本发明涉及一种二氧化钛掺杂的羟基磷灰石及其制备方法。
背景技术：
羟基磷灰石是构成人体硬组织的主要无机成分，占人骨无机成分的77%，齿骨中更高达97%。它与其它生物材料显著不同之处在于它含有人体组织所必需的钙和磷元素，且不含其它有害元素。植入体内后，在体液的作用下，钙和磷会游离出材料表面，被机体组织所吸收，并能与人体骨骼组织形成化学键结合，生长出新的组织。因此，羟基磷灰石是目前公认具有良好性能的生物材料。随着现代医学技术与材料科学的发展，具有生物相容性和生物活性的人工替代材料被广泛地用于人体软硬组织与器官的修复中。近年来的很多研究表明，在由生物材料引发的感染中，45%的原因是由于生物材料与人体接触时，在材料表面形成一层蛋白膜，而细菌很容易在这层蛋白膜上粘附，继而生长繁殖，使用传统的抗菌治疗无法根除。
纳米TiO2对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌等具有很强的杀菌作用。其机理是TiO2在光照条件下，产生的氧自由基能破坏细胞壁结构，使细胞壁断裂、破损，质膜解体。然后进入胞体内部破坏内膜和细胞组分，使细胞质凝聚，导致细胞内容物溢出，可出现菌体空化现象。高金华的硕士学位论文《二氧化钛纳米粒子对原代培养的成骨细胞增殖、分化及矿化功能的影响》认为，TiO2纳米颗粒在促进原代成骨细胞增殖的同时，抑制了其向脂肪细胞横向分化及其矿化功能，对于碱性磷酸酶活性的影响则兼有促进和抑制作用。亓健伟的发明专利（201410139015.6）报道了一种为梯度掺杂类金刚石层和Ag、TiO2掺杂羟基磷灰石层多元纳米复合涂层的制备方法，其中采用了磁控溅射的方法。虞奇峰等人将平均粒度为5 nm的锐钛矿纳米TiO2粉中掺入羟基磷灰石粉，放入无水乙醇，经超声波粉碎和混合、低温干燥，通过冷等静压制坯、烧结，制得TiO2羟基磷灰石复合陶瓷，达到自清洁和杀菌的效果，提高材料的组织相容性和生物活性。徐侃等人在论文《二氧化钛与羟基磷灰石纳米复合材料制备与表征》中，采用溶液化学合成方法，将羟基磷灰石包覆在纳米二氧化钛的表面，制备二氧化钛与羟基磷灰石纳米复合材料，达到抑制细菌提高材料安全性的目的。张杭州等人在论文《羟基磷灰石/TiO2纳米管复合物的生物相容性》中，将二氧化钛纳米管与纳米羟基磷灰石复合，展现出良好的生物相容性。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有的技术不足，提供一种二氧化钛掺杂的羟基磷灰石及其制备方法。该方法工艺设备简单、颗粒均匀、粒径大小可控、成本低廉，涉及的化学物质少。为实现本发明的目的，采用如下技术方案。
一种可用于生物组织修复的二氧化钛掺杂的羟基磷灰石的制备方法，包括如下步骤。
1、羟基磷灰石的制备
（1）配制浓度为0.5-0.7 mol/L的钙盐水溶液，将质量分数为32%的HNO3溶液滴加至其中，直至溶液的pH值为1.5~3.5；
所述的钙盐为Ca(NO3)2、CaCl2、CaCO3或Ca(CH3COO)2；
（2）配制浓度为0.1-0.2 mol/L的磷酸盐水溶液；
所述的磷酸盐为KH2PO4、K2HPO4、(NH4)2HPO4或Na2HPO4；
（3）边机械搅拌边将步骤（2）配制的磷酸盐水溶液逐滴加入到步骤（1）得到的钙盐酸性溶液中，加完后剧烈搅拌，使其混合均匀，然后再加入有机硅表面活性剂；
所述的钙盐和磷酸盐的摩尔比为1.67，所述的表面活性剂为迈图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）将一定量的沉淀剂缓慢加入步骤（3）得到的混合溶液中，升温至70~95℃，不停地机械搅拌，使其反应36-72小时；
所述的沉淀剂为尿素、六次甲基四胺或其混合物，钙盐和沉淀剂的摩尔比为1.1-1.5；
（5）将步骤（4）得到的反应液过滤、洗涤数次后干燥，即可得到所需的羟基磷灰石。
2、二氧化钛水溶胶的制备
（1）将一定量的钛盐溶于去离子水中，通过充分的水解反应，得到黄色的偏钛酸沉淀；
所述的钛盐为硫酸氧钛、四氯化钛、钛酸四异丙酯、钛酸四正丙酯、钛酸乙酯或者钛酸四丁酯；
（2）再向上述偏钛酸沉淀中加入一定量的双氧水，然后通过超声得到淡黄色溶胶；同时加入少量的异丙醇或者乙酰丙酮，进行回流处理，得到稳定的锐钛矿二氧化钛水溶胶。
3、二氧化钛掺杂的羟基磷灰石的制备
（1）将羟基磷灰石浸泡于上述制备的二氧化钛水溶胶中，时间为4~8小时；
（2）然后将所得到的白色产物过滤、干燥，再600度煅烧10~60分钟即可。
