MCPM（一水合磷酸二氢钙）是水溶性的磷酸钙，在水溶液中具有极强的酸性。它能从具有强酸性的工业用的磷酸肥料中沉淀析[27]。当温度高于100˚C时，会失去结晶水变成磷酸二氢钙（MCPA）。由于它具有极强的酸性和可溶性，因此，在生物系统的钙化过程中，人们很难发现它的存在。然而，它可以用在一些医用的生物胶合剂中。而且作为酸化剂、抗酸剂应用在食品和碳酸饮料中[35]。

MCPA 是MCPM 失去结晶水的存在形式，结晶所需要的条件与MCPM 的基本一样，但要求温度在100˚C 以上，与MCPM 一样，很难在钙化的组织中找到MCPA 的存在，目前磷酸二氢钙还没有在医药领域有过应用，主要被当作农用肥料[36,37]。

DCPD（二水合磷酸氢钙）很容易从水溶液中析出，当温度高于80˚C 时，DCPD 会失去结晶水转化成磷酸氢钙（DCPA），DCPD 具有非常重要的生理学作用，常引发生物体系中病离钙化，如牙结石、尿晶症、软骨钙化症、尿结石等。DCPD 是骨生物矿化和牙釉质溶解过程中的中间产物。在外科手术中，二水合磷酸氢钙被用作磷酸钙修复材料，此外还可以与氟化钠一起作为添加剂加入到牙膏中预防龋齿的发生[38,39] ；二水合磷酸氢钙还有其他的一些用途，比如用作肥料、玻璃产品、食物中的补充钙源等。

DCPA 是DCPD 失去水合分子的产物，当温度高于100˚C 时，它能从水溶液中结晶析出，与DCPD 不同的是，它不会出现在正常或是病理钙化的组织中，常被用作骨水泥修复材料，还可以作为抛光剂，营养补充物中钙和磷的补充源[40-42]。

磷酸八钙是热力学平衡中最稳定的HA 的中间相，它结构中的原子排列与HA 中的排列相同，磷灰石层被水分子层分割，OCP 是牙结石和尿结石中十分稳定的成分[43-45]，它在体外模拟生成生物矿物中起着非常重要的作用，虽然在血管的钙化过程中并没有发现它的存在，但却在天生的和人工合成的心脏瓣膜中发现了他的前驱体[46,47]。

α-TCP（α 磷酸三钙）在室温条件下处于一种亚稳定的状态，当温度高于1125˚C 时，可以从β 磷酸三钙（β-TCP）中获得，在水溶液中要比β磷酸三钙有更好的活性，能被水解成其他的磷酸钙盐变成一种混合物。它不会出现在生物钙化的过程中并且应用有限，可被用作生物骨水泥原料、肥料。

β 磷酸三钙不能从溶液中沉淀析出，但可以在800˚C 以上时煅烧CDHA 得到，当温度高于1125˚C 时就会转变成α-TCP，β-TCP 在室温下是一种稳定相，在水中的溶解度要比α-TCP 低，和α-TCP 一样，它不会存在于生物的钙化过程中[48]，而含镁的β-TCP 会出现在牙结石、尿结石和一些软组织沉积中。在生物医药上，β-TCP 同样可以用作生物骨水泥原料。与HA 结合在一起，可以用作生物陶瓷材料。此外，还可以用作肥料、抛光剂、瓷器和陶器等[49,50]。

ACP（无定形的磷酸钙）是一种在溶液中形成磷酸钙物质的过渡相，在快速混合钙离子和磷离子的过饱和溶液中，通常ACP 是第一个析出相，它的化学成分取决于溶液的pH 值和钙离子和磷离子的浓度，例如：有报道称当析出溶液的pH 为6.6~11.7 时，ACP 相中Ca/P 比为1.18:1~1.53:1[51,52]。ACP 的结构目前还不明确，它的红外图谱显示了范围宽、有明显特征的磷酸根的吸收峰，XRD 数据显示其是非晶态的，ACP的电镜数据显示它是由20~200nm 的球状颗粒构成的，颗粒的排列呈现出短程有序结构[53,54]。因此有可能是这些颗粒太小的原因，造成了他的非晶态。从生理角度来说，ACP 常出现在一些软组织的病理性钙化过程中，例如尿毒症患者的心脏瓣膜的钙化过程中[55,56]。在医学上，ACP 有时可以用作磷酸钙骨水泥，ACP 与高分子的复合材料能够用于牙齿修复和外科治疗[57]。

