一种低温矿化制备亚纳米级羟基磷灰石超细针的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种具有羟基磷灰石特性的亚纳米超细针的矿化制备方法。
【背景技术】
[0002]羟基磷灰石(Caw(OH)2(PO4)6，HAp)是一种钙磷灰石的自然矿物化，具有优良的生物相容性和生物活性，可以纳米尺度与有机高分子自组装成脊椎动物骨骼和牙齿等硬组织。
[0003]目前生物矿化法是一种最温和的获得羟基磷灰石的方法，所制备的产物广泛用于生物组织材料中。但是水相体系制备的产物通常尺寸较大，形貌不规则，对于后期构筑复合材料会存在有机无机材料结合度低，组装强度差等问题。利用溶胶凝胶、水热法、煅烧法制备的纳米羟基磷灰石结晶度高，但相对降解周期长。此外，纳米羟基磷灰石的超细超微的亚纳米结构通常通过引入异质离子限制目标粒子某一维度生长的方法而获得，工艺条件相对复杂，重现性较差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种具有羟基磷灰石特性的超细亚纳米针的矿化制备方法。
[0005]本发明的实现过程如下:
一种制备亚纳米级羟基磷灰石超细针的方法，其在油酸和乙醇的混合体系中，加入钙盐水溶液和磷酸盐水溶液，最终油酸、乙醇、水的体积比为(1~5): (5-10): (5~20)，在0°C?30°C静置1~14天，即可获得纯的亚纳米级羟基磷灰石超细针。
[0006]上述钙盐为硝酸钙；磷酸盐选自磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵；钙盐与磷酸盐的摩尔比为1: 1.67。
[0007]上述终产物使用环己烷和乙醇反复洗涤数次，环己烷为洗涤剂，乙醇为助沉淀剂。
[0008]上述制备的亚纳米级超细针直径为0.5~0.8 nm，长度为20~ 120nm。
[0009]上述方法制备的亚纳米级羟基磷灰石超细针在制备涂层材料或生物复合材料中的应用。
[0010]本发明基于天然物质矿化的机理，借鉴生物体内硬组织形成环境中存在疏水性物质，改变以往生物质矿化体系为水相体系，在矿化反应体系中引进疏水性物质形成亲疏水性混合体系，获得具有羟基磷灰石特性的超细亚纳米针。
[0011 ] 本发明优点与积极效果:本发明基于生物矿化法，考虑到生物体内羟基磷灰石形成环境不仅仅是亲水的体液环境，而且该环境中还同时存在疏水性的脂质类有机物质，故模拟该环境模式，改变以往生物矿化体系为亲水性环境的范畴，建立了一种简单的油酸、乙醇和水的混合体系，进行低温矿化合成羟基磷灰石超细纳米针。本发明制备方法原料廉价易得，成本低，合成工艺简单易实现，产品质量稳定，工艺放大容易且重现性能好；本方法所制备的亚纳米级超细针具有良好的自组装特性，可用于膜材料的制备，也可用于复合材料的填充材料；超细针低结晶性使其可降解性能提升，可用于制备人工骨、骨水泥等生物组织修复材料，并改善目标材料的降解可控性。
【附图说明】
[0012]图1是实施例1制备的超细亚纳米级针的TEM图；
图2是实施例1制备的超细亚纳米针的EDS图；
图3是实施例1制备的超细亚纳米针的红外光谱图；
图4是实施例2制备的超细亚纳米针的TEM图；
图5是实施例5制备的羟基磷灰石的TEM图；
图6是实施例6制备的羟基磷灰石的超细亚纳米针的自组装的TCM图；
图7是实施例6制备的羟基磷灰石超细亚纳米针的自组装的TEM图；
图8是实施例6制备的羟基磷灰石超细亚纳米针生物支架材料的SEM图。
【具体实施方式】
[0013]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0014]实施例1亚纳米级羟基磷灰石超细针的制备在50mL的烧杯中，加入2mL油酸，10mL乙醇，然后再加入0.25M的硝酸钙8mL和0.15M的磷酸钠溶液8mL，搅拌均匀，封孔膜封住烧杯口，在25°C恒温箱中静置7d。反应结束后，离心收集沉淀，并用环己烷和乙醇洗涤数次获得终产物。
[0015]通过透射电镜检测显示反应的产物为亚纳米级超细针，直径约0.5-0.8nm和长约lOOnm，如图1所示；gEDS分析可见所得亚纳米超细针元素组成与羟基磷灰石相同，如图2所示；产物的红外光谱图符合羟基磷灰石的红外光谱特征，如图3所示。
[0016]实施例2亚纳米级羟基磷灰石超细针的制备在50mL的烧杯中，加入2mL油酸，10mL乙醇，然后再加入0.25M的硝酸钙8mL和0.15M的磷酸铵溶液8mL，搅拌均匀，封孔膜封住烧杯口，在4°C冰箱中静置7d。反应结束后，离心收集沉淀，并用环己烷和乙醇洗涤数次获得终产物。通过透射电镜检测产物为亚纳米级超细针，直径约0.5-0.8nm，长约25nm，如图4所示。
