磷酸酯钙盐颗粒在模拟体液（添加碱性磷酸酶）作用下的结构变化

《ACS Omega》：Structural Changes in Pellets of Calcium Phosphate Ester Salts after Exposure to Simulated Body Fluid with the Addition of Alkaline Phosphatase

钙盐磷酸酯（SCPE）材料在模拟体液（SBF）及含ALP的SBF中表面反应机制研究。通过制备CaMeP、CaEtP、CaBuP、CaDoP药片，结合XRD、FT-IR及SEM分析，发现不同SCPE材料在SBF/ALP浸泡下形成差异化的羟基磷灰石（HAp）表面结构：CaMeP形成微米级球体，CaEtP出现杆状结构，CaBuP生成球形颗粒聚集，CaDoP则形成纤维状物。ALP加速反应但未改变形态差异，pH变化与HAp生成量相关。

　　钙盐与磷酸酯结合形成的化合物（SCPEs）在人工骨材料的研究中展现出巨大的潜力。这些材料因其在生理环境中能够通过碱性磷酸酶（ALP）的酶促作用转化为羟基磷灰石（HAp）而受到关注。HAp是生物活性材料的重要组成部分，因其能够直接与活体骨结合，促进骨组织再生。然而，传统的钙磷酸盐陶瓷虽然具有良好的生物活性，但其机械性能不如天然骨，容易在体内发生降解，这限制了其在长期植入材料中的应用。因此，科学家们正在探索新型的生物响应材料，以增强其生物活性并改善其机械性能。

本研究采用了一种新的方法，即使用压缩成的粉末颗粒（称为“pellets”）来研究SCPEs在模拟体液（SBF）和添加了ALP的SBF（SBF/ALP）中的表面反应行为。与之前研究中使用的粉末形式相比，pellets具有相对稳定的表面积，这有助于更清晰地观察反应过程中形成的HAp结构。通过这种方法，研究人员可以更好地理解SCPEs在生物模拟环境中的基本反应机制。

在实验中，SCPEs粉末被压缩成直径为12毫米、厚度约为1.6毫米的pellets。随后，这些pellets被分别浸泡在SBF和SBF/ALP中，以观察其表面结构的变化。研究发现，不同类型的SCPEs（如甲基磷酸钙、乙基磷酸钙、丁基磷酸钙和十二烷基磷酸钙）在浸泡过程中表现出不同的反应趋势。其中，CaDoP在浸泡7天后形成了明显的纤维状结构，而其他类型的SCPEs则形成了球形颗粒、杆状结构或片状结构。这些结构的变化与磷酸酯的分解和ALP的催化作用密切相关。

此外，研究还发现，SCPEs的表面反应不仅受到其化学组成的影响，还受到其物理形态的制约。例如，CaMeP和CaDoP在浸泡过程中表现出相似的反应行为，但CaEtP和CaBuP则显示出不同的结果。这表明，对于溶度适中的SCPEs，其物理形态在反应过程中起到了重要作用。同时，研究还指出，SCPEs的表面反应速率与它们的表面积有关，而pellets由于其相对稳定的表面积，能够更准确地反映HAp的形成过程。

为了进一步验证这些观察结果，研究人员使用了多种分析手段，包括X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR–ATR）来研究SCPEs的晶体结构和化学键的变化。这些分析结果显示，浸泡后的SCPEs表面确实形成了HAp的晶体结构，尤其是在SBF/ALP条件下，HAp的形成更为明显。此外，研究人员还测量了浸泡过程中SBF和SBF/ALP的pH值变化，以评估反应过程中释放的离子对溶液的影响。

研究结果表明，SCPEs的表面反应行为受到多种因素的影响，包括其化学组成、物理形态以及反应环境中的ALP浓度。其中，ALP的添加显著加速了HAp的形成过程，使反应在更短的时间内发生。然而，不同类型的SCPEs在反应过程中表现出不同的速率和形态变化，这可能与它们的溶度和分解速率有关。例如，CaDoP由于其较低的溶度，在浸泡过程中形成了更多的纤维状结构，而CaMeP则形成了球形颗粒。

综上所述，本研究通过实验验证了SCPEs在生物模拟环境中的反应行为，并发现其表面反应受到多种因素的影响。这些发现为未来设计具有更好生物活性和机械性能的人工骨材料提供了重要的理论依据。同时，研究还指出了需要进一步探索的方向，包括SCPEs的溶解行为、HAp形成过程中的微结构变化以及ALP对反应过程的影响。这些研究结果将有助于推动生物响应材料在人工骨领域的应用。