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生物陶瓷材料——羟基磷灰石（HA）因其与人体骨骼天然成分相似，已成功应用于骨组织固定等骨科手术。HA可直接与宿主骨骼组织固定，具有优异的骨传导和骨诱导性能，在临床上较其他陶瓷生物材料具有明显优势。然而，HA块材固有的脆性和低断裂韧性限制了其在术后负载下的长期服役。因此，开发兼具优异生物性能和力学特性的生物陶瓷材料是当前研究的前沿方向。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所李华团队近期开发了一种新型羟基磷灰石-石墨烯纳米复合块材，成功解决了陶瓷生物材料的增韧难题。该成果发表于英国皇家化学会国际材料学期刊《Journal of Materials Chemistry B》（Mater. Chem. B 2013, 1, 1826-1834）。

团队采用化学共沉淀法合成HA-石墨烯纳米复合粉末，并通过放电等离子烧结（SPS）制备陶瓷块材。HA沿石墨烯片层表面以一定取向形核和长大：由于晶格匹配，HA的（300）面优先与石墨烯片层表面形成强结合，而（002）面优先与石墨烯片层侧截面紧密结合。这些结构特征显著增强了复合材料的力学性能。SPS制备的HA-石墨烯纳米复合块材的断裂韧性达到3.94 MPa·m^1/2，较纯HA块材提高了203%，且明显优于碳纳米管、氧化锆或金属钛等第二相材料的增韧效果。增韧机理主要包括：细晶增韧、石墨烯片层拔出/拉拔增韧、裂纹偏转增韧、微裂纹增韧以及桥接增韧。亚微米级增韧机理的研究解决了长期存在的生物陶瓷增韧难题，即在提高力学性能的同时不牺牲生物特性。

团队还对材料的体外生物特性进行了表征，发现石墨烯不仅无生物毒性，还能促进成骨细胞在材料表面的贴附、黏附和增殖分化。该材料兼具优化的力学性能和生物特性，有望在生物医学领域得到应用。

材料表面改性（如纳米结构构建和石墨烯添加）极大提高了HA生物陶瓷的生物特性，但其根本机理有待进一步研究。未来工作将聚焦于生物材料/细胞界面行为，包括分子水平上血清蛋白的贴附等，以深入揭示细胞与生物材料的相互作用机理，从而提高预测和控制生物材料生物相容性的能力。

本研究获得国家自然科学基金（项目批准号31271017）以及中科院“百人计划”的资金支持。