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无 机 材 料 学 报 第26卷

结晶性和结构稳定性均高于自然骨中的HA, 不易生物降解, 不利于骨缺损部位骨功能的恢复. 为满足临床应用, 需要在人工合成的HA中添加一些元素来改善材料的临床性能, 掺锶HA(Strontium substituted hydroxyapatit, Sr-HA)就是其中的一类改性材料.

锶是人体中的一种微量元素, 在骨中约占0.01wt%. 锶具有提高骨容量[2], 减少骨流失的能力[3]. 医学上, 锶的化合物 雷尼酸锶, 可降低骨的再吸收、促使新骨的形成, 广泛用于预防和治疗骨质疏松症[4]. 体外研究表明, 雷尼酸锶可促进前造骨细胞分化, 抑制破骨细胞分化, 并降低破骨细胞的功能[5].

锶在元素周期表中与钙同族, 可取代HA中的钙, 形成置换固溶体. 由于锶和钙之间离子半径和性质的差异, 锶使HA的晶格发生畸变[6], 从而改变其结晶性和生物降解性. 研究表明, 锶取代部分钙形成的Sr-HA, 比传统的HA有更好的生物学性能和更好的骨缺损修复能力[7]. 其中, 锶含量低于10%的Sr-HA具有很好的组织相容性、骨引导能力及生物降解率, 可获得较满意的骨缺损修复效果[8].

制备Sr-HA的方法主要有: 酸碱法[9]、沉淀法[10]、高温固相合成法[11]、溶胶 凝胶法[12]和微波法[13]等. 其中, 酸碱法设备简单, 但产物结晶性较差; 沉淀法工艺简便, 但产物纯度较低, 易引入HPO42-、CO32-离子[14]; 高温固相合成法产物结晶性较好, 但反应速度慢, 产物粒径大, 易团聚; 溶胶 凝胶法制备Sr-HA, 需高温烧结, 粉体易团聚. 林英光等[15]利用超临界干燥技术与溶胶 凝胶法相结合, 避免了后期的烧结工序, 但过程不易控制. 比较而言, 水热法的特点是产物直接为晶态. 针对上述问题, 本工作以四水硝酸钙[Ca(NO3)2·4H2O]、磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]、硝酸锶[Sr (NO3)2]为原料, 在180℃下水热处理8h制得Sr-HA. 通过XRD、IR、TEM、 EDX和TG/DTA对Sr-HA的晶相、化学组成、形貌和热稳定性进行分析, 并通过细胞培养, MTT比色法对材料的细胞毒性进行评价.

1 实验

1.1 Sr-HA的水热合成

分别配制浓度为0.5mol/L[Sr(NO3)2, Ca(NO3)2]溶液和浓度为0.3mol/L的(NH4)2HPO4溶液. 用浓氨水调节Ca和Sr溶液, 使pH>11; 磷溶液的pH>10. 取一定量Sr(NO3)2和Ca(NO3)2溶液充分混合, 加入0.4g聚乙二醇, 磁力搅拌使之溶解. 在搅拌条件下, 将(NH4)2HPO4溶液(n(Ca+Sr)/n(P)保持在1.67)缓慢

滴加到Ca和Sr混合溶液中, 搅拌均匀, 然后转入内衬为聚四氟乙烯的不锈钢水热釜中(填充度为70%), 于180℃水热处理8h. 产物经二次水洗、乙醇洗、抽滤, 粉末状产物于80℃干燥过夜. 部分产品在900℃下热处理1h. 其中, n(Sr)/n(Ca+Sr)=10%的Sr-HA记为Sr10-HA, 其它的都依此标明. 反应方程式如式(1):

(10 x)Ca2++xSr2++6PO43++2OH Ca10 xSrx(PO4)6(OH)2(1)

1.2 样品结构的表征

用Rigaku XG control RINT2500 X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)仪分析样品的物相. 用日本岛律C8-20型傅里叶红外光谱仪测定样品的傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectrome-ter, FTIR). 用FEI公司Tecnai G2 F20场发射透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)观察样品的形貌, 并用附带的能谱仪(Energy disper-sive X-ray, EDX)对样品进行微区元素成分分析. 用SII EXSTATR6000 TG/DTA6300型热重–差热分析仪(thermogravimetry-differential thermal analysis, TG–DTA)分析样品的相演变和晶相形成.

1.3 材料细胞毒性试验

材料于压力蒸汽灭菌器内121℃灭菌处理30min后, 根据国标(GB/T16886.12-2005)按材料质量与细胞培养液(浸提介质)之比为0.2g/mL, 在37℃无菌条件下浸提24h制备浸提液.

采用小鼠成纤维细胞系L929, 15%胎牛血清的1640培养基(GIBCO, 美国)培养. 胰酶消化收集, 制成浓度为1×104个/mL的细胞悬液. 按每孔100μL接种于96孔培养板上培养24h后, 更换含50%、100%材料浸提液, 继续培养72h. 取出, 每孔加入5mg/mL MTT试剂20μL, 继续培养4h. 吸弃培养液后, 加入二甲亚砜150μL/孔, 37℃恒温摇床震荡10min后用酶联免疫检测仪(BP800, 芬兰)测定吸光度值, 波长570nm. 并用式(2)计算细胞相对增殖率(relative growth rate, RGR):

RGR A

A 100% (2) 0式(2)中A为供试品组吸光度; A0为对照组吸光度.

根据国家标准(GB/T14233.2-2005)对所得到的RGR进行判定评级.

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

图1是水热合成的纯羟基磷灰石(HA)、掺锶羟