王雪峰,牛小連, 秦 苗, 魏 延, 韓志軍, 黃 棣

(1. 太原理工大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 生物醫(yī)學(xué)工程系，納米生物材料與再生醫(yī)學(xué)研究中心，太原 030024；2. 太原理工大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程研究所，材料強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)沖擊山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原 030024)

0 引 言

羥基磷灰石(hydroxyapatite, HA)化學(xué)式為Ca10-(PO4)6(OH)2，晶體為六角晶系，是一種重要的生物醫(yī)用材料。HA化學(xué)結(jié)構(gòu)與人類骨磷灰石相近，植入人體后能與骨通過化學(xué)方式形成較強(qiáng)結(jié)合強(qiáng)度[1]。HA在機(jī)體內(nèi)不發(fā)生生物排斥反應(yīng)，具有良好的生物相容性與組織相容性[2-3]。在體液或特定的生理環(huán)境下，HA會(huì)發(fā)生部分降解[4-5]，產(chǎn)生游離的鈣、磷酸根離子，可被人體再利用，形成新生骨組織，起到骨傳導(dǎo)[6]和骨誘導(dǎo)作用[7]。HA生物陶瓷具有較高的穩(wěn)定性和低溶解性，相比其它無機(jī)材料具有更好的耐磨性，因此，HA廣泛應(yīng)用于人體硬組織代替和修復(fù)[8]。

不同制備方法下可得到棒狀[9]、針狀[10]、片狀[11]、球狀[12]等不同形貌HA。其中，球形顆粒由于其形態(tài)規(guī)則、流動(dòng)性好、比表面積大、親和性好等特點(diǎn)，表現(xiàn)出良好的生物相容性和生物活性，使得HA微球在藥物緩釋[13-14]、生物分離[15]、環(huán)境吸附[16-17]等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

目前，HA微球的制備方法有水熱法、噴霧法、沉淀法、 微乳液法、模板法等。不同方法制備的HA微球，尺寸和形貌結(jié)構(gòu)不同，應(yīng)用領(lǐng)域不同，微球的穩(wěn)定性、均勻性差異很大。因此，如何通過優(yōu)化反應(yīng)條件、調(diào)整工藝參數(shù)等手段制備形態(tài)、粒徑、微結(jié)構(gòu)可控的HA微球仍是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

本文總結(jié)了HA微球的制備方法，分析了調(diào)控HA微球尺寸、形等的關(guān)鍵因素，闡述了微球形成原理，介紹了HA微球的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，對(duì)未來發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

表1 HA微球制備方法對(duì)比[18-42]Table 1 Comparison of the preparation method of HA microspheres[18-42]

1 HA微球制備方法及其尺寸形貌調(diào)控

1.1 模板法

模板法可分為軟模板法和硬模板法兩類。

軟模板法是指加入模板劑通過吸附組裝等方式形成非固相模板，其特殊的分子結(jié)構(gòu)和濃度可以誘導(dǎo)HA微球的形成。這些物質(zhì)中的特定官能團(tuán)與無機(jī)物的成核位置和晶面發(fā)生作用，進(jìn)而形成HA微球。硬模板法是指利用無機(jī)物或高分子等固態(tài)球形先驅(qū)體為模板，通過離子交換或異相成核等方法在模板上合成HA微球。

1.1.1 軟模板法

軟模板法制備HA微球，能有效控制HA微球表面的納米結(jié)構(gòu)且模板去除簡(jiǎn)單，但其對(duì)主客體匹配方面的要求較高。根據(jù)作用環(huán)境和機(jī)理的不同，軟模板主要分為以下幾類：

(1)生物大分子。生物大分子是指生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類等天然有機(jī)高分子。Tarasevich等[18]研究發(fā)現(xiàn)，牙釉蛋白具有的疏水特性使其能自組裝成納米微球，聚集的羧基和氨基可以使鈣磷離子富集，降低成核界面能，有利于HA的成核生長(zhǎng)。Jiang等[19]以聚天冬氨酸為模板制備HA空心微球，聚天冬氨酸骨架的羧基為無定形磷酸鈣的生長(zhǎng)提供成核位點(diǎn)，在奧斯特瓦爾德熟化作用下，最終生成HA空心微球。

