1、前言

　　骨組織在動物或人體中起著維持形態(tài)與貯存鈣的作用，而整形外科骨的作用以前者為主。正常組織的鈣化除牙齒以外就只有骨，其基體組織是由膠原與無機磷灰石的晶體組成的復合材料，并具有合適的強度。為維持這種構造，生成骨的骨牙細胞、吸收骨細胞及骨的碎骨細胞是必要的。在骨生成的初始階段，骨以軟骨形式存在，血管長入其中，軟骨逐漸生成骨。骨折時必須對骨組織進行修復，骨再生了骨折方可痊愈。這時骨組織本身也有再生骨的能力，骨生成骨的作用稱之為骨傳導。一方面，在沒有骨細胞的肌肉內放入用酸脫鈣的基體物質，骨生成時發(fā)生了一連串的細胞分化，形成了新的骨。在無骨處形成新骨的現象稱之為骨誘導。骨誘導因子（BMP）又可視之為成長因子，其作用不言自明。

　　2、生物材料的骨結合及骨傳導

　　在骨上開孔，將生物材料插入，于是材料與骨的間隙及材料表面形成了骨。因此要求材料的組織相容性好，且不能妨礙骨的形成。氧化鋁、鈦金屬及燒結磷灰石等具有上述功能，這種現象就是骨傳導。燒結羥基磷灰石、生物玻璃等陶瓷材料適合作生物材料，與骨直接結合且能生成新骨。這些材料表面在體內具有形成與骨類似的磷灰石的特性，并與骨磷灰石結合。另一方面，將材料表面加工成多孔體，通過骨傳導，骨長入其中，骨與材料就牢固地結合在一起。采用等離子噴鍍將鈦表面制成多孔體，再將鈦離子焊接。接著在多孔體表面用羥基磷灰石、骨結合性好的陶瓷進行涂層，以促進骨長入其中。

　　3、材料的骨結合能

　　下面來分析磷酸鈣系陶瓷的骨結合。在骨基體組織中60~70%為磷酸鈣，成分以羥基磷灰石為主。血清中的Ca離子與磷酸離子的濃度足以使磷灰石的晶核成長，但形成磷灰石的晶核不充分。生物體中的磷灰石形成對晶核的形成是必要的。生物材料表面有反應基，如果能誘導磷灰石的核形成，材料的表面則可能形成磷灰石。事實上，在與血清相同的含無機離子的模擬體液（SBF）中再現了磷灰石的形成。利用該體系，一連串一連串了具有骨結合能的晶體化玻璃A-W，結果發(fā)現磷灰石形成時起作用的不是Ca、磷酸，而是表面形成的硅烷基醇基（-Si-OH）。再采用硅膠-凝膠法制成了鈦或氧化鋯或鉭等的凝膠，在SBF中研究了磷灰石的形成，所有的材料表面均形成了磷灰石，并斷定是金表面的羥基在起作用。再任其發(fā)展，在鈦金屬表面形成了羥基，金屬鈦有了與陶瓷一樣的骨結合能。對鈦進行表面處理的方法有很多，其中堿加熱處理就是一種，其它還有過氧化氫處理、陽極氧化等，其中堿處理是最簡便的方法，將堿處理的鈦制人工關節(jié)已應用在臨床上。

　　4、堿加熱處理的方法與骨結合性

　　堿加熱處理就是將鈦或鈦合金浸漬于按5規(guī)定的氫化鈉溶液中24小時。于是在表面的氧化鈦層形成了鈦酸鈉，其形態(tài)呈現出微量的網目結構。鈦酸鈉層在數微米的表面范圍內最大，再深一些，則呈現出減少的傾斜結構。再著施以500℃熱處理使其達到穩(wěn)定化。只有堿處理才能得到骨結合能，但結合層的強度不足就會影響結合強度，所以通過熱處理達到穩(wěn)定化是必要的。浸漬于SBF中，表面的鈉與模擬體液中的羥基離子相互交替，其表面形成了Ti-OH。這里鈣離子與磷酸離子按順序吸附，形成了磷灰石。

