本發(fā)明涉及一種二氧化鈦摻雜的羥基磷灰石及其制備方法。
背景技術(shù)：
羥基磷灰石是構(gòu)成人體硬組織的主要無(wú)機(jī)成分，占人骨無(wú)機(jī)成分的77%，齒骨中更高達(dá)97%。它與其它生物材料顯著不同之處在于它含有人體組織所必需的鈣和磷元素，且不含其它有害元素。植入體內(nèi)后，在體液的作用下，鈣和磷會(huì)游離出材料表面，被機(jī)體組織所吸收，并能與人體骨骼組織形成化學(xué)鍵結(jié)合，生長(zhǎng)出新的組織。因此，羥基磷灰石是目前公認(rèn)具有良好性能的生物材料。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)與材料科學(xué)的發(fā)展，具有生物相容性和生物活性的人工替代材料被廣泛地用于人體軟硬組織與器官的修復(fù)中。近年來(lái)的很多研究表明，在由生物材料引發(fā)的感染中，45%的原因是由于生物材料與人體接觸時(shí)，在材料表面形成一層蛋白膜，而細(xì)菌很容易在這層蛋白膜上粘附，繼而生長(zhǎng)繁殖，使用傳統(tǒng)的抗菌治療無(wú)法根除。
納米TiO2對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌等具有很強(qiáng)的殺菌作用。其機(jī)理是TiO2在光照條件下，產(chǎn)生的氧自由基能破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞壁斷裂、破損，質(zhì)膜解體。然后進(jìn)入胞體內(nèi)部破壞內(nèi)膜和細(xì)胞組分，使細(xì)胞質(zhì)凝聚，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物溢出，可出現(xiàn)菌體空化現(xiàn)象。高金華的碩士學(xué)位論文《二氧化鈦納米粒子對(duì)原代培養(yǎng)的成骨細(xì)胞增殖、分化及礦化功能的影響》認(rèn)為，TiO2納米顆粒在促進(jìn)原代成骨細(xì)胞增殖的同時(shí)，抑制了其向脂肪細(xì)胞橫向分化及其礦化功能，對(duì)于堿性磷酸酶活性的影響則兼有促進(jìn)和抑制作用。亓健偉的發(fā)明專利（201410139015.6）報(bào)道了一種為梯度摻雜類金剛石層和Ag、TiO2摻雜羥基磷灰石層多元納米復(fù)合涂層的制備方法，其中采用了磁控濺射的方法。虞奇峰等人將平均粒度為5 nm的銳鈦礦納米TiO2粉中摻入羥基磷灰石粉，放入無(wú)水乙醇，經(jīng)超聲波粉碎和混合、低溫干燥，通過(guò)冷等靜壓制坯、燒結(jié)，制得TiO2羥基磷灰石復(fù)合陶瓷，達(dá)到自清潔和殺菌的效果，提高材料的組織相容性和生物活性。徐侃等人在論文《二氧化鈦與羥基磷灰石納米復(fù)合材料制備與表征》中，采用溶液化學(xué)合成方法，將羥基磷灰石包覆在納米二氧化鈦的表面，制備二氧化鈦與羥基磷灰石納米復(fù)合材料，達(dá)到抑制細(xì)菌提高材料安全性的目的。張杭州等人在論文《羥基磷灰石/TiO2納米管復(fù)合物的生物相容性》中，將二氧化鈦納米管與納米羥基磷灰石復(fù)合，展現(xiàn)出良好的生物相容性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的技術(shù)不足，提供一種二氧化鈦摻雜的羥基磷灰石及其制備方法。該方法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、顆粒均勻、粒徑大小可控、成本低廉，涉及的化學(xué)物質(zhì)少。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用如下技術(shù)方案。
一種可用于生物組織修復(fù)的二氧化鈦摻雜的羥基磷灰石的制備方法，包括如下步驟。
1、羥基磷灰石的制備
