材料,羥基磷灰石顆粒直徑約為20～30 nm,長約100 nm.Li等[39]采用原位沉析法制備的羥基磷灰石/殼聚糖復(fù)合材料的彎曲強度為67.8 MPa,壓縮強度為47.8 MPa,比骨松質(zhì)高2～3倍,基本上滿足了骨替代材料對力學(xué)性能的要求.Nukavarapu[40]把可生物降解的聚二苯丙氨酸乙酯膦腈與粒徑為100 nm的nHA混合制備成的微球孔徑為86～145μm,壓縮模量達到46～81 MPa,與自然骨相近,并且表現(xiàn)出很好的成骨細胞吸附性,細胞增殖和堿性磷酸酶表達,在骨組織應(yīng)用方面有很好的潛力.Sundaram[41]等制備了nHA和殼聚糖復(fù)合顆粒,可以通過物理、化學(xué)、生物吸附作用吸附水中的F-,是一種高效、成本低、生物相容性的去氟劑.Reverchon[42]等用超臨界CO2法制備了nHA/聚乳酸復(fù)合材料,孔隙率超過90%,最大的壓縮模量達到123 kPa,溶劑殘留率低于百分之五,可作為理想的人工骨材料.盡管硅橡膠具有生物相容性在骨科材料中有一些應(yīng)用,但是其生物惰性和柔性影響了其進一步應(yīng)用,Wen[43]等人在硅橡膠材料中引入nHA,很好地克服了上述問題,當(dāng)nHA含量在50%時能達到最好的機械性能,改善了其使用效果.

3 結(jié)論

綜上所述,隨著納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛,nHA以其安全無毒、生物相容性、可生物降解等優(yōu)點成為科研人員熱點關(guān)注的納米材料.至今為止,它的新制備方法還在不斷涌現(xiàn),其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用也在不斷推進,但其目前還更多地用于生物醫(yī)學(xué)體外實驗等基礎(chǔ)性研究中.相信隨著科學(xué)家的繼續(xù)努力,nHA會越來越多地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域.

[1]Kuriakose T A,Kalkura N,Palanichamy M,et al.Synthesis of stoichiometric nano crystalline hydroxyapatite by ethanolbased sol-gel technique at low temperature[J].J Cryst Growth,2004,263:517-523.

[2]邢瑞敏,劉山虎.溶膠凝膠模板法制備羥基磷灰石納米線[J].化學(xué)研究,2010,21(2):7-10.

[3]黃龍全,徐英蓮,傅雅琴,等.溶液-凝膠法制備納米羥基磷灰石[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報,2008,25(2):199-202.

[4]張維麗,王臻,李榮先,等.利用液相合成方法制備納米羥基磷灰石[J].新技術(shù)新工藝,2007(2):80-83.

[5]Uota M,Arakawa H,Kitamura N,et al.Synthesis of high surface area hydroxyapatite nanoparticles by mixed surfactantmediated approach[J].L angmuir,2005,21(10):4724-4728.

[6]Kim D,Cho I S,Kim J Y,et al.Simple large-scale synthesis of hydroxyapatite nanoparticles:In situ observation of crystallization process[J].L angmuir,2010,26(1):384-388.

[7]Wang YJ,Zhang S H,Wei K,et al.Hydrothermal synthesis of hydroxyapatite nanopowders using cationic surfactant as a template[J].Mater Lett,2006,60:1484-1487.

[8]Zhang C M,Yang J,Quan Z W,et al.Hydroxyapatite nano-and microcrystals with multiform morphologies:controllable synthesis and luminescence properties[J].Cryst Growth Des,2009,9(6):2725-2733.

[9]梁瓊,韓冬梅,顧福博,等.水熱重結(jié)晶法制備羥基磷灰石納米棒[J].無機化學(xué)學(xué)報,2007,23(1):86-90.

[10]Ito H,Oaki Y,Imai H.Selective synthesis of various nanoscale morphologies of hydroxyapatiteviaan intermediate phase[J].Cryst Growth Des,2008,8(3):1055-1059.

