碳酸根摻雜的棒狀羥基磷灰石粉體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及人體骨組織的替代材料的研宄技術(shù)，特別是羥基磷灰石納米短棒的制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]輕基磷灰石(HA，hydroxyapatite)，又叫輕磷灰石，是動(dòng)物硬骨組織的主要無(wú)機(jī)成分，擁有很好的生物活性和生物相容性，在生物材料中有著非常重要的地位。人工合成的羥基磷灰石同樣的在化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)與人骨骼組織主要的無(wú)機(jī)礦物成分基本相同，引入人體后不會(huì)產(chǎn)生排斥的現(xiàn)象。由于人造羥基磷灰石的優(yōu)良的生物相容性使得羥基磷灰石在骨修復(fù)替代材料在世界上的臨床應(yīng)用歷史上已經(jīng)被使用幾十年的時(shí)間。隨著幾十年的微觀粒子技術(shù)的發(fā)展，納米級(jí)材料引起了人們關(guān)注，人們發(fā)現(xiàn)人體骨骼中的羥基磷灰石主要是納米級(jí)針狀單晶結(jié)構(gòu)。由于納米材料有著特別的效應(yīng)，納米羥基磷灰石相對(duì)于普通羥基磷灰石有更好的生物相容性和生物活性。
[0003]羥基磷灰石由于其本身非常好的生物相容性和生物活性在近幾十年一直受到世界各國(guó)研宄者的關(guān)注。目前羥基磷灰石的研宄方向主要是羥基磷灰石的元素?fù)诫s和羥基磷灰石形貌控制，碳酸根摻雜的羥基磷灰石相關(guān)的報(bào)道也非常多，并且很多實(shí)驗(yàn)也表明摻雜了碳酸根羥基磷灰石獲得比純的羥基磷灰石更好的生物活性。由于納米級(jí)的羥基磷灰石和天然人骨晶體結(jié)構(gòu)非常接近，這些納米羥基磷灰石在人體內(nèi)更容易被身體吸收利用。
[0004]具有納米級(jí)結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石粉體，如果同時(shí)摻雜進(jìn)去適量的碳酸根，獲得的碳酸根摻雜的短棒羥基磷灰石粉體從理論上說(shuō)可以獲得更好的生物活性，更加適合用于人體骨組織的替代材料。如專利文獻(xiàn)CN 201210298413.3介紹了一個(gè)碳酸根摻雜羥基磷灰石納米線粉體的制備方法，先將油酸、十八胺和乙醇攪拌均勻后得到混合溶液待用，然后向上述混合溶液中加入硝酸鈣充分?jǐn)嚢瑁僖来渭尤肟扇苄粤姿猁}和可溶性磷酸鹽溶液。將最終制得混合溶液倒入反應(yīng)釜中，在120?220°C下水熱反應(yīng)12?48h，自然冷卻收樣。該制備技術(shù)使用了大量不易除去的有機(jī)試劑，對(duì)后面合成出來(lái)的粉末樣品的生物相容性有著很大的影響，從菘紅外圖結(jié)果中就可以輕易的看到，樣品中存在很多未除盡的有機(jī)物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在發(fā)明一種體內(nèi)易降解吸收，具有較好的生物活性，跟人類骨組織晶型更為相似的碳酸根摻雜的短棒羥基磷灰石的方法。
[0006]本發(fā)明包括以下步驟:
O分別制備磷源與碳酸根源溶液和鈣源溶液:將磷酸氫鹽溶于去離子水中，完全攪拌溶解后，再溶入碳酸氫鹽，得到磷、碳酸根源溶液；將可溶性鈣鹽溶于去離子水中后，再加入乙二胺四乙酸和十六烷基三甲基溴化銨，制得鈣源溶液。
[0007]2)合成碳酸根摻雜的短棒羥基磷灰石粉體:將磷、碳酸根源溶液緩和鈣源溶液混合后用氨水調(diào)節(jié)混合液PH至9?11，然后將混合液進(jìn)行水熱反應(yīng)后，經(jīng)過(guò)洗滌、干燥、研磨，得到碳酸根摻雜羥基磷灰石納米短棒粉體。
[0008]本發(fā)明是以表面活性劑一一十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和乙二胺四乙酸(EDTA)為納米棒合成的軟模板，合成了含有不同含量碳酸根的羥基磷灰石納米棒。本發(fā)明的合成方法具有原料來(lái)源廉價(jià)，實(shí)驗(yàn)手段簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)合成的粉末樣品的穩(wěn)定性也很好。
[0009]合成的得到羥基磷灰石有著均一的納米短棒晶體結(jié)構(gòu)，而且成功摻雜碳酸根的羥基磷灰石與人骨的礦物質(zhì)更為相近，體外溶解速度快，在人體內(nèi)也非常容易被吸收利用。合成得到羥基磷灰石粉末可以制作成骨水泥，從而應(yīng)用于生物醫(yī)療領(lǐng)域。
[0010]另外，以上表面活性劑與可溶性鈣鹽的混合質(zhì)量比為1:4?8。在該用量比條件下，不僅可以合成較好的羥基磷灰石納米棒，同時(shí)也方便后期的表面活性的潤(rùn)洗除盡。
[0011]所述步驟I)中，所述磷酸氫鹽優(yōu)先選用磷酸氫二銨。用磷酸氫二銨作為磷源，首先就是磷酸氫二銨這個(gè)試劑來(lái)源很廣泛，同時(shí)原料便宜，有助于降低合成產(chǎn)物的成。同時(shí)磷酸氫二銨溶于水后呈pH=7-8的弱堿性，這樣就減少了后面用來(lái)調(diào)節(jié)pH氨水的用量，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。
