钙镁磷酸盐纳米结构材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钙镁磷酸盐纳米结构材料及其制备方法，具体涉及一种采用水溶性钙盐作为钙源、水溶性镁盐作为镁源、含磷生物分子作为磷源，通过加热反应体系获得所述钙镁磷酸盐纳米结构材料的制备方法，属于生物材料制备领域。
【背景技术】
[0002]钙和镁是人体主要元素之一，是细胞生长所必需的营养元素，并对人体各种生命活动起着重要的调节作用，例如镁能调节骨组织的代谢，影响骨组织中矿物的矿化和结晶过程。钙元素主要以无定形磷酸钙、羟基磷灰石、磷酸三钙等矿物的形式存在于人体硬组织如骨骼和牙齿之中，而镁元素则通常与钙元素一起以磷酸盐矿物的形式共同存在于骨骼之中，例如硬组织中的白磷钙石即为一种钙镁磷酸盐矿物。
[0003]钙元素与镁元素共同形成的钙镁磷酸盐材料具有十分优越的生物相容性和生物可降解性。与纯的磷酸钙或者磷酸镁材料相比，钙镁磷酸盐材料具有更加优越的生物学性能。例如镁掺杂的磷酸钙材料与纯磷酸钙材料相比，更容易促进成骨细胞的粘附和生长。镁掺杂的磷酸钙骨水泥具有可控的机械性能以及降解速率。因此钙镁磷酸盐材料在临床医学中具有良好的应用前景。
[0004]近年来，科研人员努力制备各种钙镁磷酸盐陶瓷或骨水泥材料，并探索其在生物医学领域的应用。例如 Klammert 等人(Acta B1materialia 7，3469 - 3475 (2011))按照摩尔比为 2:1:6:3 混合 CaHPO4, CaCO3, MgHPO4.3H20 及 Mg (OH) 2粉体，并在 1100°C下烧结 6小时制备出钙镁磷酸盐陶瓷材料，并研宄了该材料在体内的降解行为。Lu等人(J.Mater.Sc1.:Mater.Med.22,607 - 615(2011))将氧化镁与磷酸二氢钙混合料直接掺入羟基磷灰石骨水泥中，制备出钙镁磷酸盐骨水泥，并研宄了该骨水泥的细胞相容性、降解和骨再生性會K。
[0005]虽然目前文献已有报道制备钙镁磷酸盐的方法，但大多采用将钙盐、镁盐以及无机磷源直接混合并通过烧结等方式来获得钙镁磷酸盐陶瓷或水泥材料，很少有人直接合成钙镁磷酸盐纳米粉体。另外，使用无机磷酸盐作为磷源，在反应的初期，溶液中的钙离子、镁离子与磷酸根离子均处于过饱和状态，容易结晶长大，尺寸和形貌难以控制。
【发明内容】
[0006]面对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种制备稳定的钙镁磷酸盐纳米结构材料的方法。本发明人经过研宄认识到含磷生物分子作为磷源具有优势，例如磷酸肌酸钠盐，在加热条件下水解能产生磷酸根离子，与溶液中加入的钙离子和镁离子反应形成钙镁磷酸盐纳米结构材料。通过调节反应初期加入的钙盐与镁盐的摩尔比，可以获得不同物相和不同形貌的钙镁磷酸盐纳米结构材料。含磷生物分子作为磷源及其水解后的产物可引入到钙镁磷酸盐纳米结构中，还可以改善其生物学性能。
[0007]在此，本发明提供一种钙镁磷酸盐纳米结构材料的制备方法，以水溶性钙盐作为钙源、水溶性镁盐作为镁源、含磷生物分子作为磷源，通过水热反应获得钙镁磷酸盐纳米结构材料，其中，通过调节钙源与镁源的摩尔比来调控钙镁磷酸盐纳米结构材料的物相和形貌。
[0008]本发明以含磷生物分子作为磷源，一方面利用其在加热条件下的水解特性产生磷酸根离子，并与溶液中存在的钙离子和镁离子反应形成钙镁磷酸盐纳米结构材料，同时还可利用含磷生物分子及其水解后的产物对所产生的钙镁磷酸盐纳米结构进行调控并自组装，形成多级结构。而且，还可以调节钙源与镁源的摩尔比来调控钙镁磷酸盐纳米结构材料的物相和形貌，从而可以通过同一种方法获得具有不同物相和形貌的钙镁磷酸盐纳米结构材料。此外，含磷生物分子本身生物降解性能好，环境友好。本发明制得的钙镁磷酸盐纳米结构材料有望应用于生物医学以及组织工程等领域。
[0009]较佳地，钙源和镁源的摩尔比为1:1000?1000:1，优选为1:100?100:1，更优选为 1:10 ?10:1。
