一種納米氟磷灰石生物材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)生物材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米氟磷灰石生物材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氟磷灰石(FA，Ca5(P04)3F)是常見的鈣氟磷酸鹽礦物，其具有溶解度低、熱膨脹系數(shù)小且生物活性好的特點(diǎn)，在臨床醫(yī)學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用前景。氟磷灰石主要是羥基磷灰石(HA，Ca5(P04)30H)中的羥基被F離子取代實(shí)現(xiàn)的。氟元素的引入可以顯著增強(qiáng)磷灰石晶體的礦化速率、提高磷灰石晶體的化學(xué)穩(wěn)定性，對機(jī)體硬組織自身生長、修復(fù)等方面具有重要作用，用于牙科方面時(shí)可以有效減輕牙釉質(zhì)早期釉質(zhì)齲時(shí)釉質(zhì)的脫礦速度，此外，一定濃度的氟元素對細(xì)菌的粘附和增值有抑制作用，有效減少牙體硬組織表面生物膜的形成，防止離齒。
[0003]氟磷灰石的合成最早是采用固相反應(yīng)法和熱分解法等，固相反應(yīng)法是按照化學(xué)計(jì)量比混合CaF2、Ca3 (P04) 2和Ca丨207等原料，在氣氛保護(hù)下加熱至1000°C并長期保溫得到FA相；熱分解法是將預(yù)水解的苯基二氯化磷的丙酮溶液和含有硝酸鈣的三氟醋酸鈣丙酮等溶液混合，使其氧化和熱處理后，可得到FA。固相反應(yīng)法和熱分解法由于要經(jīng)過很高溫度，可能會(huì)導(dǎo)致F揮發(fā)，因此F含量較難控制，而且過程較為復(fù)雜。
[0004]近些年，氟磷灰石的液相法制備得到發(fā)展。液相法種類較多，包括水熱合成法、溶膠凝膠法等。M.0kazaki 等人(M.0kazaki, H.Tehda, T.Yanagisawa, Μ.Taira, Takahash1.Heterogeneous fluoridated apatites synthesized with athree—step fluoride supplysystem, B1materials, 19 (1998) 919-923)采用水熱合成法，在 80°C、pH = 7.4 的條件下在HA溶液中加入含F(xiàn)溶液，使F離子不斷取代0H離子，逐漸形成FA。溶膠凝膠法基本原理是將Ca2+、P043、F的無水醇溶液在合適的條件下進(jìn)行反應(yīng)，最終形成氟磷灰石粉末或塊體。由于液相法制備氟磷灰石的主要特點(diǎn)是反應(yīng)在溶液中發(fā)生，避免了固相反應(yīng)法和熱分解法的直接高溫過程，大大減少了 F元素的揮發(fā)和損失，并使得氟磷灰石的合成過程更加容易控制。
[0005]目前，已有的液相法合成氟磷灰石的方法仍然存在著較大的不足，例如水熱合成的制備條件較復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，加熱條件可能促使粉體生長較快，不利于保持納米粒度，從而對材料的性能產(chǎn)生不利影響，加熱條件也不利于降低規(guī)?；a(chǎn)的成本，溶液的混合方式也有待改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)成分更加均勻，材料合成時(shí)的酸堿環(huán)境有待進(jìn)一步確定等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種納米氟磷灰石生物材料的制備方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種納米氟磷灰石生物材料的制備方法，包括下列步驟:
[0009]1)按照F與ΗΡ0 42的摩爾比為1?3:3的比例，將氟化銨溶液與磷酸氫二銨溶液混合，得透明混合液；
[0010]2)按照Ca2+與F的摩爾比小于5:1?3，將硝酸鈣溶液加入步驟1)所得透明混合液中，加入過程中控制體系的pH值為9?12，得混合液；
[0011]3)將步驟2)所得混合液密封陳化24?48h生成沉淀，將反應(yīng)沉淀物分離、洗滌、干燥后，得前驅(qū)體；
[0012]4)將步驟3)所得前驅(qū)體在600?900°C溫度下煅燒，即得納米粉體。
[0013]上述制備方法中，是將硝酸鈣Ca(N03)2.4Η20、磷酸氫二銨(ΝΗ4) ,04和氟化銨NH4F分別溶于去離子水中，制成硝酸鈣溶液、磷酸氫二銨溶液和氟化銨溶液。