　　為了調查鈦與骨的實際結合強度，采用家兔與成犬進行了研究。

　　對家兔進行實驗時，粘附強度試驗是在非荷載條件下進行的，而后肢脛骨置換試驗則是在荷載條件下進行的。對成犬進行實驗時，在小獵兔犬的大腿骨部通過一側的皮質骨埋入了圓柱狀的樣品（∮3.5mm），過了一段時間取出，并切出了含樣品的骨片，進行了沖孔試驗。并分別對表面平滑的和堿處理過的多孔體表面的樣品進行了研究。通過堿加熱處理，骨結合能無論荷載還是非荷載，也不論是家兔還是成犬，均具有骨結合能。

　　這些結果表明，堿處理過的鈦或鈦合金具有與燒結磷灰石一樣的骨結合性。

　　5、骨結合材料多孔體的「骨傳導」

　　將具有骨結合性的燒結磷灰石多孔體植入骨時骨傳導使骨浸入了多孔體中形成了骨。但通常情況下，無機材料磷灰石、三磷酸鈣等無骨誘導能。即使植入肌肉內也不會形成骨。但1996年，在南非的Ripamonti將維持ィンタ-ポァ-公司構造的珊瑚的碳酸鈣置換成磷灰石，多孔體的羥基磷灰石埋入了靈長類的肌肉骨形成了骨。1999年中國的Yuan等人將合成的羥基磷灰石多孔體埋入成犬背部的肌肉中，也觀察到形成了骨，這以后，生物玻璃、三磷鈣、鉭多孔體金屬經磷灰石涂層等也形成了骨，并確認磷酸鈣多孔體的產生了骨誘導。

　　6、堿加熱處理的鈦多孔體的同質異能性的骨形成

　　磷酸鈣系陶瓷多孔體中的骨形成與堿處理的鈦的骨結合性相同。如果堿加熱處理的多孔體鈦金屬制成的話，期待著與磷灰石一樣的同質異能性的骨形成。多孔鈦的形成方法有多種，但本文作者選擇了二種材料。一種是人工關節(jié)采用了鈦的等離子噴鍍法，在基座上吹進了鈦粉，制作了多孔鈦層，從基座上切出多孔體；另外一種方法就是已經在臨床上應用的鈦纖維加固使之形成多孔體的方法。無論是哪種材料，均形成了100μm直徑的多孔體，其氣孔率達40%。再對此進行堿處理，浸漬于SBF中，直到孔中形成了磷灰石。再將這種材料埋入成犬背部的肌肉中，過一段時間后取出，觀察其硬組織。所有的樣品均在三個月時未觀察到骨的形成，但在一年時只有堿加熱處理的等離子噴鍍多孔鈦中觀察到了骨形成。未堿加熱處理的經噴鍍制成的樣品即便是加工成纖維也未形成骨。由纖維加工成的樣品，即便進行堿加熱處理也未形成骨。由此看來，鈦表面的處理及多孔形態(tài)與骨誘導能有關

　　7、多孔鈦的骨誘導能的意義

　　生物村料可能應用于多種領域，下面是研究多孔鈦的骨誘導能的意義。

　　1)磷酸鈣系多孔體的骨誘導過程中，Ca與P有可能析出，否定了其效果；

　　2)材料的表面性狀與骨形成有關；

　　3)骨形成是需要花費時間的；

　　4)微孔構造與材料表面的微孔構造對骨誘導來說很重要；

　　5)即便是其它材料如果能控制2)點，那么就有可能制作具有骨誘導能的多孔體

　　6)只有金屬材料才能誘導組織分化的可能性。

　　8、今后展望

　　燒結磷灰石、三磷酸鈣等陶瓷具有骨的結合能，相容性也優(yōu)良，但也有缺點。金屬的強度雖好，但與骨的相容性不如陶瓷。為了彌補這些缺點，盡可能地開發(fā)有臨床意義的材料。堿加熱處理的鈦也可以說解決了一些問題。其方法原理不局限于鈦，也可應用于其它金屬。已經證明堿加熱處理的鉭也有助于骨結合。陽極氧化處理中的鈦晶體對磷灰石的形成有很重要的作用，特別是銳鈦礦構造作用更好。因此，處理方法不同，鈦以外的金屬也同樣具有骨誘導能。