专利名称：一种纳米掺锶羟基磷灰石粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种棒状纳米掺锶羟基磷灰石粉体的制备技术，属于化学和生物材料领域。纳米掺锶羟基磷灰石具有优良的生物相容性和生物活性，被认为是最有前途的人工齿和人工骨替换材料，其化学分子式为Ca1(l-X Srx(PO4)6(OH)20
背景技术：
羟基磷灰石(Caltl (PO4)6 (OH)2,简写为HA)与人骨、牙釉质和牙本质的矿物质组分及结构相似，因此具有良好的生物相容性和生物活性。人工合成HA陶瓷被大量地应用于骨替换植入材料，在硬组织修复材料领域中有很大的应用价值，被认为是最有前景的人工齿和人工骨替换材料。然而人工合成的HA用于硬组织的置换还存在一些不足如骨诱导性差，脆性大，在体内不容易降解等。而通过在传统的HA当中加入锶，可以对HA的性能进行改良，从而提高生物相容性，并有利于细胞的黏附和增殖。HA具有较强的活性，分子结构中的Ca可以被别的元素取代。Sr离子和Ca离子之间具有相似的化学性质，用Sr元素替换纳米HA中的部分钙元素，可以得到纳米的掺Sr 的HA。Sr存在于骨头的矿物区中，特别是在一些高代谢的关节处，Sr元素在治愈骨质疏松上的作用是比较显著的，同时可以增加造骨细胞和减少破骨细胞的数量并抑制其活性， 并且Sr还可以抑制骨的消融并刺激骨的形成。Lin等通过对含不同浓度锶的HA的研究表明，锶的加入还可以调节其内部结构，拓宽骨晶体的尺寸，增加骨的强度(Synthesis， Characterization and Antibacterial Property of Strontium Half and Totally Substituted Hydroxyapatite Nanoparticles. DOI 10.1007/sll595_006_4475_2)。总的来说，Sr掺入HA中有以下几方面的意义第一，增加机械性能，由于少量锶元素的置换，在一定程度上减少了晶格缺陷，使原子间的排列更加紧密，起到了一种化学强化的作用。第二，增强骨的诱导性和提高其生物降解率，因为Sr的加入形成置换固溶体，并使 HA的晶格发生形态的改变，从而改变其结晶性和生物降解性。第三，更好的生物相容性，在自然骨中Sr是一种微量元素，加了 Sr的HA与自然骨更接近。第四，良好的安全性，加Sr 后的HA实验证明是无毒的。关于纳米HA合成的研究，重点是控制其形态、尺寸和结构，因为这些参数对烧结磷酸钙盐的强度、细胞毒性及其在应用过程中的骨整合性有着强烈的影响。常用的制备方法有化学法、水热法及溶胶一凝胶法等。化学沉淀法制备磷酸钙粉体的形貌无规则、均勻性差；溶胶一凝胶法得到的粉体结晶度差，一般需要进一步烧结得到所需晶体；相比而言，水热法是一种简单而实用的方法，制备的磷酸钙粉体结晶度好，形貌单一。另外，在水热合成过程中，可以通过加入乙二醇、乙烯二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸等表面活性剂来调控磷酸钙盐的形态和尺寸。利用水热法制备纳米掺锶HA的制备较少见报道。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单、制备条件宽松的纳米掺锶羟基磷灰石粉体的制备方法，本方法所得掺锶羟基磷灰石粉体纯度高，粒径十分均勻。本发明的技术方案是这样实现的一种纳米掺锶羟基磷灰石粉体的制备方法，其制备步骤为
(1)按Sr/(Ca+Sr)摩尔比为(3 12) 100和(Ca+Sr)/P摩尔比为10 6对 Ca (NO3) 2 · 4H20、Sr(NO3)2 · 4H20 和 Na2HPO4 · 12H20 进行配料；
