自体骨移植、同种异体骨移植、异种骨移植等是临床中骨缺损修复的常见方式，但供体数量不足、增加手术创伤及免疫排斥反应等问题使其应用受限。而人工合成的磷酸钙陶瓷修复材料的理化结构与天然骨组织相似，其多孔微纳米形貌和表面生物活性离子使之具有优异的骨传导性及骨诱导性，在骨缺损修复治疗中有着广泛的应用前景。

磷酸钙陶瓷是一种具有良好生物活性、骨传导性能的生物陶瓷，受到了广泛的关注。根据钙磷比例不同，磷酸钙陶瓷分为羟基磷灰石、磷酸三钙和双相磷酸钙。

羟基磷灰石

羟基磷灰石是钙磷灰石的天然矿化物质，钙磷比为1.67，是人体骨骼中主要的无机成分，约占骨骼质量的50%，具有良好的骨传导性。羟基磷灰石在磷酸钙陶瓷各种组成中的稳定性最高，溶解度较小。羟基磷灰石和松质骨相似，初期的机械强度较低，在拉伸和剪切的作用下更加脆弱，但抗压强度可达到100MPa，且具有比骨更高的弹性系数。羟基磷灰石虽然具有较好的强度和细胞吸附能力，但其较差的降解能力不利于材料的吸收和自体骨的长入。

羟基磷灰石的晶体结构

磷酸三钙

磷酸三钙的钙磷比为1.5，钙磷比低于羟基磷灰石，水溶性高于羟基磷灰石。磷酸三钙有两种晶型结构，低温型(β-TCP)和高温型(α-TCP)。磷酸三钙具有良好的成骨和降解能力，但降解速度难以与新生骨相匹配，强度相对较差。磷酸三钙与羟基磷灰石相似，虽然多孔的结构有益于新生血管重建但缺少初期稳定性，已有实验证实磷酸三钙植入后经过多种因素作用部分会转化成羟基磷灰石，进而影响磷酸三钙的降解，大部分能在6-24个月后被吞噬吸收，小部分能留存数年。

双相磷酸钙

双相磷酸钙是由不同比例的高度稳定性的羟基磷灰石和溶解度更高的β-磷酸三钙组成。双相磷酸钙的钙磷比为1.5-1.67，溶解度和降解能力介于羟基磷灰石和磷酸三钙之间。通过调整羟基磷灰石/β-磷酸三钙的比例，结合两者的优点即高度稳定性和易降解性，达到合适的吸收降解速度同时促进骨骼向内生长。此外双相磷酸钙还具有和骨骼相似的化学组成，常用于口腔科和整形外科的临床应用。

磷酸钙陶瓷材料的骨诱导性能

早期研究认为磷酸钙材料仅具有骨传导性，WELLS于1911年最早发现钙盐对成骨有促进作用，URIST于1965年正式提出骨诱导现象，同时发现骨形态发生蛋白具有骨诱导能力，可诱导异位成骨，随后，大量的实验也证实未添加生长因子的单纯磷酸钙材料也具有一定的骨诱导性。

1、骨修复材料特性与骨诱导性能

磷酸钙陶瓷的固有骨诱导性与其多种材料特性紧密相关。为此，研究人员分别从化学组成、孔隙结构、离子环境、表面粗造度、骨样磷灰石形成、纳米结构等方面深入探究以期提高人工替代骨的骨诱导性。实验数据表明，对骨诱导性影响最大的是材料结构，其次为表面形貌、化学组成。

2、孔隙率与骨诱导性能 

实验证实，致密的骨陶瓷不能诱导成骨，而多孔钙陶瓷能显著诱导体内成骨。孔隙的基本功能是容纳细胞生长，提供通道有利于血管的生长，同时充分交换氧气和营养。

3、溶解度与骨诱导性能 

磷酸钙陶瓷的溶解度通过影响材料表面的离子浓度来影响蛋白质的吸附。一般情况下，磷酸钙陶瓷材料较高的溶解度意味着具有较高的骨诱导性，双相磷酸钙可以通过调节羟基磷灰石/β-磷酸三钙的比例达到最适合的表面溶解度，从而使蛋白质的吸附能力达到最优，使骨诱导性能增强。基于大量实验数据，磷酸钙陶瓷材料骨诱导性的排序如下：双相磷酸钙>β-磷酸三钙>羟基磷灰石>α-磷酸三钙。在双相磷酸钙不同的比例中发现30%的羟基磷灰石和70%的β-磷酸三钙能够促进骨形态发生蛋白2的高表达。

4、宏观和微观多孔结构与骨诱导性能 

相关实验证实了多孔磷酸钙陶瓷可以诱导骨形成，而致密磷酸钙陶瓷则不能。多孔支架结构的基本功能是使向内生长的细胞与其相适应，而相互连通孔隙的通道是体液、血管和细胞培养支架的中心，为细胞提供充足的氧气和营养交换。在单纯应用骨诱导材料的情况下，可诱导其携带的细胞分化为成骨细胞。

此外，微孔(孔径<10μm) 在促进成骨中起着至关重要的作用。大孔壁上的微孔不仅有利于渗透体液，而且孔壁的粗糙表面有利于细胞附着和成骨表型的表达。

5、磷酸钙陶瓷的表面形貌与骨诱导性能 

材料表面形貌对其成骨诱导能力尤为重要，许多报道探索了材料表面形貌对细胞黏附和分化行为的影响。MCMURRAY等制作了不同表面纳米形貌的材料，发现纳米形貌显著促进间充质干细胞特异性分化；进一步的研究表明，对称和随机的纳米阵列均不能诱导成骨分化，而无序的纳米阵列可诱导成骨分化，即材料表面形貌调节骨的形成。

6、磷酸钙陶瓷的纳米结构与骨诱导性能 

骨磷灰石由纳米级碳酸钙磷晶体组成，传统的磷酸钙陶瓷虽然在一定程度上模仿了骨性成分和多孔结构，但在微观尺度上存在较大的钙磷颗粒，这可能会降低多孔磷酸钙陶瓷的生物性能。从生物仿生的角度来看，纳米级的晶体尺寸可以改善磷酸钙陶瓷的生物性能，骨形成细胞倾向于与生物材料的纳米级表面相互作用，促进黏附、增殖和分化。

此外，由于钙磷纳米陶瓷具有高比表面积、纳米级表面形貌以及微孔丰富的大孔相互连接等特点，可以有效地启动和调节细胞活动，从而获得比传统磷酸钙陶瓷更高的体内骨传导率和骨诱导率。

与骨诱导性能相关的材料学因素示意图

由此可见，通过优化材料的离子环境、宏微孔结构、形貌特征和纳米结构等特性，可以使磷酸钙陶瓷具有骨诱导性能。这些材料的特性可以直接或间接地影响成骨诱导过程。基于这些结果，通过优化材料的物理化学性能，可以进一步提高磷酸钙陶瓷的成骨率，有助于更深入和更广泛地了解材料的成骨机制。

参考文献:撤回芦笛,张成,段荣泉等.磷酸钙陶瓷骨修复材料的骨诱导性能[J].中国组织工程研究,2023,27(07):1103-1109.