(2)合成聚合物。聚合物具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，可作為有機(jī)模板劑與許多物質(zhì)特別是含羥基、羧基、氨基等官能團(tuán)的化合物，生成固態(tài)絡(luò)合物。合成聚合物還能誘導(dǎo)晶體定向生長(zhǎng)，在一定程度上對(duì)晶體起到表面修飾和控制作用。竇妍等[20]使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)合成了HA微球。研究發(fā)現(xiàn)，PVP的加入有效地調(diào)控HA的表面形貌和顆粒大小，隨著PVP濃度增加，HA形貌逐漸由不規(guī)則絮狀物變成片狀物，最終聚合形成了微球。PVP在低濃度下，高分子鏈延展成線性，易誘導(dǎo)生成針狀HA。PVA濃度增加，高分子鏈變?yōu)榄h(huán)狀并交聯(lián)成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[21]，誘導(dǎo)HA形成球形。

Wu等[22]以Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)3PO4·3H2O為原料，3-(N,N-二甲基十二烷基銨)丙烷磺酸鹽(DDAPS)為模板劑，仿生合成了花簇狀HA微球。隨著DDAPS用量的增加，HA形貌由不規(guī)則絮狀物轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)棒狀，最終生長(zhǎng)成花簇微球。

(3)小分子有機(jī)物。一些具有較強(qiáng)吸附能力的小分子有機(jī)物也可用作模板合成HA微球。常用的有乙二胺四乙酸二鈉(Na2EDTA)、酒石酸、環(huán)糊精和氨基酸等。He等[23]以Na2EDTA為模板，采用水熱法制備出尺寸均勻的花瓣?duì)頗A微球，并研究了Na2EDTA對(duì)微球形貌的調(diào)控機(jī)理。Na2EDTA是一種鈣離子螯合劑，隨著濃度增加，溶液中鈣離子被Na2EDTA絡(luò)合，參與HA形成的鈣離子就會(huì)減少，從而調(diào)控了HA晶體生長(zhǎng)。Schmidt等[24]用脂質(zhì)體合成了中空HA微球，將脂質(zhì)體引入鈣磷過飽和溶液中，HA析出沉積在脂質(zhì)體的外圍。該方法中，成殼速率由pH和鈣磷溶液的過飽和度控制，中空HA微球的懸浮溶液可穩(wěn)定保存一個(gè)月。

1.1.2 硬模板法

相較于軟模板法，硬模板法在組裝過程中對(duì)主客體匹配作用要求比較低，可以通過控制模板的大小來調(diào)控HA微球的尺寸，具有更強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，關(guān)鍵在于對(duì)于模板的選擇和去除。Li2O-CaO-B2O3(LCB)玻璃是典型的硼酸鹽玻璃，這類玻璃具有較高的化學(xué)反應(yīng)活性。將其置入磷酸鹽溶液中，可以原位生成具有多孔結(jié)構(gòu)的HA微球[25]。邱楊等[26]先對(duì)(NH4)2HPO4的水溶液進(jìn)行霧化處理，以噴霧干燥獲得的(NH4)2HPO4微球?yàn)槟０?，然后與Ca(NO3)2進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，在強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌下合成了羥基磷灰石微球。

1.2 水熱法

水熱反應(yīng)是指在封閉的壓力容器(高壓釜)中，以水或者某些有機(jī)物作為溶劑，在高溫高壓的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程，從而達(dá)到納米粒子合成或材料處理的目的。水熱法具有以下特點(diǎn)：(1)成本相對(duì)較低；(2)可調(diào)控性強(qiáng)；(3)容易得到取向好，結(jié)晶完整的晶體。