(2)将Ca(NO3)2· 4H20与Sr(NO3)2 · 4H20共同溶于水中形成1#溶液，1#溶液中Ca2+与 Sr2+的浓度和为0. Γ0. 25mol/L ；将Na2HPO4 · 12H20溶于水中形成2#溶液，分别调节1#溶液和2#溶液pH值为9 11 ；
(3)在搅拌的条件下，将2#溶液缓慢加入到1#溶液中形成混合液，并调整混合液 PH值为9 11 ；
(4)将第(3)步所得的混合液升温至6(T80°C后，恒温磁力搅拌广3小时，搅拌完成后再次调整PH值至纩11 ；
(5)将第(4)步所得的混合液升温至13(T170°C后，保温4、小时进行水热反
应；
(6)水热反应结束后冷却至室温，对混合液进行抽滤，再用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤滤饼直到滤液PH值不再发生变化，最后将滤饼在6(T80°C下恒温烘干即得到掺锶羟基磷灰石粉体。由于水热反应过程中有大量的HNO3生成，为了减小反应过程PH值的变化，本发明在1#溶液中加入有Na2EDTA · 2H20，(Ca+Sr)/EDTA摩尔比为(4 6) 1。相比现有技术，本发明具有如下两个主要优点
1.实验方法简单、经济、可控，实验条件比较宽松，在较大的Ca/Sr比和温度范围内均可得到较纯的掺锶HA粉体，便于应用于工业大规模生产；
2.利用Na2EDTA控制水热反应条件，可以得到粒径十分均勻的纯的掺锶HA粉体，纯度高于95%，且Na2EDTA可以经过简单回收实现二次利用。
图1-本发明掺锶羟基磷灰石粉体制备流程图。图2-实施例1制备得到的掺锶HA的透射电镜照片。
具体实施例方式本发明纳米掺锶羟基磷灰石粉体的制备方法，其制备步骤为，同时参见图1 :
(1)按Sr/(Ca+Sr)摩尔比为(3 12) 100和(Ca+Sr)/P摩尔比为10 6对 Ca (NO3) 2 · 4H20、Sr(NO3)2 · 4H20 和 Na2HPO4 · 12H20 进行配料。(2)将Ca(NO3)2 ·4Η20与Sr(NO3)2 ·4Η20共同溶于水中形成1#溶液，1#溶液中Ca2+ 与Sr2+的浓度和为0. Γ0. 25mol/L ；将Na2HPO4 · 12H20溶于水中形成2#溶液，分别用NaOH溶液调节1#溶液和2#溶液pH值为9 11。(3)在搅拌的条件下，将2#溶液缓慢加入到1#溶液中形成混合液，并用NaOH 溶液调整混合液PH值为纩11 ；混合时在搅拌的条件下进行，能使之充分均勻混合。(4)将第(3)步所得的混合液升温至6(T80°C后，恒温磁力搅拌1 3小时， 搅拌完成后再次用NaOH溶液调整pH值至9 11。(5)将第(4)步所得的混合液升温至13(T170°C后，保温4、小时进行水热反应。(6)水热反应结束后冷却至室温，对混合液进行抽滤，再用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤滤饼直到滤液PH值不再发生变化，最后将滤饼在6(T80°C下恒温烘干即得到掺锶羟基磷灰石粉体。经透射电子显微镜观察证实，最终得到的掺杂HA粉体为尺寸为5(T70nm左右的纳米晶体。水热反应过程为(10-x)Ca (NO3) 2 · 4H20 + χ Sr (NO3) 2 · 4Η20 + 6 Na2HPO4 ‘ 12H20 —Ga10_x Srx(PO4)6(OH)2 + 12 NaNO3 + 8 HNO3 + IlOH2O,可见反应过程中有大量的 HNO3 生成，为了减小反应过程PH值的变化，初始Ca (NO3) 2 · 4H20和Sr (NO3) 2 · 4H20混合溶液(即 1#溶液)中加入适量的Na2EDTA ·2Η20作为辅助剂，对控制反应产物的纯度能起到很好的效果，(Ca+Sr)/EDTA 摩尔比为(4 6) 1。本发明制备的纳米掺锶羟基磷灰石粉体可以经过烧结制备掺杂HA陶瓷。本发明的纳米掺杂HA粉体的长度为5(T70nm左右，Sr的实际掺杂量为2mol. 0^lOmol. %。下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。实施列1
