專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備單分散一維納米材料的方法，具體涉及雙親性單分散羥基磷灰石(Ciiici(PO4)6(OH)2, HA)單晶納米棒的液相合成方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于骨的損傷，如果程度比較輕微，完全可以通過(guò)機(jī)體骨的自我修復(fù)來(lái)愈合，但是由于嚴(yán)重創(chuàng)傷、骨腫瘤、骨髓炎等多種原因所致的骨缺損十分常見(jiàn)，如果損傷或缺失面積較大時(shí)，就需要采取骨修復(fù)材料的方式來(lái)填充或者移植修復(fù)。
相對(duì)于天然骨的礦物相而言，由于在化學(xué)結(jié)構(gòu)上的相似性，羥基磷灰石(HA)具有良好的生物活性，生物相容性，骨誘導(dǎo)成骨性，以及是為數(shù)不多的能與體內(nèi)的骨形成強(qiáng)化學(xué)鍵的材料之一，使其成為骨修復(fù)材料框架材料中的重要組成部分，在組織工程領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。研究表明，雙親性是分子間自組裝的基礎(chǔ)之一，可通過(guò)調(diào)節(jié)材料的雙親性來(lái)實(shí)現(xiàn)自組裝的可控性。如果合成的HA在組成、尺寸和形貌上能模擬其在自然骨中的物性時(shí)，含HA的復(fù)合框架材料則會(huì)具有良好的骨誘導(dǎo)性、蛋白吸附作用和細(xì)胞粘附作用。這就要求制備的HA納米顆粒必須有良好的表面特性(與生物大分子具有相似的雙親性表面特性)和均勻的形貌尺寸特性(類(lèi)似于自然骨中的棒狀)，以促進(jìn)和優(yōu)化其與蛋白質(zhì)等有機(jī)高分子物質(zhì)的組裝，提高復(fù)合材料的理化性能和生物學(xué)性能。
迄今為止，制備HA納米粉體的方法有很多種，如沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法、微乳液法、模板法等等。同樣，制備的成品HA也是具有不同的特性尺寸從幾十納米到幾微米不等；形貌有棒狀的、球形的、薄膜形的等等；表面性質(zhì)有親油性的、親水性的；樣品的純度也因?yàn)榉椒ǖ牟町惢蚰康牡牟町惛鞑幌嗤械臑殁}缺陷性的，有的為未完全轉(zhuǎn)化為羥基磷灰石而夾雜其它的鈣磷灰石如α-磷酸三鈣、β-磷酸三鈣、氧化鈣等等，或者夾雜有碳酸根、氟離子或者氯離子等等雜質(zhì)離子。各種方法各有千秋，各種產(chǎn)物也各具特色，這極大的豐富了羥基磷灰石的品種體系和應(yīng)用范圍。但是合成中還存在一些明顯的不足1)工藝較復(fù)雜大部分合成納米HA的操作過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜；幻形貌可控性較差納米HA的形貌尺寸及均一度一般控制的不好，形貌可控性差；幻許多實(shí)驗(yàn)所用助劑造價(jià)較高，有的還有毒性，廢液回收處理困難；4)合成的納米HA只具備單一的表面特性(親水性或者親油性)， 常因應(yīng)用的變化而進(jìn)行表面二次改性，尚未見(jiàn)具有雙親性的納米HA的報(bào)道。當(dāng)然，有的合成實(shí)驗(yàn)也克服了上述缺陷中的個(gè)別問(wèn)題，但并未能有效地的全部予以合理解決。
2-羥丙基-β -環(huán)糊精 O-Hydroxypropyl- β -Cyclodextrin, 2-HP- β -CD)是 β -環(huán)糊精(β -CD)衍生物，具有大量的羥基基團(tuán)而表現(xiàn)出優(yōu)異的親水性(其溶解度在常溫下通常大于50g/100g水)，同時(shí)其卻因含有烷基鏈而具有很強(qiáng)的疏水性。2-ΗΡ-β -⑶具有良好的生物安全性，它幾乎不參與生物體內(nèi)代謝，也不在體內(nèi)累積口服后基本上全部以完整的形式隨大便排出體外，非腸道給藥基本上以完整的形式隨尿液排泄。因此，2-HP-i3-CD 常被用于藥物包覆改性的主要原料之一。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人針對(duì)以往制備納米HA的缺陷，結(jié)合2-羥丙基-β -環(huán)糊精特殊的物化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)，本著無(wú)毒、高效、操作易控、晶形易控等前提條件，利用溫和的實(shí)驗(yàn)條件， 在水熱反應(yīng)體系中，合成出具有統(tǒng)一形貌尺寸和雙親性表面特性的納米ΗΑ，并對(duì)合成的樣品形貌及表面性質(zhì)的進(jìn)行檢測(cè)分析。
本發(fā)明提供一種可用于材料外涂層、可降解性人工骨、骨水泥等生物醫(yī)用材料的具有優(yōu)異生物學(xué)性能和理化性能的雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的制備方法以及采用該方法制備的雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒。
SP，本發(fā)明如下。
1. 一種制備雙親性單分散羥基磷灰石(Caltl(PO4)6(OH)2, HA)單晶納米棒的方法， 該方法是液相合成方法，其特征在于該方法使用硝酸鈣為單一鈣源，使用可溶性磷酸鹽為磷源，采用2-羥丙基-β-環(huán)糊精Ο-ΗΡ-β-CD)為表面活性劑，采用油酸和乙醇為助劑，在密閉反應(yīng)體系下反應(yīng)，其包括下述步驟
步驟一以鈣元素和磷元素的物質(zhì)的量之比為1.67為基準(zhǔn)，將適量硝酸鈣和磷酸鹽加入到去離子水中，配成濃度分別為0. 05 3. 00mol/L(例如0. 5mol/L)和0. 03 1. 80mol/L (例如0. 3mol/L)的水溶液，并依次取4 8mL水溶液，加入到含有表面活性劑 2-ΗΡ-β -⑶(0. 1 0. 8g)的乙醇(5 20mL)和油酸O 8mL)的混合溶劑中，在室溫下充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，得到混合溶液?br> 步驟二 將上述混合溶液轉(zhuǎn)移到密閉的反應(yīng)器中，在120 180°C下反應(yīng)5 15小時(shí)后，自然冷卻至室溫，用溶劑洗滌，得到雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒。