早在1990年，M.Kinoshita等[27]利用水熱法制備了碳酸化HA晶須。Zhang等[28]利用甘油/水的混合溶液在水熱條件下合成了直徑500 nm，殼層厚度100 nm的HA空心微球。Shi[29]等在肌醇六磷酸(IP6)參與下，通過水熱法成功制備了微納米多級(jí)結(jié)構(gòu)的Cu2+摻雜HA-IP6-Cu微球，與HA微棒或IP6改性HA微球相比，HA-IP6-Cu微球具有更大比表面積、更高親水性和更強(qiáng)的吸附牛血清白蛋白的能力，Cu2+對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均有較好的抑制作用。

Wang等[30]在陽(yáng)離子表面活性劑存在下，采用低溫水熱法合成了形貌均勻、尺寸可控的HA納米粒子。以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為模板調(diào)控成核和晶體生長(zhǎng)。CTAB通過電荷和立體化學(xué)的互補(bǔ)作用與反應(yīng)體系中的磷酸根離子結(jié)合，使磷酸根離子穩(wěn)定地結(jié)合到現(xiàn)有的核中，并能較好地控制最終HA粒子的形狀和大小。與反應(yīng)時(shí)間相比，反應(yīng)溫度對(duì)HA形貌和尺寸的影響更為顯著。

Kandori等[31]在Ca(OH)2三聚磷酸鹽體系中加入鹽酸，使三聚磷酸鹽加速水解，并通過水熱處理合成了中空磷酸鈣微球。鹽酸濃度較低時(shí)形成了均勻的球形顆粒，但在高濃度鹽酸區(qū)域產(chǎn)生了不同形狀的顆粒，如較小的棒狀或較大的薄板狀。溫度為125 ℃時(shí)，可制備出薄殼結(jié)構(gòu)的空心微球。

Guo等[32]以碳酸鈣微球(CCMs)為原料，采用水熱法制備了介孔碳酸化HA微球(MCHMs)。透射電子顯微鏡(TEM)分析表明，微球內(nèi)部由多個(gè)納米粒子組成。常溫和大氣條件下，得到的磷灰石片不能規(guī)則地沉積在CCM表面，難以形成單分散的磷灰石微球。這可能是由于不同反應(yīng)條件下離子的擴(kuò)散速率和磷灰石的沉淀速率不同所致。在水熱條件下，HA的沉淀速率大于Ca2+和CO32-離子的擴(kuò)散速率，從CaCO3中溶解的Ca2+和CO32-離子能與磷酸根離子快速反應(yīng)生成碳酸化HA，并在微球內(nèi)原位沉積。但在常溫常壓下，磷灰石的沉淀速率低于Ca2+和CO32-離子的擴(kuò)散速率。大量的Ca2+和CO32-離子擴(kuò)散到溶液中，形成的HA微晶懸浮在體系中，未能在微球內(nèi)完全沉淀。此外，水熱條件下形成的MCHMs的結(jié)晶度顯著高于常溫下形成的HA的結(jié)晶度。

水熱合成法對(duì)設(shè)備的要求較高需要耐高溫、 高壓的密閉容器。一般情況下，合成的粒子尺寸較大，該法適用于生產(chǎn)一般晶粒較大的粉體或單晶。若用該法制備較小尺寸的納米，有必要對(duì)其工藝參數(shù)進(jìn)行深入的研究。

1.3 噴霧干燥法

噴霧干燥法利用液滴在重力和表面張力作用下自發(fā)成球的原理，以水或其他溶液將溶質(zhì)溶解制成溶液或形成懸濁液，將制備好的前驅(qū)體溶液泵入到噴霧干燥機(jī)中，噴嘴利用高壓氣流將漿料噴射到干燥缸中，霧化形成大量微小液滴。在高溫環(huán)境下，溶劑迅速蒸發(fā)，溶質(zhì)則保持為瞬間脫水前的球形顆粒狀。此方法可通過調(diào)控前驅(qū)體溶液的濃度，進(jìn)料速度，干燥溫度來控制所得微球的尺寸。優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，制備過程無污染，可用于批量化生產(chǎn)。缺點(diǎn)在于生成的微球含有不少團(tuán)狀、環(huán)形或者破碎的不規(guī)則顆粒。