CDHA（钙缺失羟基磷灰石）可以通过向沸腾的水中同时加入包含有钙和磷的溶液并沸腾几个小时的方式获得，在这段时间内，最初形成的ACP 或者是OCP（和溶液的pH 值有关）会向CDHA 转化，继续加热到700˚C 以上，Ca/P 比为1.5:1 的CDHA 会转化为β-TCP，Ca/P 比为大于1.5:1 小于1.67:1 的CDHA 会转化为HA 与β-TCP的混合物[58,59]。由于钙缺失羟基磷灰石是非化学计量比的，其结构中往往包含其他的离子，这些离子的含量是不确定的，因此造成了CDHA 的结构和晶格常数不确定。CDHA 可以被看作是HA中一些离子缺失的磷酸钙，根据CDHA 化学式可知，在其晶体结构中存在着钙离子和氢氧根离子的空位。但很少有人知道磷酸根离子的空位是由于磷酸根的质子化或是被碳酸根离子所取代造成的。不被其他离子取代的CDHA 是生物体系中是不存在的，通常Ca2+ 被Na+，K+，Mg2+ 取代；PO43- 被CO32- 取代；OH- 被F-，Cl- 取代，这些矿物是人类和动物正常矿化和病理性矿化的主要产物[60,61]。因此它是一种非常有前途的人工骨替代材料。

HA（羟基磷灰石）是最稳定的且具有最低的溶解度，它是单斜晶系，当温度高于250˚C 就会变成六方晶系[62]。当F-，Cl- 取代OH-，在室温下，单斜晶系就会转化成六方晶系[63,64]。在实验条件下，可以在水溶液中通过可以混合相应量的钙和磷离子，并使pH 值保持在9 以上，然后在一个完全没有CO2 的环境中在沸水中沸腾几天便可得到HA。单晶HA 可以通过水热法合成，也可以通过把Ca(OEt)2 和H3PO4 加入乙醇利用无水环境合成[65,66]。由于HA 的化学成分与谷歌和牙齿的矿物很相近，常被用作植入物的生物涂层，以提高材料的生物相容性。

TTCP（磷酸四钙）是所有磷酸钙盐中最基本的，它在水中的溶解度要比HA 的要高。而且不能从水溶液中直接析出，只能通过煅烧的方法合成。TTCP 在水溶液中并不十分稳定，会水解成HA 和Ca(OH)2，因此在生物体的钙化过程中不会出现TTCP。[32,33]

2.2 仿生磷酸钙盐生物矿物

自然界生物体系中含有的生物矿物，通常具备独特的形态结构，并由多级微纳结构经过精密有序组装而形成有机- 无机复合材料，如人体天然硬组织中骨和牙齿等，这些生物性能优异的矿物的成核和生长主要受机体分泌的有机基质的调控[1]。生物体内矿化过程中的有机基质不仅为无机材料的生长提供了成核位点，还可以调控其晶体学生长方向，控制晶体的形态形貌，决定最终晶体的物相结构[2]。因此，探讨生物体内含有的一些有机基质如氨基酸小分子对无机材料的成核和形貌发展具有重要意义。

仿生羟基磷灰石纳米粒子（HAp）在尺寸，形貌和组成方面与天然骨和牙齿的矿物成分非常相似。因此将HAp 纳米颗粒作为模型，可系统地研究正常硬组织矿化如骨和牙齿，和许多不良性病理钙化如关节软骨化、心脏瓣膜钙化肾结石[3]的形成发展过程，同时将其作为一系列生物医学领域（从再生医学和骨组织工程到药物载体）的多功能材料[4-7]。因此也提出了用各种有机生物分子作为生物矿化调节剂调控无机矿物的形核和生长过程[8-12]。目前，研究者关于生物体内有机分子对生物矿物的成核和生长的调控方面的机理探讨还不是很深入，精确调控仿生矿物的形貌结构方面仍存在一定的挑战。

HAp 颗粒的关键性能如强度，对细胞的毒性，骨整合性和生物可吸收性，强烈依赖材料的微结构—主要是它们的形貌，化学计量学，晶体学结构和相纯度。然而，对于纳米或微米颗粒来说，与其他性能特点相比，我们主要关注颗粒的形貌和维度[53,59,60]。实际上，在合成晶体粉末方面的一个主要挑战是准确调控晶体的生长，这直接关系到颗粒最终的微观形态，粒径尺寸分布和几何学形貌，并决定它们的理化性能和用途。由于工艺条件，表面化学等因素会影响材料的生物相容性和生物活性，同时也决定了材料的应用领域[50,59-62]。因此，通过控制晶体或粒子的形貌，可以扩大纳米粒子的应用范围。例如，传统HAp陶瓷由于有微裂纹结构而力学稳定性比较差，不能用作整形科和齿科方面的承重材料[63-65]。而具有多级结构形貌的HAp 颗粒的力学性能能显著得到提高[23,66]。此外，物相的纯度也能明显影响材料的溶解性能和热稳定性，而这些性能参数都与制备HAp 过程中的工艺参数、前驱体种类和添加剂等因素有关，因此精确控制产物的结晶度，化学计量度、几何学形貌、尺寸分布和颗粒的团聚程度仍存在很大的挑战。

