白磷钙石:骨修复“镁”力新宠


来源:www.188betkr.com 青黎

[导读]骨组织中镁是仅次于钙、钾和钠的人体内第四大阳离子,主要以白磷钙石(WH,Ca18Mg2(HPO4)2(PO4)12)的形式存在于骨骼中,含量可达无机物总量的20%以上。

www.188betkr.com 讯骨组织是人体中广泛存在并且不可或缺的组织之一,具有躯体支撑、运输营养和造血等重要生理功能。骨的组成已经被证实为是由无机矿物质和有机物复合而成的3D结构,从纳米尺度考虑,骨单位是由胶原纤维和无机矿物质纳米颗粒组成。骨组织中的无机矿物质以羟基磷灰石(HA)为主,镁是仅次于钙、钾和钠的人体内第四大阳离子,则主要以白磷钙石(WH,Ca18Mg2(HPO4)2(PO4)12)的形式存在于骨骼中,含量可达无机物总量的20%以上。


白磷钙石


白磷钙石作为一种天然的磷酸钙类矿物,具有和β-TCP相近的晶体结构,和β-TCP最大的区别在于晶格中部分的钙离子被镁离子所替代。WH作为骨组织占比第二的无机矿物质,根据Mg2+计算,约占人体内矿物质的25%-35%wt,表面带负电荷,有利于其吸收成骨蛋白等促进新骨生成,相对于HA,WH有更强的诱导骨生成的能力,并且WH可降解,能够释放大量的Mg2+、Ca2+和PO43-,增强早期的成骨分化。


镁是一种重要的生物元素,在维持骨成核动力学、代谢、形成和结晶等方面起着重要作用。镁离子在体内广泛参与成骨细胞的代谢过程,对于成骨细胞的增值和分化具有积极作用。白磷钙石具有较好的生物相容性以及生物可吸收性,在弱酸环境中可以保持稳定。由于镁离子导致晶体的晶格参数发生变化,和β-TCP相比白磷钙石具有更好的力学强度。


白磷钙石制备


近些年已经有部分学者进行了WH制备方面的探索。


一类方法是制备WH纳米颗粒,例如,Rowles等人提出一种在100°C的水中将Cacl2,Mgcl2和Na2HPO4混合以制备WH的方法。但鉴于这种方法无法获得纯净的WH产物,Jang等人开发了一种在过量Mg2+和酸性环境的条件下在Ca(OH)2-Mg(OH)2-H3PO4三元体系中,通过水溶液的加热反应,生成了纯度较高的WH。这种方法生成的WH能够有效使得第二相的生成被精准避免,但是由于WH的磷酸盐等基团的热稳定性较差,在高烧结处理下容易破坏晶体的结构,因此,不能在骨修复中用作可植入的块状材料。


另一类制备WH的方法是由其他钙磷基陶瓷通过水热反应转化而来,β-TCP因其与WH结构相似,常被选择作为水热反应的原料,例如,Wang等人用压制的β-TCP块状材料,控制水热反应条件得到了可植入的WH块状材料,Guo等人以β-TCP为起始物在金属表面构建了WH涂层。


此外,将二水合磷酸二钙作为磷酸钙盐的弱酸相,在含有Mg2+溶液中生成WH的现象也有报道。


但不同合成方法得到的WH,会导致其组成、结构、表面化学、形态和晶体大小等方面存在差异,这些对生物材料如何调控细胞行为有至关重要的影响。


参考来源:

1、李丹.白磷钙石磷酸钙复合材料的制备及其促成骨性能研究

2、赵磊.白磷钙石骨支架的DLP制备及力学与生物学性能研究


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