Luo等[33]用化學(xué)沉淀法制備HA漿料，將漿料pH值調(diào)至2左右，使HA完全溶解，然后利用噴霧干燥法制備出HA空心微球。另外，可通過改變前驅(qū)體溶液的濃度分別獲得實(shí)心球形、圓環(huán)狀等其它形狀的HA微球。日本科學(xué)家Kiyoshi Itatani等[34]利用超聲輔助噴霧冷凍干燥技術(shù)，獲得了直徑大小在2～3 μm的HA微球。

Wang等[35]通過噴霧干燥技術(shù)，不同的工藝參數(shù)下制備了HA微球。大多數(shù)的微球具有完美的球狀形態(tài)，表面光滑，但大小分布不均。Sun等[36]采用簡(jiǎn)單的噴霧干燥法制備了空心HA微球。碳酸氫銨的加入會(huì)在噴涂過程中產(chǎn)生二氧化碳?xì)馀莺桶睔鈿馀?，從而在微球中形成中空的?nèi)部結(jié)構(gòu)。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，發(fā)泡劑的劑量和是否燒結(jié)都會(huì)對(duì)微球的尺寸形貌造成影響。

1.4 微乳液法

微乳液法是利用兩種互不相溶的溶劑，利用其表面張力的不同來制備球形粒子，優(yōu)點(diǎn)是條件簡(jiǎn)單，易于大量制備，但是得到的球形粒子粒徑分布較寬。微乳液是由水、油和兩親性物質(zhì)組成的溶液體系，主要有水包油型(O/W)、油包水型(W/O)和油水雙連續(xù)型3種結(jié)構(gòu)，使用最為普遍的是W/O型微乳液，又被稱為反相微乳液[9]。微乳液法能對(duì)材料的粒徑和穩(wěn)定性進(jìn)行精確控制，限制了粒子的成核、生長(zhǎng)、聚結(jié)、團(tuán)聚等過程，因此微乳液法廣泛地應(yīng)用于制備HA微球。

薛輝等[37]以HA納米顆粒為原材料，采用微乳液法制備了HA/明膠復(fù)合微球，利用明膠熱分解制孔，得到多孔中空的HA微球，且其孔隙率和中空結(jié)構(gòu)的大小可通過改變體系中明膠添加量而加以調(diào)節(jié)。Teng等[38]以水包油乳化法，用明膠液滴作為微反應(yīng)器將針狀HA晶體包覆形成了HA微球，微球的平均粒徑在7.5 μm。Hae-Hyoung Lee等[39]將HA納米粒子分散在聚乙烯醇縮丁醛(PVB)的二甲基亞礬(DCM)溶液中，用聚乙烯醇(PVA)作為表面活性劑，DCM揮發(fā)后微球固化，再經(jīng)過進(jìn)一步的熱處理得到大小在200～600 μm的HA微球。

Roman A. Perez等[40]通過磷酸鈣骨水泥(CPC)的油包水乳液法制備了HA和明膠/HA雜化微球。應(yīng)用CPC的凝固反應(yīng)，負(fù)責(zé)微球的固結(jié)。固化反應(yīng)后，微球由纏繞在一起的HA晶體網(wǎng)絡(luò)組成，孔隙率高。通過控制疏水相的粘度、轉(zhuǎn)速和CPC的初始粒徑來調(diào)整微球的尺寸。明膠的加入提高了微球的球形度，增大微球的尺寸和分散性。

微乳液反應(yīng)物較多，導(dǎo)致反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜，產(chǎn)物含有較多的有機(jī)物，而且對(duì)微球的控制不夠精細(xì)，表面多粗糙不平，需要借助表面活性劑等作為形貌控制劑。