[0017]实施例3亚纳米级羟基磷灰石超细针的制备在50mL的烧杯中，加入4mL油酸，10mL乙醇，然后再加入0.25M的硝酸钙10mL和0.15M的磷酸氢钠溶液10mL，搅拌均匀，封孔膜封住烧杯口，在4°C冰箱中静置14d。反应结束后，离心收集沉淀，并用环己烷和乙醇洗涤数次获得终产物。通过透射电镜检测产物为亚纳米级超细针，直径约0.5-0.8nm，长约60nmo
[0018]实施例4亚纳米级羟基磷灰石超细针的制备在250mL的烧杯中，加入20mL油酸，40mL乙醇，然后再加入0.25M的硝酸钙30mL和
0.15M的磷酸钠溶液30mL，搅拌均匀，封孔膜封住烧杯口，在10°C恒温箱中静置14d。反应结束后，离心收集沉淀，并用环己烷和乙醇洗涤数次获得终产物。通过透射电镜检测产物为亚纳米级超细针，直径约0.5-0.8nm，长约80nm。
[0019]实施例5对比实例与实例1类似，不同之处在于矿化体系不引入疏水性油酸，而引入其它亲水性有机分子。
[0020]在50mL的烧杯中，加入0.5g的PEG10000，1mL乙醇，然后再加入0.25M的硝酸钙8mL和0.15M的磷酸钠溶液8mL，搅拌均匀，封孔膜封住烧杯口，在25°C恒温箱中静置7d。反应结束后，离心收集沉淀，并用乙醇和水洗涤数次获得终产物。通过透射电镜检测产物为不规则片和棒，如图5所示。
[0021]实施例6亚纳米超细针的自组装的调控及膜应用
将实例I制备的亚纳米超细针分散于环己烷与乙醇的混合液中制成原料液，进行基质物的浸涂，可被包覆上一层磷灰石自组装膜来改善基质材料的物化性质如防止水浸润性腐蚀等。如图6 (乙醇分散液)和图7 (乙醇加环己烷分散液)为两种自组装制膜的组装微结构TEM图ο
[0022]实施例7亚纳米超细针的生物组织修复材料应用
第一步，超细针表面的亲疏水性转换。取实施例1制备的适量超细针分散于2ml的环己烷中，并加入到溶有20mg Pluronic F127的1ml水溶液中，然后再加入6ml四氢呋喃，震荡混匀后，获得浑浊的悬浮液。然后通过减压旋转蒸发移除混合液中的有机溶剂，再用水洗去多余的Pluronic F127后获得亲水性铕掺杂羟基磷灰石单晶荧光纳米粒子；
第二步，将2g类人胶原蛋白溶解于20g无热原水中，制得13.6%(w/v) HLC水溶液。按蛋白与超细针之比为1:4 (w/w)称取Sg湿超细针，超声数分钟，使其成匀浆状，然后向其中加入适量的上述蛋白水溶液，剧烈震荡混合均匀。将上述制得的粘稠状溶液迅速转入模具中，并置于_80°C的超低温冰箱冷冻下冷冻4h之后，真空冷冻干燥48h。采用0.1%的京尼平溶液在37°C下交联冻干支架材料48h后，用无热原水分多次浸泡洗涤I天，然后再放入超低温冰箱保持4h，取出再放于真空冷冻干燥机中干燥48h后，即得最终的可降解型多孔人工骨支架材料，如图8所示。
【主权项】
1.一种制备亚纳米级羟基磷灰石超细针的方法，其特征在于:在油酸和乙醇的混合体系中，加入钙盐水溶液和磷酸盐水溶液，最终油酸、乙醇、水的体积比为(1-5): (5-10): (5~20)，在0°C?30°C静置1~14天，即可获得纯的亚纳米级羟基磷灰石超细针。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于:钙盐为硝酸钙；磷酸盐选自磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵；钙盐与磷酸盐的摩尔比为1:1.67。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于:使用环己烷和乙醇反复洗涤数次获得的终产物，环己烷为洗涤剂，乙醇为助沉淀剂。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于:制备的亚纳米级超细针直径为0.5-0.8 nm，长度为20~ 120nm。5.权利要求1所述方法制备的亚纳米级羟基磷灰石超细针在制备涂层材料或生物复合材料中的应用。
【专利摘要】本发明提供了一种具有羟基磷灰石特性的亚纳米超细针的矿化制备方法，包括如下步骤：在油酸、乙醇和水的混合液中，加入钙盐溶液和磷酸盐水溶液，在0℃～30℃进行矿化获得纯的具有羟基磷灰石性质的亚纳米超细针。本发明制备的超细针具有好的自组装特性，可用于涂层材料的制备，亦可用于制备可降解生物组织修复材料。
【IPC分类】B82Y30/00, B82Y40/00, C01B25/32
【公开号】CN105129756
【申请号】CN201510605232
【发明人】郑晓燕, 马海霞, 范代娣, 惠俊峰
【申请人】西北大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月22日