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电沉积法制备HAP涂层文献综述

 2020-03-24 15:50:21  

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

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