1.5 沉淀法

沉淀法通常是在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，在混合溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯┲苽涑㈩w粒的前驅(qū)體沉淀物，再將此沉淀物進(jìn)行干燥或煅燒，從而制得相應(yīng)的超微顆粒。沉淀法制備超微顆粒主要分為直接沉淀法、共沉淀法、均相沉淀法、化合物沉淀法、水解沉淀法等多種。沉淀法是合成HA最常用的一種方法，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、成本低、易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，其缺點(diǎn)是粉體粒徑均勻性差，易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象[41]。

Zhu等[42]將Ca(NO3)2溶液在室溫下滴加到緩慢攪拌的(NH4)2HPO4溶液中。將生成的乳白色溶液加熱到80 ℃，持續(xù)24 h，然后過濾沉淀，并用去離子水和乙醇洗滌。在不使用任何有機(jī)溶劑、生物聚合物或螯合劑的情況下，通過簡(jiǎn)單的共沉淀過程合成了尺寸可控的HA納米棒組裝的大比表面積的微球。當(dāng)Ca(NO3)2溶液濃度為0.53 mol/L，反應(yīng)溫度在80 ℃以上時(shí)產(chǎn)物保持球形。相反，當(dāng)反應(yīng)溫度為70 ℃時(shí)，產(chǎn)物形貌不規(guī)則。當(dāng)溫度達(dá)到98 ℃時(shí)，微球的直徑明顯變小，表明反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物的尺寸和形貌有很大影響。

同時(shí)，對(duì)比可發(fā)現(xiàn)Ca(NO3)2溶液濃度提高可以略微提升產(chǎn)物的粒徑，過低可能導(dǎo)致成型不規(guī)則。溶液濃度也會(huì)對(duì)尺寸和形貌有一定影響。

2 HA微球形成原理

圖1 (a)層狀多孔HA微球在整個(gè)合成過程中可能的形成機(jī)理和形貌演變[42]，(b)HA的四步形成示意圖[43]，(c)表面形態(tài)演變的示意圖[44]，(d)PEG-Ca-PEG分子將彎曲并且分子自組裝成空心球形支架[45]Fig 1 (a) Schematic illustration of the possible formation mechanism and morphology evolution of hierarchical porous HA microspheres in the whole synthetic process[42], (b) illustration of the formation of hierarchical HA spheres[43], (c) schematic illustration of morphological evolution on the surface[44], (d) schematic diagram of formation mechanism of HA hollow microspheres[45]

Zhu等[42]使用共沉淀法制備HA微球的研究中提出微球的形成是一個(gè)四步過程(圖1(b))。其形成機(jī)理是：(1)當(dāng)Ca(NO3)2溶液滴加到(NH4)2HPO4溶液中時(shí)，初始核形成并立即生長(zhǎng)成棒狀納米顆粒；(2)新形成的納米顆粒表面含有豐富的羥基(-OH)，然后通過形成氫鍵開始自聚集，從而減少表面積。此外，由于HA納米顆粒在納米顆粒表面的不同部分具有帶正電荷和帶負(fù)電荷的位置，因此納米顆粒也可能通過靜電吸引進(jìn)行聚集；(3)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，自聚集的顆粒變成大顆粒。隨著時(shí)間的推移，越來越多的納米粒子相互附著，以降低其表面能量，形成近乎球形的結(jié)構(gòu)。(4)在反應(yīng)結(jié)束時(shí)，所有的納米顆粒都形成了大致均勻的微球，以便使總的表面能最小化，達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

Sahar等[44]以檸檬酸為助劑，采用水熱法制備了空心納米HA微球。檸檬酸鹽是一種生物相容性小分子，它提供成核位點(diǎn)，影響各種形狀的HA顆粒生長(zhǎng)過程(圖1(c))。本研究中HA的形成過程如下：1)成核；2)初級(jí)單元聚集；3)單元生長(zhǎng)；4)相變和二次沉淀。有機(jī)添加劑可以通過改變小平面的自由能來修飾特定的晶體表面。小平面的不同生長(zhǎng)速率產(chǎn)生了具有不同形貌的產(chǎn)品。鈣離子和磷酸根離子在六方HA結(jié)構(gòu)中的排列提供了兩種不同的結(jié)合。富含Ca2+離子的c表面帶正電荷。而a表面由于磷酸根離子和羥基離子的作用而帶負(fù)電荷。HA的這種各向異性結(jié)晶性為結(jié)合離子提供了多位結(jié)構(gòu)。在本研究中，生長(zhǎng)單元可定義為a表面或c表面(分別帶負(fù)電荷和正電荷的小平面)和溶液中的正、負(fù)離子，如檸檬酸根離子可以吸附到正表面上的物質(zhì)。較高的Cit/Ca比導(dǎo)致帶正電表面的生長(zhǎng)單元中負(fù)離子的數(shù)量較多，加速了c方向的生長(zhǎng)和分層微球的形成。

