羟基磷灰石经氯磷酸二钠表面改性后表面润湿性的变化***☆

罗恩1，胡静1，李继华1，梁新华1，王雪梅1，魏世成2

1口腔疾病研究国家重点实验室，四川大学华西口腔医学院，四川省成都市 610041； 2北京大学口腔医学院颌面外科，北京市 100081

罗恩☆, 男，1977年生，四川省泸州市人，汉族，2006 年四川大学华西口腔医学院毕业，博士，讲师，主要从事口腔颌面部植入物的研究。
luoen521125@
sina.com

通讯作者: 胡静，博士，教授，博士生导师，四川大学华西口腔医学院，口腔疾病研究国家重点实验室（四川大学），四川省成都市 610041
drhu@vip.sohu.
com

国家自然科学基金资助项目（30700950）*；高校博士点基金(20070610061)*；四川大学青年科学研究基金项目*

摘要
目的：观察羟基磷灰石在氯磷酸二钠表面改性前后润湿性变化。
方法：实验于2006-07/09 在口腔疾病研究国家重点实验室（四川大学）完成。①将羟基磷灰石制成10 mm×10 mm×2 mm大小的块状，共48 块，平均分为实验组与对照组。实验组与氯磷酸二钠复合制成氯磷酸二钠-羟基磷灰石；对照组用乙醇和蒸馏水超声波清洁，干燥备用。②配制质量浓度为0，20，40，60，80，100 g/L的小牛血清溶液各10 mL作为润湿剂。③以接触角测定仪测定各质量浓度小牛血清溶液在羟基磷灰石与氯磷酸二钠-羟基磷灰石表面的接触角，评估两组润湿性差异。
结果：不同质量浓度的小牛血清溶液在羟基磷灰石-氯磷酸二钠表面的接触角均小于单纯羟基磷灰石，差异有显著性意义（P < 0.01）。
结论：用二磷酸盐对羟基磷灰石进行表面改性可提高羟基磷灰石的表面润湿性。
关键词：二磷酸盐；羟基磷灰石；表面润湿性；生物材料

罗恩，胡静，李继华，梁新华，王雪梅，魏世成.羟基磷灰石经氯磷酸二钠表面改性后表面润湿性的变化[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(10):1856-1858 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-10/10k-1856(ps).pdf]

中图分类号:R318.08
文献标识码:B
文章编号:1673-8225
(2008)10-01856-03

AIM:To investigate the changes of wetting property of hydroxyapatite with reshaped surface by clodronate.
METHODS: The experiment was completed in the State Key Laboratory of Oral Disease (Sichuan University) from July to September in 2007.①The hydroxyapatite was made into 48 pieces (10 mm×10 mm×2 mm) and then randomly divided into experimental group and control group with 24 pieces in each group. Sample in the experimental group was combined with the clodronate to form compound material, while sample in the control group was only cleaned with alcohol and distilled water under ultrasonic wave, and then dried for using.②Bovine calf serum solutions at different concentrations of 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10% were prepared as wetting agents, each for 10 mL.③Contact angles of different concentrations of bovine calf serum solutions on hydroxyapatite and clodronate-hydroxyapatite compound were tested with the contact angle analyzer. And the wetting property of two groups was evaluated.
RESULTS: There were significant differences between the two groups with different concentrations of bovine calf serum solutions (P < 0.01), and the contact angle of hydroxyapatite group was higher than that of clodronate-hydroxyapatite group.
CONCLUSION: Clodronate modification of hydroxyapatite will increase wetting property of hydroxyapatite.

Luo E, Hu J, Li JH, Liang XH, Wang XM, Wei SC.Effect of clodronate on wetting property of hydroxyapatite.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(10):1856-1858(China)
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-10/10k-1856(ps).pdf]

表面润湿性通常是指液体在固体表面扩散的趋势，它可以用来评价材料的性能。当生物材料植入体内后，首先将与体液接触，形成固液界面之后再与蛋白、细胞等相互作用[1-2]。所以，生物材料的表面润湿性是评价生物材料的一个重要标准，它不仅影响到体液-材料界面的快速形成，而且与之后的蛋白吸附，细胞黏附生长以及生物相容性密切相关[3-6]。
二磷酸盐药物是用于治疗骨、牙齿以及钙盐代谢相关疾病的新型药物。此类药物具有两大特性：①对羟基磷灰石（钙离子）具有高度亲和力。②抑制骨质吸收。由于局部感染，不良应力，材料生物相容性差等原因，生物材料植入体内早期，均有一个破骨功能亢进的时期，是导致材料植入失败和材料与骨组织生物结合度差的原因之一。因此，通过对生物材料植入区域骨吸收作用适度抑制，将有利于材料周围新骨的形成，有利于材料与骨组织的生物结合。因此用二磷酸盐对羟基磷灰石进行表面改性以提高其植入区周围新骨形成能力, 进而提高与骨组织形成生物结合的能力的是羟基磷灰石类材料改性新的研究方向[7-11]。
由于材料植入体内后，与之接触的液体是生物体内的体液，而不是单纯的水，所以本实验采用不同浓度的血清作为润湿剂，以最常用接触角角度测量法研究羟基磷灰石在复合氯磷酸二钠前后的润湿性变化，为了解氯磷酸二钠对羟基磷灰石表面性质的影响提供初步的信息。