[11]Wu YJ,Bose S.Nanocrystalline hydroxyapatite:micelle templated synthesis and characterization[J].L angmuir,2005,21(8):3232-3234.

[12]Wei K,Wang YJ,Chen L,et al.Synthesis and characterization of hydroxyapatite nanobelts and nanoparticles[J].Mater Lett,2005,59:220-225.

[13]周琰春,蔡玉榮,劉麗,等.球形羥基磷灰石納米顆粒的可控合成及其對間充質(zhì)干細胞生長分化的影響[J].無機化學(xué)學(xué)報,2007,23(8):1335-1340.

[14]Jevtic M,Mitric M,Kapin S S,et al.Crystal structure of hydroxyapatite nanorods synthesized by sonochemical homogeneous precipitation[J].Cryst Growth Des,2008,8(7):2217-2222.

[15]Yeong K C B,Wang J,Ng S C.Mechanochemical synthesis of nanocrystalline hydroxyapatite from CaO and CaHPO4[J].Biomaterials,2001,22:2705-2712.

[16]Li B,Guo B,Fan H S,et al.Preparation of nano-hydroxyapatite particles with different morphology and their response to highly malignant melanoma cells in vitro[J].A ppl Sur Sci,2008,255:357-360.

[17]Liu Z S,Tang S L,Ai Z L.Effects of hydroxyapatite nanoparticles on proliferation and apoptosis of human hepatoma BEL-7402 cells[J].World J Gastroenterol,2003,9(9):1968-1971.

[18]Cheng XJ,Deng C S,Tang S L,et al.Mitochondria-dependent apoptosis induced by nanoscale hydroxyapatite in human gastric cancer SGC-7901 cells[J].Biol Pharm B ull,2007,30(1):128-132.

[19]Bauer I,Li S,Han Y,et al.Internalization of hydroxyapatite nanoparticles in liver cancer cells[J].J Mater Sci:Mater Med,2008,19:1091-1095.

[20]付莉,馮衛(wèi),彭芝蘭,等.羥基磷灰石納米粒子對卵巢癌作用的體外實驗研究[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報,2007,26(4):584-587.

[21]Tomoda K,Ariizumi H,Nakaji T,et al.Hydroxyapatite particles as drug carriers for proteins[J].Colloid Surf ace B,2010,76:226-235.

[22]Kandori K,Fudo A,Ishikawa T.Adsorption of myoglobin onto various synthetic hydroxyapatite particles[J].Phys Chem Chem Phys,2000,2:2015-2020.

[23]Ijntema K,Heuvelsland W J,Dirix C A.Hydroxyapatite micro-carriers for biocontrolled release of protein drugs[J].Inter J Pharm,1994,112(3):215-224.

[24]Sokolova V,Epple M.Inorganic nanoparticles as carriers of nucleic acids into cells[J].A ngew Chem Int Ed,2008,47:1382-1395.

[25]Itokazu M,Kumazawa S,Wada E,et al.Sustained release of adriamycin from implanted hydroxyapatite blocks for the treatment of experimental osteogenic sarcoma in mice[J].Cancer Lett,1996,107:11-18.

[26]劉靜霆,韓穎超,李世普,等.羥基磷灰石納米粒子負載阿霉素的體外抗腫瘤活性研究[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報,2008,27(4):572-576.

[27]Ferraz M P,Mateus A Y,Sousa J C,et al.Nanohydroxyapatite microspheres as delivery system for antibiotics:Release kinetics,antimicrobial activity,and interaction with osteoblasts[J].J Biomed Mater Res Part A,2007,8(14):994-1004.

[28]Zhang J,Wang Q,Wang A.In situ generation of sodium alginate/hydroxyapatite nanocomposite beads as drug-controlled release matrices[J].Acta Biomaterialia,2010,6:445-454.

[29]Talal A,Waheed N,Al-Masri M,et al.Absorption and release of protein from hydroxyapatite polylactic acid(HAPLA)membranes[J].J Dentistry,2009,37:820-826.

[30]Yang P,Quan Z,Li C,et al.Bioactive,luminescent and mesoporous europium-doped hydroxyapatite as a drug carrier[J].Biomaterials,2008,29:4341-4347.

