离子植入影响生物骨陶瓷材料降解性能的实验研究

近年来研究表明羟基磷灰石的溶解不遵循传统的溶解平衡理论，我们已经证实羟基磷灰石在模拟体液中的溶解度远低于以传统方法所测得的参考值。离子植入生物活性陶瓷可以调节陶瓷的性能，但目前此类研究仅局限于定性分析，对其生物学性能和降解性能缺乏科学系统的评价。本课题拟对生物骨陶瓷进行梯度离子植入并运用创新的固体滴定和激光散射监测溶解平衡的方法测定改性材料的体外溶解度，运用离子色谱法监测溶液微量离子的动态改变，同时在动物骨缺损模型中测定材料的体内生物学性能和降解性能，旨在对离子植入生物骨陶瓷的体内外降解性能进行科学系统的评价，深入了解离子植入影响生物骨陶瓷体内外降解的机制，为研发具有良好生物相容性和生物降解性的骨组织替代材料提供相关参数和理论依据。

近年来研究表明磷酸钙化合物的溶解不遵循传统溶解平衡理论，我们已经证实羟基磷灰石的溶解度远低于传统过量投放法所测得的参考值。向骨替代材料植入各种离子可调节其成骨性能，但目前此类研究仅局限于定性分析，对其生物学性能和降解性能缺乏科学系统的评价。本课题运用固体滴定和激光散射监测溶解平衡的方法，完成不同浓度磷酸根离子背景溶液中羟基磷灰石（HA）与碳酸羟基磷灰石（CHA）溶解度的测定与等温溶解曲线的绘制，以及对析出沉淀物进行理化性能检定；以猪骨为原料制备生物骨磷灰石（BHA）与氟化生物骨磷灰石（FBHA）骨替代材料，检测其表面微结构形态、微量离子含量、晶体相和官能团。结果表明在KCl溶液中，CHA的溶解度高于HA，且背景溶液中加入磷酸根离子可使CHA溶解度升高；在0.5到100mmol/L磷酸根背景下，HA的溶解度随着磷酸根离子浓度的升高而降低；在0.5mmol/L 磷酸根背景下所得溶解平衡沉淀为HA，但具有较低的钙磷比和较小的晶粒。所制备的新型骨替代材料FBHA 是含有一定量碳酸根的高结晶磷灰石，有着与人骨高度相似的宏观及微观多孔结构，氟离子的植入使晶粒由BHA的片状变为短棒状，其XRD衍射峰向高角度漂移，FTIR吸收光谱中羟基吸收峰消失，XPS中氟的结合能降低；FBHA释放自由氟离子的量随着BHA所浸泡氟化钠溶液浓度的升高而增加，但与浸泡时间相关性不明显。本研究为磷酸根离子、碳酸根离子、氟离子对磷酸钙骨替代材料的降解性能及热力学稳定度影响的深入研究奠定了理论基础。