氫氧基磷灰石(hydroxyapatite)
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氫氧基磷灰石是你身體早已由之構成的磷酸鈣陶瓷:它就是那個硬礦物,約占骨頭重量三分之二、並構成牙釉質的主體,使你的骨架挺立、讓你能咬合。它的化學式是 Ca10(PO4)6(OH)2——帶一個氫氧基的磷酸鈣晶體。因為它在化學上與骨礦物幾乎相同,合成氫氧基磷灰石是塗覆植入物與填補骨缺損的首選生醫陶瓷:活骨把它認作自己人並直接與它結合,而不是把它當外來物包裹隔離。
這種與活組織結合的能力,正是氫氧基磷灰石具生物活性(bioactive)的原因,與純氧化鋁那種身體只是隔著疤狀囊袋容忍的生物惰性(bioinert)陶瓷形成對比。當氫氧基磷灰石被植入,它的表面化學與天然骨礦物如此接近,以致造骨細胞會附著、直接在其上鋪設新骨,新骨與植入物連成一體——這是真正的化學結合,而非只是機械抓握。這正是為什麼鈦髖柄或牙科植體常噴上一層薄薄的氫氧基磷灰石塗層:金屬提供強度,而氫氧基磷灰石的皮誘導周圍骨頭快速長上植入物、把它鎖住。以多孔塊材形式,氫氧基磷灰石也充當骨移植替代物與支架,其互連的孔隙像一座棚架,讓新骨與血管長進去。
誠實的限制使它停留在配角。緻密的氫氧基磷灰石是陶瓷——脆、不耐拉,遠遠太脆弱而承受不了髖或顎所見的荷載,所以它被用作塗層或填料,而非單獨的承載植入物。作為塗層,它必須薄且結合良好,否則可能開裂或剝落。而生物活性是雙面的:讓骨整合的那個溶解性,意味著某些磷酸鈣相會在體內緩慢溶解或再吸收,所以配方會被調校——有時偏向較易溶的磷酸三鈣以鼓勵再吸收並由天然骨取代,有時偏向穩定的氫氧基磷灰石以留在原位。它是讓金屬與骨頭成為朋友的材料,但它不取代金屬承載荷載的工作。
一支鈦牙科植體在旋入顎骨前,會用電漿噴塗一層薄薄的氫氧基磷灰石塗層:金屬牙根承受咀嚼荷載,而與骨礦物化學匹配的 HA 皮誘導周圍骨頭直接長上它,在數月內把植入物融合固定。
氫氧基磷灰石是骨頭自己的礦物——具生物活性,骨頭會直接與它結合;用作植入物塗層與骨移植填料,但太脆而無法單獨承載。
氫氧基磷灰石與骨頭結合得極好,但它是脆性陶瓷——無法單獨承受結構荷載。它作為強金屬植入物上的薄塗層、或作為多孔支架而運作,讓身體去做整合、金屬去承載。