[31]林英光,楊卓如,程江.納米摻鋅羥基磷灰石的制備及抗菌性能[J].華南理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2007,35(7):67-71.

[32]林英光,楊卓如,程江.納米摻鍶羥基磷灰石的制備及其抗菌性能研究[J].化工新型材料,2007,35(3):20-24.

[33]Kim T N,Feng Q L,Kim J O,et al.Antimicrobial effects of metal ions(Ag+,Cu2+,Zn+)in hydroxyapatite[J].J Mater Sci:Mater Med,1998(9):129-134.

[34]Ahn E,Gleason N,Nakahira A,et al.Nanostructure processing of hydroxyapatite-based bioceramics[J].N ano Lett,2001,1(3):149-153.

[35]Li L,Liu Y,Tao J,et al.Surface modification of hydroxyapatite nanocrystallite by a small amount of terbium provides a biocompatible fluorescent probe[J].J Phys Chem C,2008,112(32):12219-12224.

[36]鄧霞,陳治清,錢志勇,等.納米羥基磷灰石/脂肪族聚酯酰胺復(fù)合材料[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志,2008,25(2):378-381.

[37]曹惠,陳新,邵正中.羥基磷灰石/絲素蛋白復(fù)合纖維的制備及其礦化研究[J].化學(xué)學(xué)報,2008,66(18):2059-2064.

[38]Chen F,Wang Z C,Lin C J.Preparation and characterization of nano-sized hydroxyapatite particles and hydroxyapatite/chitosan nano-composite for use in biomedical materials[J].Mater Lett,2002,57(4):858-861.

[39]Li B,Hu Q,Qian X,et al.Bioabsorbable chitosan/hydroxyapatite composite rod prepared by in-situ precipitation for internal fixation of bone fracture[J].Acta Polymerica Sinica,2002(6):828-833.

[40]Nukavarapu S,Kumbar S,Brown J,et al.Polyphosphazene/nano-hydroxyapatite composite microsphere scaffolds for bone tissue engineering[J].Biomacromolecules,2008,9:1818-1825.

[41]Sundaram C S,Viswanathan N,Meenakshi S.Uptake of fluoride by nano-hydroxyapatite/chitosan,a bioinorganic composite[J].Biores Technol,2008,99:8226-8230.

[42]Reverchon E,Pisanti P,Cardea S.Nanostructured PLLA-hydroxyapatite scaffolds produced by a supercritical assisted technique[J].Ind Eng Chem Res,2009,48:5310-5316.

[43]Wen J,Li Y,Zuo Y,et al.Preparation and characterization of nano-hydroxyapatite/silicone rubber composite[J].Mater Lett,2008,62:3307-3309.

Research Progress in Preparation of Nanoscale Hydroxyapatite and Its Application in Biomedicine Field

LI Bin-jie,YAO Su-mei,LI Shu-lian,MA Yuan-fang
(1.Institue of Immunology,Medical School ofHenan University; 2.Institute of Molecular Medicine,Medical School of Henan University; 3.Key L aboratory f or S pecial Functional Materials of Ministry of Education,Henan University,Kaif eng475004,Henan,China)

A review is given about research progress of preparation and application of nanoscale hydroxyapatite in biomedicalscience.Commonly used methods for preparing nanoscale hydroxyapatite,including sol gel method,chemical precipitation method,hydrothermal method,precursor-hydrolysis method,template method,ultrasonic method,and mechno-chemical method are highlighted.Besides,the application and development of nanoscale hydroxyapatite in the field of biomedicine,including cancer therapy,drug carrier,dential materials and synthetic bone are briefed.

nanoscale hydroxyapatite;preparation;application;research progress

TQ 246.3

A

1008-1011(2010)05-0090-07

2010-04-29.

河南省杰出人才創(chuàng)新基金項目(074200510014),2008年度河南大學(xué)校內(nèi)科學(xué)研究基金項目(2008YBGG003).

李賓杰(1971-),男,副教授,博士,主要從事納米醫(yī)用材料研究.E-mail:lbj821@yahoo.com.cn.＊

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