3 生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

3.1 藥物緩釋

局部藥物緩釋系統(tǒng)因其在局部能達(dá)到高的藥物濃度，同時(shí)還具有血藥濃度低，不造成毒副作用等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的治療過程中有關(guān)鍵應(yīng)用。目前藥物載體材料主要可分為高分子合成多聚物、無機(jī)鹽材料、天然生物材料和骨移植材料等。HA具有良好的生物相容性和降解產(chǎn)物無毒性等特點(diǎn)，且其在體液中降解性較低，可以作為釋藥載體。空心微球外表面具有大量的微孔，中空結(jié)構(gòu)有利于增大材料的比表面積,從而獲得較高的藥物負(fù)載量[47]。這種結(jié)構(gòu)在藥物裝載過程中有利于藥物向空心微球內(nèi)部滲透，在釋藥過程中內(nèi)腔附著的藥物可通過這些微孔向外部緩慢釋放，達(dá)到藥物緩釋的效果，同時(shí)，也有利于新骨組織在其表面生長(zhǎng)。

在組織工程應(yīng)用中，研究人員采用各種技術(shù)來構(gòu)建相互連接的多孔支架來再生組織，并控制和靶向生物和藥物的釋放。Farnaz Ghorbani等[47]通過冷凍澆鑄技術(shù)合成了與負(fù)載地塞米松的聚乳酸-羥基乙酸 (PLGA) 微球結(jié)合的HA-明膠支架。分析得出在較低的降溫速率下，片層結(jié)構(gòu)的形成降低了材料的機(jī)械強(qiáng)度，但同時(shí)提高了溶脹率、生物降解率和藥物釋放水平。另一方面，較高的HA質(zhì)量比提高了材料的抗壓強(qiáng)度，降低了溶脹率、生物降解率和藥物釋放水平。

Huang等[48]用PHBV包裹HA制備了載阿侖唑奈復(fù)合微球，實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明藥物可以持續(xù)釋放達(dá)26天以上，該微球可用于骨質(zhì)疏松的治療。

Mao[49]等將納米銀顆粒和HA納米顆粒組裝成載雷尼酸鍶的聚乳酸-乙醇酸微球，具有良好的生物相容性，適用于藥物輸送、骨誘導(dǎo)和抗菌，在骨相關(guān)感染的治療和促進(jìn)感染部位的骨形成方面具有潛在的應(yīng)用前景。

Liu[50]通過設(shè)計(jì)一種新穎的結(jié)構(gòu)將中空多孔HA微球和金納米顆粒結(jié)合在一起，靜電吸引將金納米顆粒成功地偶聯(lián)到HA表面，制備了含有抗癌劑甲氨蝶呤(MTX)的HA-Au中空介孔微球 (hm HA-Au/MTX)。金納米顆粒在hm HA微球中大量富集，為平臺(tái)提供了光熱療法，并取得了良好的效果。這種新穎的結(jié)構(gòu)將被用于攜帶和遞送MTX抗癌藥。

3.2 骨修復(fù)材料

HA除了可以用于制作骨填充材料，還可以用于制作人造齒根、頜骨、鼻軟骨、人工中耳通氣管材料等。另有報(bào)道其可以用于眼窩整形，術(shù)后未產(chǎn)生不良反應(yīng)。