[0014]本發(fā)明的納米氟磷灰石生物材料的制備方法，通過將磷酸氫二銨和氟化銨溶液充分混合，然后緩慢加入硝酸鈣溶液，使得混合液中的F充分參與反應(yīng)，在溶液中均勻的形成氟磷灰石納米粉體；原料均采用無機(jī)鹽，不添加表面活性劑，不必真空干燥或冷凍干燥，無需長時(shí)間高溫過程，避免了 F元素在高溫流失較快，并大大節(jié)省了能源，得到的氟磷灰石納米粉體無團(tuán)聚，無雜相，高純度，粒徑均勾而且細(xì)小。該方法制備的納米粉體質(zhì)量好，工藝簡單穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低，晶粒尺度、結(jié)構(gòu)和主體成分與自然骨的磷灰石晶體接近，采用溶液合成使其帶有羥基，因而具備較好的生物活性和生物相容性，因此，是一種用于骨修復(fù)和骨填充的極好的生物材料。
[0015]步驟1)中，所述氟化銨溶液中F的濃度為0.4?1.2mol/L ;所述磷酸氫二銨溶液中ΗΡ042的濃度為1.2mol/L0步驟2)中，所述硝酸鈣溶液中Ca 2+的濃度為2.0mol/L。本發(fā)明所用的無機(jī)鹽溶液均為無機(jī)鹽水溶液，通過控制無機(jī)鹽水溶液中所需離子的濃度，混合反應(yīng)過程中，使所需離子充分參與進(jìn)行，有助于在溶液中均勻形成氟磷灰石納米粉體。
[0016]步驟2)中，硝酸鈣溶液的加入方式為滴加。
[0017]所述滴加的速度為1滴/秒。滴加的方式使各原料溶液混合更均勻，反應(yīng)更充分，有助于形成最終氟磷灰石納米針狀粉體結(jié)構(gòu)。
[0018]步驟2)中，采用加入氨水的方式控制體系的pH值。采用氨水控制體系的pH值可實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)，不會(huì)引入新的雜質(zhì)。
[0019]步驟3)的密封陳化是生成沉淀的過程。密封的作用是保證材料合成環(huán)境不受污染，以及保證必須的堿性環(huán)境不會(huì)有較快的變化，否則會(huì)影響最終合成材料的純度和性能。陳化過程是沉淀法合成材料的重要過程，作用首先是保證內(nèi)部合成的粉體的晶體生長發(fā)育相對成熟，避免粉體粒徑有較大差異而影響到材料的性能；其次可以通過控制陳化時(shí)間等工藝參數(shù)來對粉體粒度進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)材料性能的可控制備；另外，陳化有助于促使材料充分反應(yīng)，去除沉淀中包含的雜質(zhì)等。
[0020]步驟3)中，所述分離的方法為過濾分離；所述洗滌是采用去離子水和無水乙醇交替進(jìn)行洗滌；所述干燥是在80?120°C條件下進(jìn)行干燥。洗滌所用的去離子水和無水乙醇很容易在后續(xù)干燥過程中揮發(fā)去除。所述分離、洗滌、干燥過程中保證接觸環(huán)境無污染。
[0021]步驟4)中，所述煅燒的時(shí)間為lh。煅燒時(shí)間短，能耗低，成本低。
[0022]步驟4)中，所得納米粉體為針狀粉體；所述針狀粉體的平均直徑為20?50nm，長度為60?80nm。
[0023]本發(fā)明的納米氟磷灰石生物材料的制備方法，以磷酸氫二銨(ΝΗ4)2ΗΡ04，氟化銨NH4F，硝酸鈣Ca(N03)2.4H20的水溶液為原料，混合并控制體系pH值，密封陳化沉淀、過濾、洗滌、干燥后煅燒，得到平均直徑為20?50nm、長度為60?80nm的無團(tuán)聚、無雜相的氟磷灰石針狀粉體。該制備方法的突出特點(diǎn)是:原料均采用無機(jī)鹽，不必加表面活性劑，不必真空干燥或冷凍干燥，無需長時(shí)間高溫過程，可得到無團(tuán)聚、無雜相、高純度、粒徑分布窄的氟磷灰石納米粉體；該方法制備的納米粉體質(zhì)量好，工藝簡單穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的納米氟磷灰石生物材料的制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1)本發(fā)明通過沉淀法制備納米氟磷灰石，制備出具有針狀結(jié)構(gòu)的納米氟磷灰石，液相環(huán)境有助于使氟磷灰石帶有少量的羥基，進(jìn)而提高氟磷灰石在生物體中的生物相容性和生物活性，以及與自然骨的反應(yīng)和結(jié)合速率，克服了傳統(tǒng)氟磷灰石過于穩(wěn)定，與自然骨反應(yīng)活性不足的缺點(diǎn)；
[0026]2)本發(fā)明通過沉淀法制備納米氟磷灰石，避免了納米氟磷灰石在制備過程中成分和形貌的不均勻，保證了所制備材料性能的均勻和穩(wěn)定。
[0027]3)本發(fā)明主要反應(yīng)在液相中發(fā)生，有利于保持液相法合成納米氟磷灰石的納米結(jié)構(gòu)，克服高溫熔融煅燒制備氟磷灰石晶體粒徑過大，與自然骨磷灰石的晶體尺寸和結(jié)構(gòu)差異過大的缺點(diǎn)。
[0028]4)本發(fā)明通過沉淀法制備納米氟磷灰石，有利于實(shí)現(xiàn)氟磷灰石的可控制備，制備過程中無需加入催化劑，制備過程更加簡化，減少了殘余雜質(zhì)對生物材料制品的污染。
[0029]綜上，本發(fā)明的納米氟磷灰石生物材料的制備方法細(xì)化了各種無機(jī)鹽水