（1）配制濃度為0.5-0.7 mol/L的鈣鹽水溶液，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32%的HNO3溶液滴加至其中，直至溶液的pH值為1.5~3.5；
所述的鈣鹽為Ca(NO3)2、CaCl2、CaCO3或Ca(CH3COO)2；
（2）配制濃度為0.1-0.2 mol/L的磷酸鹽水溶液；
所述的磷酸鹽為KH2PO4、K2HPO4、(NH4)2HPO4或Na2HPO4；
（3）邊機(jī)械攪拌邊將步驟（2）配制的磷酸鹽水溶液逐滴加入到步驟（1）得到的鈣鹽酸性溶液中，加完后劇烈攪拌，使其混合均勻，然后再加入有機(jī)硅表面活性劑；
所述的鈣鹽和磷酸鹽的摩爾比為1.67，所述的表面活性劑為邁圖CoatOSil 1211，CoatOSil 7602，CoatOSil 7604，CoatOSil 3573，CoatOSil 7500，CoatOSil 3509，CoatOSil 47，CoatOSil 77，CoatOSil 2400，CoatOSil 2812，CoatOSil 3500，或者Silwet 408、HR-3408；
（4）將一定量的沉淀劑緩慢加入步驟（3）得到的混合溶液中，升溫至70~95℃，不停地機(jī)械攪拌，使其反應(yīng)36-72小時(shí)；
所述的沉淀劑為尿素、六次甲基四胺或其混合物，鈣鹽和沉淀劑的摩爾比為1.1-1.5；
（5）將步驟（4）得到的反應(yīng)液過(guò)濾、洗滌數(shù)次后干燥，即可得到所需的羥基磷灰石。
2、二氧化鈦水溶膠的制備
（1）將一定量的鈦鹽溶于去離子水中，通過(guò)充分的水解反應(yīng)，得到黃色的偏鈦酸沉淀；
所述的鈦鹽為硫酸氧鈦、四氯化鈦、鈦酸四異丙酯、鈦酸四正丙酯、鈦酸乙酯或者鈦酸四丁酯；
（2）再向上述偏鈦酸沉淀中加入一定量的雙氧水，然后通過(guò)超聲得到淡黃色溶膠；同時(shí)加入少量的異丙醇或者乙酰丙酮，進(jìn)行回流處理，得到穩(wěn)定的銳鈦礦二氧化鈦水溶膠。
3、二氧化鈦摻雜的羥基磷灰石的制備
（1）將羥基磷灰石浸泡于上述制備的二氧化鈦水溶膠中，時(shí)間為4~8小時(shí)；
（2）然后將所得到的白色產(chǎn)物過(guò)濾、干燥，再600度煅燒10~60分鐘即可。
本發(fā)明通過(guò)改變反應(yīng)物濃度、反應(yīng)時(shí)間、溫度、體系pH值、攪拌速度、摻雜濃度等參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)羥基磷灰石顆粒粒徑、粒徑分布、摻雜濃度、生物相容性的控制。得到的羥基磷灰石粒徑在76-150微米，如圖1所示。羥基磷灰石粒徑分布均勻，具有良好的生物相容性和殺菌作用，可以用于生物組織的修復(fù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)之處在于：
1、采用均相沉淀法一次成型，可以直接得到產(chǎn)物，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。無(wú)需進(jìn)行二次造粒及后期的高溫煅燒處理，制備過(guò)程也無(wú)需加入任何的絡(luò)合劑、氧化劑、模板及摻雜其他金屬離子，有利于保證羥基磷灰石的純度及性能；
2、制備二氧化鈦的工藝簡(jiǎn)單，涉及的化學(xué)物質(zhì)較少，可以避免有害物質(zhì)的引入。摻雜的工藝簡(jiǎn)單、可控，所制備的羥基磷灰石具有良好的生物相容性和殺菌作用。
附圖說(shuō)明
圖1是實(shí)施例1所制備的氧化鈦摻雜的羥基磷灰石掃描電鏡圖。
具體實(shí)施方法
下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1。
將HNO3溶液緩慢加入到99.8 ml 0.15 mol/L的KH2PO4溶液中，直至溶液的pH值為2.4，在機(jī)械攪拌條件下，將50 ml 0.5 mol/L CaCl2溶液逐滴加入到KH2PO4酸性溶液中，劇烈攪拌使其混合均勻，在混合溶液中加入1.08 g尿素、10滴Silwet 408，升溫至80℃，使其反應(yīng)48h，將反應(yīng)液過(guò)濾、洗滌數(shù)次后干燥，即可得到所需的羥基磷灰石。