Li等[51]發(fā)現(xiàn)由生物陶瓷制成的多孔微球在可注射組織工程應(yīng)用中具有很大的細(xì)胞輸送潛力。將制成的微球在細(xì)胞液中培養(yǎng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)胞在材料表面逐漸分布均勻，表明其細(xì)胞活性與細(xì)胞相容性良好。此外，激光共聚焦顯微鏡觀察到高密度的細(xì)胞，更清楚地看到微球上的細(xì)胞分布。培養(yǎng)7天后，綠色熒光幾乎遍布整個(gè)微球，證實(shí)了微球的生物相容性及其作為細(xì)胞載體在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的潛力。他們還發(fā)現(xiàn)HA微球促進(jìn)了成骨細(xì)胞的成骨分化。

Hsu[52]制備了分散在光亮膠原基質(zhì)中的顆粒狀HA微球。成骨細(xì)胞在凝膠珠的表面上達(dá)到融合，培養(yǎng)的成骨細(xì)胞的形態(tài)與在常規(guī)膠原基質(zhì)中培養(yǎng)時(shí)觀察到的形態(tài)相同。使用胃蛋白酶預(yù)處理可去除端肽，大幅度降低宿主的免疫反應(yīng)，可作為骨缺損的修復(fù)材料。

Liu[53]等將胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF-1)負(fù)載到PLA/HA@Eu雙層微球中，設(shè)計(jì)了一種長(zhǎng)期可控的、可生物降解的IGF-1給藥系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)顯示該微球?qū)︻A(yù)防成年小鼠骨丟失和延緩老年小鼠關(guān)節(jié)軟骨的進(jìn)行性退變是有效的。

3.3 除氟、重金屬離子

HA作為新型環(huán)境功能材料近年來成為研究熱點(diǎn)，由于其本身特殊的晶體結(jié)構(gòu)和水溶液中帶負(fù)電性，使其對(duì)陽(yáng)離子物質(zhì)有很好的吸附性，可以將其應(yīng)用于水中重金屬離子的去除。人工合成的HA可以較好的克服天然礦物或其他固體吸附劑吸附量較小和價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。

近年來，HA被報(bào)道為一種廉價(jià)的綠色光催化劑，用于清除某些藥物污染物。Xu等[54]制備多孔空心HA微球可以作為降解四環(huán)素的有效光催化劑，在降解循環(huán)中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，證實(shí)了其作為高效光催化劑的潛力。

Qi等[43]制備的分級(jí)多孔HA微球?qū)Σ煌亟饘匐x子的吸附實(shí)驗(yàn)表明，分級(jí)多孔HA微球?qū)χ亟饘貾b2+和Cu2+具有獨(dú)特的選擇性吸附活性。因此，這種層次化多孔HA微球在重金屬污染水處理中具有潛在的應(yīng)用前景。

You等[55]將HA摻雜到基于共價(jià)有機(jī)骨架的材料(COF-COOH)中，開發(fā)了一種新型的低成本、高效的鈾吸附劑，吸附機(jī)理可歸結(jié)為表面沉淀、表面絡(luò)合和離子交換。葉桂生[56]以羥丙基甲基纖維素(HPMC)為軟模板，制備了HA納米球，具有對(duì)含鎘廢水的優(yōu)良凈化能力。

3.4 HA色譜在生物分子分離中的應(yīng)用

HA色譜是以HA顆粒作為色譜固定相，利用HA分離純化生物分子。色譜領(lǐng)域的專家認(rèn)為：HA是一種應(yīng)用范圍廣泛且極具工業(yè)應(yīng)用前景的分離介質(zhì)，然而利用傳統(tǒng)方法制備的HA多為片狀不規(guī)則的晶體，在流動(dòng)相的作用下容易破碎，使其在使用過程中受到一定限制。而球形HA顆粒構(gòu)成的色譜柱，克服了不規(guī)則HA顆粒易碎、流動(dòng)性差、色譜性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，在生物色譜領(lǐng)域中有更為廣泛的應(yīng)用。