2.根據(jù)項(xiàng)1所述的制備雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的方法，特征在于 步驟一所述的可溶性磷酸鹽為磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉。
3.根據(jù)項(xiàng)1所述的制備雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的方法，特征在于 步驟一所述的表面活性劑為2-ΗΡ-β -⑶。
4.根據(jù)項(xiàng)1所述的制備雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的方法，特征在于 步驟二所述的洗滌溶劑為水、乙醇、氯仿、環(huán)己烷。
5.根據(jù)項(xiàng)1所述的方法，其特征在于制備的雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的直徑為8 12nm，長(zhǎng)度為150nm 250nm。
6.通過(guò)項(xiàng)1 5中任一項(xiàng)所述的制備雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的方法制備的雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒。
本發(fā)明通過(guò)控制水熱反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和原料配比，可制備出雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒，這些納米棒的直徑在8 12nm，長(zhǎng)度在150nm 250nm之間。
本發(fā)明所涉及原料廉價(jià)易得，成本低，合成工藝簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且工藝重復(fù)性能好；以此法所生產(chǎn)的納米棒可用于制備人工骨、骨水泥等生物硬組織修復(fù)材料，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1是實(shí)施例1所制備的雙親性羥基磷灰石納米棒的X射線衍射圖。
圖2是實(shí)施例1所制備的雙親性羥基磷灰石納米棒分散于不同極性分散液中的照片。溶劑為環(huán)己烷(左)、乙醇(中)、水(右)。
圖3是實(shí)施例1所制備的雙親性羥基磷灰石納米棒的透射電鏡圖。溶劑為水 (左)、環(huán)己烷(右)。
圖4是實(shí)施例1所制備的雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的高分辨透射電鏡圖。
發(fā)明的具體實(shí)施方式
以下，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體的說(shuō)明，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1
步驟一將0. 28M的硝酸鈣水溶液8mL、0. 16M的磷酸鈉水溶液8mL、0. 5g的2-羥丙基-β -環(huán)糊精，16mL的無(wú)水乙醇和4mL的油酸加入50mL的聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，室溫下充分?jǐn)嚢杈鶆颉?br> 步驟二 密封步驟一中的反應(yīng)釜，在150°C反應(yīng)10h。然后自然冷卻至室溫，打開(kāi)反應(yīng)釜，以無(wú)水乙醇、環(huán)己烷和水依次洗滌，獲得反應(yīng)終產(chǎn)物。產(chǎn)物經(jīng)X射線粉末衍射鑒定為羥基磷灰石，結(jié)果如圖1所示；制備的產(chǎn)物可同時(shí)分散于不同極性的分散液中(圖2)；產(chǎn)物形貌可通過(guò)透射電鏡來(lái)檢測(cè)，如圖3所示制備的納米棒的直徑分布在8 12nm，長(zhǎng)度在 150nm 250nm之間；從材料的高分辨透射電鏡圖(圖4)可知其為單晶結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2
步驟一將0. 28M的硝酸鈣水溶液8mL、0. 16M的磷酸氫鈉水溶液8mL、0. 25g的 2-羥丙基-β -環(huán)糊精，16mL的無(wú)水乙醇和2mL的油酸加入50mL的聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，室溫下充分?jǐn)嚢杈鶆颉?br> 步驟二 密封步驟一中的反應(yīng)釜，在180°C反應(yīng)證。然后自然冷卻至室溫，打開(kāi)反應(yīng)釜，以無(wú)水乙醇、氯仿和水依次洗滌，獲得雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒。
實(shí)施例3
步驟一將0. 28M的硝酸鈣水溶液8mL、0. 16M的磷酸二氫鈉水溶液8mL、0. 5g的 2-羥丙基-β -環(huán)糊精，16mL的無(wú)水乙醇和6mL的油酸加入50mL的聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，室溫下充分?jǐn)嚢杈鶆颉?br> 步驟二 密封步驟一中的反應(yīng)釜，在120°C反應(yīng)15h。然后自然冷卻至室溫，打開(kāi)反應(yīng)釜，以無(wú)水乙醇、氯仿和水依次洗滌，獲得雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒。
實(shí)施例4
