文 献 综 述

一、羟基磷灰石(HAP)的基本特性

人体的骨和牙都是由无机和有机材料巧妙结合的复合体，而羟基磷灰石晶体(hydroxyapatite，简称HAP)是其中主要的无机成分，分子式是Ca10(PO₄)₆(OH)2，密度为3.16g/cm3，较脆弱，折射率为1.64-1.65。该物质微溶于水，呈弱碱性，易溶于酸却难溶于碱。HAP是强子交换剂，分子中的Ca2 易被Cd2 、Hg2 等有害金属离子和Sr2 、Ba2 、Pd2 等重金属离子置换，且可与含羧基(COOH)的氨基酸、蛋白质、有机酸等发生交换反应。

羟基磷灰石晶体是六角晶系，属L6PC对称型和P63/m空间群，其晶体结构如图1.1所示，与c轴垂直的面是一个六边形，单位晶胞含有10个Ca2＋、6个PO43-、2个OH-，a、b轴夹角120o，晶胞参数a＝0.943～1.938nm，c＝0.686～0.688nm，这样的结构和组成使得HAP结构具有较好的稳定性[1]。HA的结构比较复（0001）面上的投影如图1.1所示，一种Ca2＋在上下两层的6个PO43-四面体之间，与6个PO43-四面体中的9个角上的O2-连接，这种Ca2＋的配位数为9，这样连接的结果，在整个晶体结构中形成了平行于c轴的较大通道。另一种是，阴离子OH-与其上下两层的6个Ca2＋形成OH-Ca6配位八面体，角顶的Ca2＋与其相邻的4个PO43-中的6个角顶上的O2-和OH-连接，这种Ca2＋的配位数是7[2]。

在骨中，HAP为纳米尺度的片状晶体，呈现多孔的微观结构。骨骼主要由胶原纤维和磷灰石组成。牙釉质同样由胶原和HAP所组成。其中HAP的晶体呈纳米尺度的棒状结构，并在空间整齐排列，导致牙釉质的强度很高。

羟基磷灰石具有良好的生物相容性，植入体内不仅无毒、安全，还能诱导骨生长，新骨可以从 HAP 植入体与原骨结合处沿着植入体表面或内部贯通性孔隙攀附生长，与组织以化学键形式结合。HAP的强度与基体组成、孔隙率和品粒度等有密切联系，随孔隙率增加其强度呈指数级下降。表 1.1 列出了 HAP的生物活性陶瓷的主要力学性能参数及与致密骨、牙本质和牙釉质的对比。HAP的理论密度为3.16g/cm3；莫氏硬度为5；断裂韧性较低，比 SiO2略高，大约为Al2O3陶瓷的 1/5~1/3，为钛合金的 1/40~1/70，为高强度钢的 1/50～1/100[3]；在生理环境中抗疲劳强度低，韦布尔系数仅为 12，不能用于承载部位。

表 1.1 HA 生物活性陶瓷的主要力学性能参数及与骨、牙的比较[4]

抗压强度/MPa 抗弯强度/MPa 抗拉强度/MPa 弹性模量/GPa

致密 HA 陶瓷 400～917 80～195 100～140 75～103