[0012]本發(fā)明所述步驟2)中，磷、碳源的總摩爾量與鈣源的摩爾量的混合比1:1?2。不同的用量比，不僅可以影響到羥基磷灰石的晶型結(jié)構(gòu)，同時(shí)也直接影響著合成樣品中碳酸根的含量。這兩個(gè)方面都和羥基磷灰石的生物活性有著直接的聯(lián)系。采用1:1?2的用量范圍，和標(biāo)準(zhǔn)的羥基磷灰石1:1.67的鈣磷比接近，有利于六方形羥基磷灰石晶體的生成和碳酸根的摻雜。
[0013]本發(fā)明所述步驟2)中，水熱反應(yīng)的溫度條件為140°C?220°C，水熱反應(yīng)時(shí)間為12h?36h。在水熱反應(yīng)過(guò)程中，水熱的時(shí)間和溫度都對(duì)水熱產(chǎn)物的晶型有著很大的影響。當(dāng)鈣源磷源在140°C?220°C溫度下，水熱反應(yīng)12h?36h后，可以最大程度地轉(zhuǎn)化為羥磷灰石產(chǎn)物，并且在上述溫度和時(shí)間條件下可以得到結(jié)晶度較為適中的棒狀羥基磷灰石晶體。
[0014]本發(fā)明所用的表面活性劑對(duì)所得樣品后期的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)有著很大的影響，為了必須徹底除去表面活性劑，本發(fā)明所述步驟2)中，洗滌是采用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)水洗3次，并抽濾。
[0015]本發(fā)明所述步驟2)中，所述干燥的溫度條件為80°C?100°C，可以得到完全干燥的樣品，以利于后期研磨成粉。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為各樣品產(chǎn)品的FTIR紅外光譜圖。
[0017]圖2為各樣品的XRD衍射圖。
[0018]圖3為各樣品的XPS光譜圖。
[0019]圖4、圖5、圖6、圖7、圖8分別為樣品pure HA和CHAl、CHA2、CHA3、CHA4的透射電鏡圖。
[0020]圖9 樣品 pure HA、CHA1、CHA2、CHA3 的拉曼光譜圖。
[0021]圖10為各樣品的細(xì)胞毒性圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了能夠讓本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)的方法更加明確，發(fā)明目的和特色更突出，可以結(jié)合下面具體的實(shí)施案例進(jìn)一步加以闡述。以下的具體實(shí)施案例都是在本發(fā)明下進(jìn)行。本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施案例。
[0023]實(shí)施案例1:
將7.88g的四水硝酸鈣完全溶解于30ml去離子水中，形成硝酸鈣溶液。再向硝酸鈣溶液中加入1.0Og十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、5.70g乙二胺四乙酸(EDTA)，充分?jǐn)嚢杈鶆?，形成鈣源溶液。
[0024]將2.64g的磷酸氫二銨作為磷源溶于20ml去離子水中，再將0.28g碳酸氫銨溶解于其中，形成磷、碳酸根源溶液。
[0025]將磷、碳酸根源溶液全量滴加到鈣源溶液中，并用氨水調(diào)劑pH至10，采用電動(dòng)攪拌器，以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌1min后，得到乳白色的混合液，并將其傾倒至高壓反應(yīng)藎中。
[0026]將裝有乳白色的混合液的反應(yīng)釜放在烘箱中，在180°C條件下水熱反應(yīng)24h。
[0027]水熱反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫后，將樣品以去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)水洗3次，并抽濾后，在80°C條件下烘干6h，經(jīng)用瑪瑙研磨充分研磨，得到白色粉末樣品，標(biāo)記為CHA1。
[0028]實(shí)施案例2:
將3.70g的無(wú)水氯化鈣溶解于30ml去離子水中，向該溶液中繼續(xù)添加1.0Og CTAB和5.70g EDTA，用高速攪拌槳充分?jǐn)嚢杈鶆?，得到粘稠透明的鈣源溶液。
[0029]將2.64g的磷酸氫二銨溶于20ml去離子水中，然后再混入加入0.52g碳酸氫鈉，得到磷、碳酸根源溶液。
[0030]在500r/min轉(zhuǎn)速的攪拌條件下，將磷、碳酸根源溶液全量滴加入鈣源溶液中，用氨水調(diào)節(jié)pH在9.5左右，完成滴加之后，繼續(xù)維持500r/min的轉(zhuǎn)速lOmin，得到均勻的乳白色的混合液。
[0031]將乳白色的混合液加入到反應(yīng)釜中，經(jīng)220°C水熱反應(yīng)12小時(shí)。
[0032]反應(yīng)結(jié)束后，將樣品以去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)水洗3次，并抽濾后，在90°C條件下烘干5h，再用瑪瑙研磨充分研磨之后，即可取得碳酸根羥基磷灰石納米棒粉末，標(biāo)記為CHA2o
[0033]實(shí)施案例3:
將7.88g硝酸鈣溶解30ml去離子水后，繼續(xù)加入5.73g的EDTA和1.12g的CTAB，用高速攪拌槳進(jìn)行快速攪拌直至溶液變?yōu)橥该髡吵頎畹囊后w，即得鈣源溶液。
[0034]將2.62g磷酸氫二鈉完全溶解在20ml的去離子水中作為磷源，再將0.83g的碳酸氫鈉溶于磷源溶液中，取得磷、碳酸根源溶液。
[0035]將磷、碳酸根