將2ml四氯化鈦溶于50ml去離子水中，通過(guò)充分的水解反應(yīng)，得到黃色的偏鈦酸沉淀。再向上述偏鈦酸沉淀中加入5ml的雙氧水，雙氧水的濃度為65%。然后通過(guò)功率為50W超聲波進(jìn)行超聲30分鐘，得到淡黃色溶膠。同時(shí)加入1ml異丙醇，在70度回流處理50分鐘，得到穩(wěn)定的銳鈦礦二氧化鈦水溶膠。
將羥基磷灰石浸泡于上述制備的二氧化鈦水溶膠中，時(shí)間為4小時(shí)。然后將所得到的白色產(chǎn)物過(guò)濾、干燥，再600度煅燒40分鐘即可。
實(shí)施例2。
將HNO3溶液緩慢加入到50 ml 0.3 mol/L的KH2PO4溶液中，直至溶液的pH值為2.4，在機(jī)械攪拌條件下，將100 ml 0.25 mol/L CaCl2溶液逐滴加入到KH2PO4酸性溶液中，劇烈攪拌使其混合均勻，在混合溶液中加入1.2 g尿素、15滴HR-3408，升溫至90℃，使其反應(yīng)48h，將反應(yīng)液過(guò)濾、洗滌數(shù)次后干燥，即可得到所需的羥基磷灰石。
將2ml鈦酸四丁酯溶于50ml去離子水中，通過(guò)充分的水解反應(yīng)，得到黃色的偏鈦酸沉淀。再向上述偏鈦酸沉淀中加入8ml的雙氧水，雙氧水的濃度為65%。然后通過(guò)功率為80W超聲波進(jìn)行超聲10分鐘，得到淡黃色溶膠。同時(shí)加入1ml乙酰丙酮，在90度回流處理20分鐘，得到穩(wěn)定的銳鈦礦二氧化鈦水溶膠。
將羥基磷灰石浸泡于上述制備的二氧化鈦水溶膠中，時(shí)間為4小時(shí)。然后將所得到的白色產(chǎn)物過(guò)濾、干燥，再600度煅燒40分鐘即可。
實(shí)施例3。
將HNO3溶液緩慢加入到50 ml 0.3mol/L的NaH2PO4溶液中，直至溶液的pH值為2.6，在機(jī)械攪拌條件下，將50 ml 0.5 mol/L Ca(CH3COO)2溶液逐滴加入到NaH2PO4酸性溶液中，劇烈攪拌使其混合均勻，在混合溶液中加入1.08 g尿素、10滴CoatOSil 77，升溫至85℃，使其反應(yīng)50h，將反應(yīng)液過(guò)濾、洗滌數(shù)次后干燥，即可得到所需的羥基磷灰石。
將1.5ml鈦酸四正丙酯溶于40ml去離子水中，通過(guò)充分的水解反應(yīng)，得到黃色的偏鈦酸沉淀。再向上述偏鈦酸沉淀中加入4ml的雙氧水，雙氧水的濃度為65%。然后通過(guò)功率為90W超聲波進(jìn)行超聲30分鐘，得到淡黃色溶膠。同時(shí)加入1ml異丙醇，在70度回流處理50分鐘，得到穩(wěn)定的銳鈦礦二氧化鈦水溶膠。
將羥基磷灰石浸泡于上述制備的二氧化鈦水溶膠中，時(shí)間為4小時(shí)。然后將所得到的白色產(chǎn)物過(guò)濾、干燥，再600度煅燒40分鐘即可。
實(shí)施例4。
將HNO3溶液緩慢加入到99.8 ml 0.15 mol/L的(NH4)2HPO4溶液中，直至溶液的pH值為2.4，在機(jī)械攪拌條件下，將50 ml 0.5 mol/L Ca(NO3)2溶液逐滴加入到(NH4)2HPO4酸性溶液中，劇烈攪拌使其混合均勻，在混合溶液中加入1.08 g尿素、10滴Silwet 408，升溫至80℃，使其反應(yīng)48h，將反應(yīng)液過(guò)濾、洗滌數(shù)次后干燥，即可得到所需的羥基磷灰石。
將2ml四氯化鈦溶于50ml去離子水中，通過(guò)充分的水解反應(yīng)，得到黃色的偏鈦酸沉淀。再向上述偏鈦酸沉淀中加入5ml的雙氧水，雙氧水的濃度為65%。然后通過(guò)功率為30W超聲波進(jìn)行超聲100分鐘，得到淡黃色溶膠。同時(shí)加入1ml異丙醇，在70度回流處理50分鐘，得到穩(wěn)定的銳鈦礦二氧化鈦水溶膠。
將羥基磷灰石浸泡于上述制備的二氧化鈦水溶膠中，時(shí)間為4小時(shí)。然后將所得到的白色產(chǎn)物過(guò)濾、干燥，再600度煅燒40分鐘即可。