本发明通过改变反应物浓度、反应时间、温度、体系pH值、搅拌速度、掺杂浓度等参数，可实现对羟基磷灰石颗粒粒径、粒径分布、掺杂浓度、生物相容性的控制。得到的羟基磷灰石粒径在76-150微米，如图1所示。羟基磷灰石粒径分布均匀，具有良好的生物相容性和杀菌作用，可以用于生物组织的修复。
与现有技术相比，本发明的优势之处在于：
1、采用均相沉淀法一次成型，可以直接得到产物，制备工艺简单，成本低廉。无需进行二次造粒及后期的高温煅烧处理，制备过程也无需加入任何的络合剂、氧化剂、模板及掺杂其他金属离子，有利于保证羟基磷灰石的纯度及性能；
2、制备二氧化钛的工艺简单，涉及的化学物质较少，可以避免有害物质的引入。掺杂的工艺简单、可控，所制备的羟基磷灰石具有良好的生物相容性和杀菌作用。
附图说明
图1是实施例1所制备的氧化钛掺杂的羟基磷灰石扫描电镜图。
具体实施方法
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1。
将HNO3溶液缓慢加入到99.8 ml 0.15 mol/L的KH2PO4溶液中，直至溶液的pH值为2.4，在机械搅拌条件下，将50 ml 0.5 mol/L CaCl2溶液逐滴加入到KH2PO4酸性溶液中，剧烈搅拌使其混合均匀，在混合溶液中加入1.08 g尿素、10滴Silwet 408，升温至80℃，使其反应48h，将反应液过滤、洗涤数次后干燥，即可得到所需的羟基磷灰石。
将2ml四氯化钛溶于50ml去离子水中，通过充分的水解反应，得到黄色的偏钛酸沉淀。再向上述偏钛酸沉淀中加入5ml的双氧水，双氧水的浓度为65%。然后通过功率为50W超声波进行超声30分钟，得到淡黄色溶胶。同时加入1ml异丙醇，在70度回流处理50分钟，得到稳定的锐钛矿二氧化钛水溶胶。
将羟基磷灰石浸泡于上述制备的二氧化钛水溶胶中，时间为4小时。然后将所得到的白色产物过滤、干燥，再600度煅烧40分钟即可。
实施例2。
将HNO3溶液缓慢加入到50 ml 0.3 mol/L的KH2PO4溶液中，直至溶液的pH值为2.4，在机械搅拌条件下，将100 ml 0.25 mol/L CaCl2溶液逐滴加入到KH2PO4酸性溶液中，剧烈搅拌使其混合均匀，在混合溶液中加入1.2 g尿素、15滴HR-3408，升温至90℃，使其反应48h，将反应液过滤、洗涤数次后干燥，即可得到所需的羟基磷灰石。
将2ml钛酸四丁酯溶于50ml去离子水中，通过充分的水解反应，得到黄色的偏钛酸沉淀。再向上述偏钛酸沉淀中加入8ml的双氧水，双氧水的浓度为65%。然后通过功率为80W超声波进行超声10分钟，得到淡黄色溶胶。同时加入1ml乙酰丙酮，在90度回流处理20分钟，得到稳定的锐钛矿二氧化钛水溶胶。
将羟基磷灰石浸泡于上述制备的二氧化钛水溶胶中，时间为4小时。然后将所得到的白色产物过滤、干燥，再600度煅烧40分钟即可。
实施例3。
将HNO3溶液缓慢加入到50 ml 0.3mol/L的NaH2PO4溶液中，直至溶液的pH值为2.6，在机械搅拌条件下，将50 ml 0.5 mol/L Ca(CH3COO)2溶液逐滴加入到NaH2PO4酸性溶液中，剧烈搅拌使其混合均匀，在混合溶液中加入1.08 g尿素、10滴CoatOSil 77，升温至85℃，使其反应50h，将反应液过滤、洗涤数次后干燥，即可得到所需的羟基磷灰石。
将1.5ml钛酸四正丙酯溶于40ml去离子水中，通过充分的水解反应，得到黄色的偏钛酸沉淀。再向上述偏钛酸沉淀中加入4ml的双氧水，双氧水的浓度为65%。然后通过功率为90W超声波进行超声30分钟，得到淡黄色溶胶。同时加入1ml异丙醇，在70度回流处理50分钟，得到稳定的锐钛矿二氧化钛水溶胶。
将羟基磷灰石浸泡于上述制备的二氧化钛水溶胶中，时间为4小时。然后将所得到的白色产物过滤、干燥，再600度煅烧40分钟即可。
实施例4。
将HNO3溶液缓慢加入到99.8 ml 0.15 mol/L的(NH4)2HPO4溶液中，直至溶液的pH值为2.4，在机械搅拌条件下，将50 ml 0.5 mol/L Ca(NO3)2溶液逐滴加入到(NH4)2HPO4酸性溶液中，剧烈搅拌使其混合均匀，在混合溶液中加入1.08 g尿素、10滴Silwet 408，升温至80℃，使其反应48h，将反应液过滤、洗涤数次后干燥，即可得到所需的羟基磷灰石。
将2ml四氯化钛溶于50ml去离子水中，通过充分的水解反应，得到黄色的偏钛酸沉淀。再向上述偏钛酸沉淀中加入5ml的双氧水，双氧水的浓度为65%。然后通过功率为30W超声波进行超声100分钟，得到淡黄色溶胶。同时加入1ml异丙醇，在70度回流处理50分钟，得到稳定的锐钛矿二氧化钛水溶胶。
将羟基磷灰石浸泡于上述制备的二氧化钛水溶胶中，时间为4小时。然后将所得到的白色产物过滤、干燥，再600度煅烧40分钟即可。