[0010]较佳地，通过调控钙源与镁源的摩尔比，使所获得的钙镁磷酸盐纳米结构材料的物相为羟基磷灰石/白磷钙石复合相、白磷钙石相、白磷钙石/无定形复合相、无定形相、或无定形/五水合磷酸镁复合相。
[0011]较佳地，通过调控钙源与镁源的摩尔比，使所获得的钙镁磷酸盐纳米结构材料的形貌为纳米棒/纳米片组装空心微球、纳米颗粒组装空心微球、亚微米实心微球、微米实心微球、或纳米片。
[0012]较佳地，所述含磷生物分子为磷酸肌酸、和/或磷酸肌酸盐和/或其水合物，优选为磷酸肌酸钠盐和/或其水合物；所述水溶性钙盐为氯化钙和/或其水合物、硝酸钙和/或其水合物、和/或乙酸钙和/或其水合物；所述水溶性镁盐为氯化镁和/或其水合物、硝酸镁和/或其水合物、和/或乙酸镁和/或其水合物。
[0013]较佳地，在所述混合水溶液中，所述钙源的摩尔浓度为0.001?5摩尔/升，优选为0.005?0.1摩尔/升；所述镁源的摩尔浓度为0.001?5摩尔/升，优选为0.005?0.1摩尔/升；所述磷源的摩尔浓度为0.001?5摩尔/升，优选为0.005?0.1摩尔/升。
[0014]较佳地，在所述混合水溶液中，钙源和镁源的摩尔量总和与磷源的摩尔比为1:10 ?10:1，优选为 1:2 ?5:1。
[0015]较佳地，所述混合水溶液的pH为4?11。
[0016]较佳地，所述水热反应的反应温度为100?200°C，反应时间为I?48小时。
[0017]另一方面，本发明还提供由上述制备方法制备的钙镁磷酸盐纳米结构材料，所述钙镁磷酸盐纳米结构材料的物相包括羟基磷灰石/白磷钙石复合相、白磷钙石相、白磷钙石/无定形复合相、无定形相、以及无定形/五水合磷酸镁复合相；所述钙镁磷酸盐纳米结构材料的形貌包括纳米棒/纳米片组装空心微球、纳米颗粒组装空心微球、亚微米实心微球、微米实心微球以及纳米片。
[0018]本发明的制备工艺简单、操作方便，不需要昂贵复杂的设备，易于实现工业化生产。通过本发明所述制备方法制备的钙镁磷酸盐纳米结构材料作为生物医用材料在药物输运、基因转染、硬组织修复等领域具有良好的应用前景。本发明的制备方法对扩展磷酸钙以及磷酸镁类生物材料的种类及应用范围具有重要的科学意义和应用价值。
【附图说明】
[0019]图1为不同实验条件下制得样品的X射线衍射(XRD)图；
图2为实施例1中样品的扫描电镜(SEM)照片和透射电镜(TEM)照片(插入小图)； 图3为实施例2中样品的扫描电镜(SEM)照片和透射电镜(TEM)照片(插入小图)； 图4为实施例3中样品的扫描电镜(SEM)照片和透射电镜(TEM)照片(插入小图)； 图5为实施例4中样品的扫描电镜(SEM)照片和透射电镜(TEM)照片(插入小图); 图6为实施例5中样品的扫描电镜(SEM)照片和透射电镜(TEM)照片(插入小图); 图7为实施例6中样品的扫描电镜(SEM)照片和透射电镜(TEM)照片(插入小图); 图8为实施例7中样品的扫描电镜(SEM)照片和透射电镜(TEM)照片(插入小图)。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图及下述【具体实施方式】进一步说明本发明，应理解，下述实施方式和/或附图仅用于说明本发明，而非限制本发明。
[0021]本发明以水溶性钙盐作为钙源、水溶性镁盐作为镁源、含磷生物分子作为磷源，即以水溶性钙盐作为钙源、水溶性镁盐作为镁源、含磷生物分子作为磷源，以水为溶剂，通过加热使含磷生物分子水解而缓慢产生磷酸根离子并与溶液中的钙离子和镁离子反应形成钙镁磷酸盐纳米结构材料。
[0022]作为钙源，可采用常用的水溶性钙盐，例如氯化钙、硝酸钙、乙酸钙等，应理解可采用一种水溶性钙盐，也可采用两种或两种以上的水溶性钙盐；此外还应理解可以采用水溶性钙盐水合物，例如CaCl2.2H20o
[0023]作为镁源，可采用常用的水溶性镁盐，例如氯化镁、硝酸镁、乙酸镁等，应理解可采用一种水溶性镁盐，也可采用两种或两种以上的水溶性镁盐；此