鈦合金-羥基磷灰石復(fù)合材料作為骨修復(fù)領(lǐng)域的重要研究方向，其核心價(jià)值在于結(jié)合了鈦合金的力學(xué)優(yōu)勢(shì)與羥基磷灰石的生物活性。鈦合金具備優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性，可為骨缺損部位提供穩(wěn)定支撐；而羥基磷灰石作為人體骨組織的主要無(wú)機(jī)成分（鈣/磷比約1.67），能夠通過(guò)羥基鍵合實(shí)現(xiàn)與自然骨的生物整合，并釋放鈣、磷離子促進(jìn)骨再生。然而，單一羥基磷灰石存在脆性高、降解緩慢及骨誘導(dǎo)性不足等缺陷，需通過(guò)復(fù)合工藝優(yōu)化性能。

（一）制備工藝

目前主流工藝分為物理法與化學(xué)法兩類(lèi)：

1.物理復(fù)合技術(shù)包括以下三種：

等離子噴涂：將羥基磷灰石粉末高溫熔融后噴涂至鈦合金表面，形成微米級(jí)涂層。該方法工藝成熟，但涂層易因熱應(yīng)力產(chǎn)生裂紋，且界面結(jié)合強(qiáng)度受限。

3D打印技術(shù)：通過(guò)選擇性激光熔融（SLM）逐層構(gòu)建多孔鈦合金骨架，再通過(guò)浸漬或電沉積在孔隙內(nèi)引入羥基磷灰石。該工藝可精確調(diào)控材料孔隙率（50–70%），模擬松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)，促進(jìn)細(xì)胞長(zhǎng)入。

2.化學(xué)復(fù)合技術(shù)包括以下兩種：

溶膠-凝膠法：在鈦合金表面涂覆羥基磷灰石前驅(qū)體溶膠，經(jīng)低溫煅燒形成納米晶涂層。此法可獲得均勻的亞微米級(jí)復(fù)合層，但涂層厚度受限。

電化學(xué)沉積：在電解液中通過(guò)調(diào)控pH、電流密度等參數(shù)，于鈦合金基底直接沉積羥基磷灰石晶體。該方法可實(shí)現(xiàn)低溫操作，避免材料相變，但沉積速率與晶體取向控制難度較高。

（二）性能特征

1.生物相容性與骨整合能力：復(fù)合材料表面羥基磷灰石成分可模擬自然骨的無(wú)機(jī)環(huán)境，促進(jìn)成骨細(xì)胞黏附與增殖。研究表明，其植入后能與宿主骨形成化學(xué)鍵合，減少纖維包裹。若引入天然聚合物（如膠原、殼聚糖）或合成聚合物（如聚乳酸）作為第二相，可進(jìn)一步提升材料的細(xì)胞因子緩釋功能及骨傳導(dǎo)性。

2.力學(xué)性能優(yōu)化：鈦合金基底提供≥100 MPa的抗壓強(qiáng)度，滿足承重骨要求；羥基磷灰石涂層則通過(guò)表面生物活化增強(qiáng)界面結(jié)合。多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（孔徑300–500 μm）既可降低彈性模量至10–30 GPa（接近皮質(zhì)骨），減少應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，又為血管長(zhǎng)入提供通道。

3.降解性能調(diào)控：?jiǎn)我涣u基磷灰石降解周期過(guò)長(zhǎng)（>2年），而復(fù)合聚合物后可通過(guò)調(diào)控聚合物分子量、結(jié)晶度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)降解速率匹配骨生長(zhǎng)速度（通常6–18個(gè)月）。降解產(chǎn)物中的鈣磷離子可參與新骨礦化，避免局部毒性。

（三）現(xiàn)存挑戰(zhàn)與展望

鈦合金-羥基磷灰石復(fù)合材料在骨修復(fù)領(lǐng)域雖展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，但其實(shí)際應(yīng)用仍受限于兩大核心瓶頸。

第一，界面結(jié)合強(qiáng)度的固有矛盾。鈦合金與羥基磷灰石的熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致兩者在熱加工或服役過(guò)程中易產(chǎn)生界面應(yīng)力集中，進(jìn)而引發(fā)涂層剝離或微裂紋擴(kuò)展?，F(xiàn)有工藝如等離子噴涂雖能實(shí)現(xiàn)宏觀結(jié)合，但界面處的物理結(jié)合機(jī)制難以抵御長(zhǎng)期生理載荷的剪切作用；而化學(xué)沉積法雖可改善結(jié)合均勻性，仍受限于涂層厚度與晶體取向的調(diào)控精度。這一矛盾直接制約材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，亟需通過(guò)界面結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)予以突破。

第二，骨誘導(dǎo)活性的功能性不足。羥基磷灰石雖能模擬骨的無(wú)機(jī)環(huán)境，但其本征骨誘導(dǎo)能力較弱，難以高效激活成骨細(xì)胞的生物學(xué)響應(yīng)。當(dāng)前提升活性的策略主要依賴(lài)外源生長(zhǎng)因子（如BMP-2）的負(fù)載或表面生物分子修飾，但這些方法存在活性因子易失活、緩釋不可控等風(fēng)險(xiǎn)。若缺乏對(duì)材料表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與化學(xué)信號(hào)的協(xié)同調(diào)控，復(fù)合材料的骨整合效率將難以匹配動(dòng)態(tài)骨再生需求。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，未來(lái)研究需聚焦以下三方面突破：

1.界面納米化修飾：通過(guò)陽(yáng)極氧化、溶膠-凝膠等技術(shù)在鈦基體表面構(gòu)建納米級(jí)過(guò)渡層（如二氧化鈦納米管），利用其高比表面積和化學(xué)活性增強(qiáng)羥基磷灰石的錨定能力，同時(shí)緩沖熱應(yīng)力。進(jìn)一步探索梯度復(fù)合界面，可實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能與生物功能的漸進(jìn)匹配。

2.降解-成骨耦聯(lián)機(jī)制：引入可降解聚合物相（如聚乳酸、殼聚糖），通過(guò)調(diào)控聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)與復(fù)合比例，使材料的降解速率與新骨形成動(dòng)態(tài)同步。重點(diǎn)研究降解產(chǎn)物（鈣/磷離子、短肽等）對(duì)成骨分化的時(shí)序性調(diào)控規(guī)律，避免因局部離子過(guò)載引發(fā)的炎癥反應(yīng)。

3.臨床標(biāo)準(zhǔn)化工藝開(kāi)發(fā)：推動(dòng)機(jī)械球磨-燒結(jié)、電化學(xué)沉積等工藝參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，確保材料批次間的結(jié)構(gòu)一致性與性能重現(xiàn)性。同時(shí)需建立多級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)（宏孔-微孔）的精準(zhǔn)控制體系，以滿足血管化骨再生對(duì)三維空間構(gòu)型的需求。

綜上所述，唯有通過(guò)材料設(shè)計(jì)、生物學(xué)響應(yīng)與工程化制造的深度交叉，方能推動(dòng)該復(fù)合材料從實(shí)驗(yàn)室向臨床應(yīng)用的實(shí)質(zhì)性跨越。

此文由中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)搜集整理編譯，部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)資料。文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流，引用請(qǐng)注明出處。