设计：随机对照实验。
单位：四川大学华西口腔医学院，口腔疾病研究国家重点实验室（四川大学），北京大学口腔医学院。
材料：实验于2006-07/08 在口腔疾病研究国家重点实验室完成。块状羟基磷灰石(无空隙，表面平整光滑，压缩强度40.0 MPa，四川大学纳米生物材料研究中心)，氯磷酸二钠( TRM,USA)，蒸馏水、乙醇、小牛血清（GIBCO, USA），Y- 82 型接触角测定仪，超声波振荡器，恒温干燥器，温度计等。
设计、实施、评估者：设计为第一作者，实施和评估为全部作者，未使用盲法评估。
技术路线：将羟基磷灰石制成10 mm× 10 mm×2 mm大小的块状, 共48 块, 用随机数字表法将材料分为实验组与对照组，每组 24 块。实验组用Luo 等[12]的方法与氯磷酸二钠复合制成氯磷酸二钠-羟基磷灰石，对照组用乙醇和蒸馏水超声波清洁，干燥备用。
配制质量浓度为0，20，40，60，80，100 g/L的小牛血清溶液各10 mL作为润湿剂。
接触角测定仪测定各浓度小牛血清溶液在实验组与对照组表面的接触角（37 ℃，常压）。测定时，将羟基磷灰石标本置于平台上，用标准注射装置注直径5 mm的液滴于标本表面，静置10 min后测量θ值(结果为3次测定值的平均值)。
主要观察指标：各浓度小牛血清溶液在羟基磷灰石与氯磷酸二钠-羟基磷灰石表面的接触角θ。
统计学方法：由第一作者采用SPSS 12.0统计软件包进行统计分析，实验数据以_x±s表示，两组间均数比较行单因素方差分析，P < 0.01为差异有显著性意义。

各浓度小牛血清溶液在羟基磷灰石与氯磷酸二钠-羟基磷灰石表面的接触角比较见图1。
由图1可见，统计学分析显示各浓度小牛血清溶液在羟基磷灰石-氯磷酸二钠与羟基磷灰石表面的接触角差异均有显著性意义（P < 0.01），且均数单纯羟基磷灰石组>氯磷酸二钠-羟基磷灰石组。

从最普遍的意义而言，表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程即是润湿[13]。因此，润湿作用必然涉及三相，而其中两相为流体。在一般实践中，润湿是指固体表面的气体被液体取代（有时是一种液体被另外一种液体取代）。水或水溶液是特别常见的取代气体的液体。一般即把能增强水或水溶液取代固体表面空气的能力的物质称为润湿剂[14]。
润湿现象是固体表面结构与性质、固-液两相分子间相互作用等微观特性的宏观表现。研究润湿现象可以为了解固体表面性质提供有用信息。生物材料的表面润湿性是评价生物材料的一个重要标准，它不仅影响到体液-材料界面的快速形成，而且与之后的蛋白吸附，细胞黏附生长以及生物相容性密切相关[15-17]。
润湿性的测定根据Young 方程，大多采用测量接触角的方法，主要包括以下几种：①角度测量法，在本实验中被采用，是应用最广的一种。②长度测量法，避免了作切线的困难，通过长度测量再计算出接触角的间接方法，具体方法又有多种，比如常用的插板法。③质量测量法，利用吊片法测量液体表面张力，再计算出接触角。各种方法各有适用点。
从本实验的结果可以看出，质量浓度为0，20，40，60，80，100 g/L的小牛血清溶液在羟基磷灰石-氯磷酸二钠与羟基磷灰石表面的接触角存在差异，且均数单纯羟基磷灰石组>氯磷酸二钠-羟基磷灰石组，说明氯磷酸二钠对羟基磷灰石的表面润湿性有一定提高。而且从曲线的

趋势可以看出，这种提高当润湿剂是纯水（质量浓度为0 g/L）时较大，润湿剂中血清含量较高（80，100 g/L）时较小。原因是氯磷酸二钠是一种亲水性较高的药物，其结构式与磷酸酯盐类表面活性剂类似，氯磷酸二钠在羟基磷灰石表面的结合提高了羟基磷灰石的亲水性，而随着润湿剂中血清浓度的增加，这种作用被弱化。
接触角的测量影响因素较多，比如温度，压力，时间，材料表面粗糙程度，清洁度等等的影响。测量方法虽然不复杂，但在实验中却常常难于得到一致的结果[18-19]。本实验主要是了解复合氯磷酸二钠后羟基磷灰石的相对润湿性变化，因此采用在控制测试条件相对一致的环境下进行比较，结果具有一定的可信度。
当生物材料植入体内后，首先将与体液接触，形成固液界面之后再进而与蛋白、细胞等相互作用。研究表明，中等偏高的润湿性表面对细胞粘连最多。这可能和纤维蛋白在表面吸附相关[20]。氯磷酸二钠对羟基磷灰石的表面润湿性有一定提高，但这对于氯磷酸二钠改善羟基磷灰石植入区周围成骨有多大帮助，值得思考。
但对于组织工程支架材料来说，体外向材料上接种细胞悬液，以及细胞在材料上的爬行生长是非常关键的过程，良好的表面润湿性可谓至关重要。目前绝大多数支架材料都需要提高其润湿性。仅从这一点来说，氯磷酸二钠对羟基磷灰石的表面润湿性有一定提高，对于在材料上接种细胞，以及细胞的贴附生长来说是很有利的。

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