步驟一將0. 28M的硝酸鈣水溶液80mL、0. 16M的磷酸鈉水溶液80mL、5g的2-羥丙基-β -環(huán)糊精，160mL的無(wú)水乙醇和40mL的油酸加入500mL的聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，室溫下充分?jǐn)嚢杈鶆颉?br> 步驟二 密封步驟一中的反應(yīng)釜，在150°C反應(yīng)10h。然后自然冷卻至室溫，打開(kāi)反應(yīng)釜，以無(wú)水乙醇、氯仿和水依次洗滌，獲得雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒。
采用與實(shí)施例1相同的方法對(duì)實(shí)施例2 實(shí)施例4中制備的雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒進(jìn)行了表征，結(jié)果表明各實(shí)施例中所得結(jié)果與實(shí)施例1的結(jié)果相同。
還需要說(shuō)明的是，在可實(shí)施且不明顯違背本發(fā)明的主旨的前提下，在本說(shuō)明書(shū)中作為某一技術(shù)方案的構(gòu)成部分所描述的任一技術(shù)特征或技術(shù)特征的組合同樣也可以適用于其它技術(shù)方案；并且，在可實(shí)施且不明顯違背本發(fā)明的主旨的前提下，作為不同技術(shù)方案的構(gòu)成部分所描述的技術(shù)特征之間也可以以任意方式進(jìn)行組合，來(lái)構(gòu)成其它技術(shù)方案。本發(fā)明也包含在上述情況下通過(guò)組合而得到的技術(shù)方案，并且這些技術(shù)方案相當(dāng)于記載在本說(shuō)明書(shū)中。
以上通過(guò)具體實(shí)施方式
和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，這些并非意圖對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，本發(fā)明的范圍應(yīng)由權(quán)利要求書(shū)確定。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明的制備方法的原料廉價(jià)易得，成本低，合成工藝簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且工藝重復(fù)性能好；以此法所生產(chǎn)的納米棒可用于制備人工骨、骨水泥等生物硬組織修復(fù)材料，具有良好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種制備雙親性單分散羥基磷灰石(CalO(PO4)6(OH)2, HA)單晶納米棒的方法，該方法是液相合成方法，其特征在于該方法使用硝酸鈣為單一鈣源，使用可溶性磷酸鹽為磷源， 采用2-羥丙基-β-環(huán)糊精Ο-ΗΡ-β-CD)為表面活性劑，采用油酸和乙醇為助劑，在密閉反應(yīng)體系下反應(yīng)，其包括下述步驟步驟一以鈣元素和磷元素的物質(zhì)的量之比為1.67為基準(zhǔn)，將適量硝酸鈣和磷酸鹽加入到去離子水中，配成濃度分別為0. 05 3. OOmol/L (例如0. 5mo 1/L)和0. 03 1. 80mol/L (例如0. 3mol/L)的水溶液，并依次取4 8mL水溶液，加入到含有表面活性劑 2-ΗΡ-β -⑶(0. 1 0. 8g)的乙醇(5 20mL)和油酸O 8mL)的混合溶劑中，在室溫下充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍玫交旌先芤?；步驟二 將上述混合溶液轉(zhuǎn)移到密閉的反應(yīng)器中，在120 180°C下反應(yīng)5 15小時(shí)后，自然冷卻至室溫，用溶劑洗滌，得到雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的方法，特征在于步驟一所述的可溶性磷酸鹽為磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的方法，特征在于步驟一所述的表面活性劑為2-ΗΡ-β -⑶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的方法，特征在于步驟二所述的洗滌溶劑為水、乙醇、氯仿、環(huán)己烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于制備的雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的直徑為8 12nm，長(zhǎng)度為150nm 250nm。
6.通過(guò)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的制備雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的方法制備的雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒的制備方法。該方法是以鈣元素和磷元素的物質(zhì)的量之比為1.67為基準(zhǔn)，以可溶性鈣鹽、磷酸鹽為原料，并輔助表面活性劑2-羥丙基-β-環(huán)糊精(2-HP-β-CD)、助劑乙醇和油酸，在密閉系統(tǒng)下反應(yīng)合成的具有良好雙親性表面特性的納米羥基磷灰石顆粒，通過(guò)控制反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和原料配比，可制備出良好雙親性的單分散的羥基磷灰石單晶納米棒，其直徑在8～12nm，長(zhǎng)度在150nm～250nm之間。本發(fā)明制備的羥基磷灰石納米顆?？捎糜诓牧贤馔繉?、可降解性人工骨、骨水泥等生物醫(yī)用材料上，是一種具有優(yōu)異生物學(xué)性能和理化性能的雙親性單分散羥基磷灰石單晶納米棒，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102491300SQ20111036312
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者嚴(yán)建亞, 惠俊峰, 范代娣 申請(qǐng)人:陜西巨子生物技術(shù)有限公司