許多蛋白質(zhì)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究，蛋白質(zhì)的純度和活性是其成功的關(guān)鍵。利用HA色譜可以提純蛋白質(zhì)達(dá)85%以上，并保持良好的活性。HA對(duì)蛋白質(zhì)有較強(qiáng)的親和力，但對(duì)表面活性劑等許多小分子作用力很小，利用HA色譜去除蛋白質(zhì)等生物分子中的表面活性劑，是一個(gè)簡(jiǎn)單、快速、高效的方法。Tanaka等[57]制備的HA空心微球的最大吸附量是相同粒徑范圍的微棒的7.5～9.0倍。HA空心微球與PLLA微孔膜的復(fù)合膜對(duì)g-球蛋白有較高的吸附容量。

Han等[58]制備了由含鈣硼酸鹽玻璃轉(zhuǎn)化而成的HA，較大的比表面積增強(qiáng)了HA與蛋白質(zhì)之間的相互作用，球形和均勻的尺寸有助于良好的色譜柱填充，可用于分離牛血清蛋白、肌紅蛋白和溶菌酶的蛋白質(zhì)混合物。

DNA的提取和純化是基因工程研究的基礎(chǔ)操作，實(shí)施分子標(biāo)記、基因文庫(kù)構(gòu)建、基因分離及其遺傳轉(zhuǎn)化和鑒定等都以提取DNA為前提。利用 HA色譜分離和提純DNA，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和臨床醫(yī)學(xué)。Khan等[59]在實(shí)驗(yàn)中利用 HA色譜分離單雙鏈DNA用于檢測(cè)DNA的損傷程度。

Fan[60]開發(fā)一種能有效吸附甘蔗汁中酚類物質(zhì)的新型吸附劑，采用磁性殼聚糖(CS)微球(MCM)原位生長(zhǎng)的方法制備了磁性殼聚糖HA微球(MCHAM)。與傳統(tǒng)澄清劑處理甘蔗汁中的酚類物質(zhì)相比，采用MCHAM的處理方法可以有效、簡(jiǎn)便地去除甘蔗汁中的酚類物質(zhì)，且不會(huì)留下甘蔗汁中的殘余硫。

王愛娟等[61]采用噴霧干燥法制備HA微球。利用高壓勻漿法填充HA色譜柱，并進(jìn)行色譜性能檢測(cè)，以溶菌酶為目標(biāo)蛋白，發(fā)現(xiàn)該色譜柱具有較高的柱效，還發(fā)現(xiàn)該色譜柱對(duì)溶菌酶和牛血清蛋白的分離效果較好。

4 結(jié) 語(yǔ)

總結(jié)了HA微球的5種制備方式，包括模板法、水熱法、微乳液法、噴霧干燥法、沉淀法，闡述了每種制備方法的原理與基本流程，介紹了調(diào)控微球形貌尺寸的方式，比較了5種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)還深入探究了微球的形成機(jī)理。最后介紹了HA微球在藥物緩釋、骨修復(fù)材料、環(huán)保材料和色譜分離方面的應(yīng)用。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，HA微球在制備上還有很大的提升空間，如追求高效節(jié)能的生產(chǎn)方式以及更加可靠的調(diào)節(jié)形貌尺寸方法。為了進(jìn)一步提高其臨床應(yīng)用，系統(tǒng)研究HA微球的理化性質(zhì)和形成機(jī)理，對(duì)指導(dǎo)生物材料的設(shè)計(jì)和合成具有重要意義。另外，在HA微球基礎(chǔ)上進(jìn)行多功能改性或修飾處理有望使其獲得更多應(yīng)用空間，如對(duì)HA微球進(jìn)行修飾包裹使其獲得更良好的藥物緩釋效果；在HA微球合成過程中摻入其他金屬離子使其獲得抗菌性能或其它特性；將HA微球與水凝膠等體系結(jié)合后探索在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用等。綜上所述，HA微球仍具有多維度的發(fā)展?jié)摿?，在多學(xué)科的交互中不斷拓展新領(lǐng)域。