2.3 仿生合成HAp 的技术

目前， 合成HAp 纳米粒子的方法不胜枚举。但主要有以下5 种类别：固相（机械）化学法，湿化学法，溶胶凝胶法，超声化学法，水热法等。如图1 所示，不同制备方法得到的产物在形貌结构方面的差异。每种方法都有自身的优缺点，选择一种合适的制备材料的工艺路线对合成材料的性能结构特点影响至关重要，常见的几种合成HAp 的方法位于表2 中。

2.3.1 固相（机械）化学法

固相化学过程，有时也称机械合成法，是一种合成各种先进材料如纳米晶合金和陶瓷的简单干法[67,68]。它是由于表面结合材料的扰动产生的压力增强了固体之间的热力学和动力学反应，因此这个方法合成的粒子具有超细的结构[69-73]。固相化学法的优点是操作简单，可重复性高，可大批量生产。典型的生产过程是，将摩尔比保持在化学计量比的反应试剂在行星磨里面研磨[74]。主要过程变量包括反应试剂的种类，研磨介质的类型，研磨球的种类和尺寸，气氛类型，研磨的时间间歇及粉料比质量比和旋转速率[72,74-79]。此法的主要缺点是固态合成下粒子的尺寸较大，HAp的相纯度较低。

2.3.2 传统化学沉淀法

传统化学沉淀是制备纳米HAp 最简单的方法之一。由于HAp 在室温，pH 为4.2 时溶解度最小[23,80-84]，因此沉淀反应通常在pH 高于4.2，温度在室温及接近水的沸点温度范围内进行[85]。典型的反应过程是在持续、温和搅拌下将一种试剂逐滴加入另一种试剂中，并保持HAp 中元素（Ca/P ）摩尔比为1.67[86]，并将最终悬浮液在大气压下陈化，并洗涤，离心干燥并压成片[87]。通过简单的化学沉淀制备的粉末通常是非化学计量型，没有规则形貌并且结晶较差的[88-90]，如图9（d）图所示，颗粒形貌均一度较差，结晶度不高。许多因素可以导致这些缺点，包括HAp 对一些离子有高的化学吸附性，HAp 复杂的晶体结构，HAp颗粒之间的氢键相互作用，及动力学参数的作用，因此在反应过程中精确地控制反应条件对于合成最小缺陷的材料很有必要。

2.3.3 溶胶–– 凝胶法

溶胶凝胶法是最早提出的湿法合成HAp 中的方法之一。溶胶凝胶法的优点是反应试剂在分子水平上混合，提高了最终产物的化学均一性[92-94]。制备的晶体在低温下形成是溶胶凝胶的另一个显著特点。此外通过经典的溶胶凝胶法制备的粉末通常具有化学计量学结构，高的比表面积和较小的团簇尺寸（从50nm 到1μm）[95-97]。体外实验证明了溶胶凝胶法的HAp 生物可吸收性比传统粉末的高，比较接近生物磷灰石[93,97]。这个方法主要的缺点是会生产二次物相（常为氧化钙，CaO），一些前驱体原材料尤其是醇盐类的成本较高。

2.3.4 超声化学法

超声化学法是基于超声辐射作用下激发的化学反应而得到纳米尺寸的产物。超声化学合成HAp 的机制是在水相中声空化作用下，形成的微气泡的长大和破裂[98]。这个过程刺激了化学反应试剂并加速了液体和固体反应物之间的异相成核。已经有报导超声化学法过程制备的HAp 纳米粒子更细小均一，晶体更单一，团聚程度也最小[99]。得到的纳米粒子由于较高的比表面能显著提高烧结动力学，因此也提高了最终产品的力学性能。曹等[100] 用超声沉淀用尿素作为有机改性剂制备了针状纳米HAp。

参考文献

略

往期内容回顾

本刊简介

《中国医疗器械信息》杂志是在国家新闻出版总署登记注册的面向全国发行的国家级正式刊物，是医疗器械行业内唯一一本由国家食品药品监督管理总局主管的中央级全国性综合性医疗器械科技类杂志。杂志于1995 年创刊，是“中国学术期刊综合评价数据库（CAJCED）统计源期刊”、“中国期刊全文数据库（CJFD）全文收录期刊”、“中国核心期刊（遴选）数据库收录期刊”、“中文科技期刊数据库收录期刊”、“中文生物医学期刊数据库（CMCC）收录期刊”。

《中国医疗器械信息》杂志为大度十六开（210mm×285mm）半月刊，采用进口高品质铜版纸，四色全彩印刷。出版日期为每月15，25 日。《中国医疗器械信息》办刊资质完备，有邮发资格（邮发代号82-256）, 发行方式包括：邮局订阅、自办订阅、赠阅发行和会议发行。发行量为平均每期50,000 册，遇大型展会和学术活动还将增量发行。

真诚欢迎业界专家学者、医疗设备的应用者、研发设计人员为本刊撰稿，共同把刊物办好。返回搜狐，查看更多