称取 0. 0025mol(约 0. 931g)Na2EDTA ·2Η20 粉体、0. 011875mol(约 2. 804g)Ca (NO3)2 ·4Η20 和0. 000625mol (约0. 177g)Sr (NO3) 2 ·4Η20粉体，依次溶入40毫升去离子水并充分搅拌溶解，用50毫升容量瓶定容，配制得到1 #溶液；称取0. 0075mol (约2. 686g) Na2HPO4 · 12H20 溶入40毫升去离子水中并搅拌至完全溶解，配制得到2 #溶液；用提前配好的5mol/L的 NaOH溶液将1#和2#溶液调整PH=IO，在剧烈搅拌的条件下，将2#溶液逐滴加入到1#溶液中，滴加完成后得到100毫升混合溶液，用5mol/L的NaOH溶液调整混合液pH=10 ；然后将 100毫升混合液恒温60°C磁力搅拌2小时，搅拌完成后再次用5mol/L的NaOH调整pH=10，然后将混合液放到聚四氟乙烯反应釜中，使其在干燥箱中进行水热反应，水热温度为150。C， 时间为6小时；完成水热反应后，对混合液进行抽滤，同时用蒸馏水-乙醇-蒸馏水-乙醇对析出的沉淀物反复进行四次清洗；最后，在干燥箱中恒温60 °c,io小时粉体烘干。实施例1制备得到的掺锶HA的透射电镜照片见图2，粉体粒径为70nm左右。实施例1中，Sr/(Ca+Sr)摩尔比为5 100，制得的纳米掺杂HA粉体记作Sr5HA。实施例2
称取 0. 0025mol (约 0. 931g)Na2EDTA ·2Η20 粉体、0. 01125mol (约 2. 657g)Ca (NO3)2 ·4Η20 和0. 00125mol (约0. 355g) Sr(NO3)2 · 6H20粉体，依次溶入40毫升去离子水并充分搅拌溶解，用50毫升容量瓶定容，配制得到1 #溶液；称取0. 0075mol (约2. 686g) Na2HPO4 · 12H20 溶入40毫升去离子水中并搅拌至完全溶解，配制得到2 #溶液；用提前配好的5mol/L的 NaOH溶液将1#和2#溶液调整PH=IO，在剧烈搅拌的条件下，将2#溶液逐滴加入到1#溶液中，滴加完成后得到100毫升混合溶液，用5mol/L的NaOH溶液调整混合液pH=10 ；然后将100毫升混合液恒温60°C磁力搅拌2小时，搅拌完成后再次用5mol/L的NaOH调整pH=10，然后将混合液放到聚四氟乙烯反应釜中，使其在干燥箱中进行水热反应，水热温度为150。C， 时间为6小时；完成水热反应后，对混合液进行抽滤，同时用蒸馏水-乙醇-蒸馏水-乙醇对析出的沉淀物反复进行四次清洗；最后，在干燥箱中恒温60°C，10小时将粉体烘干。
实施例2中，Sr/(Ca+Sr)摩尔比为10 100，制得的纳米掺杂HA粉体记作SrlOHA。
权利要求
1.一种纳米掺锶羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于，其制备步骤为(1)按Sr/(Ca+Sr)摩尔比为(3 12) 100和(Ca+Sr)/P摩尔比为10 6对 Ca (NO3) 2 · 4H20、Sr(NO3)2 · 4H20 和 Na2HPO4 · 12H20 进行配料；(2)将Ca(NO3)2· 4H20与Sr(NO3)2 · 4H20共同溶于水中形成1#溶液，1#溶液中Ca2+与 Sr2+的浓度和为0. Γ0. 25mol/L ；将Na2HPO4 · 12H20溶于水中形成2#溶液，分别调节1#溶液和2#溶液pH值为9 11 ；(3)在搅拌的条件下，将2#溶液缓慢加入到1#溶液中形成混合液，并调整混合液 PH值为9 11 ；(4)将第(3)步所得的混合液升温至6(T80°C后，恒温磁力搅拌广3小时，搅拌完成后再次调整PH值至9 11 ；(5)将第(4)步所得的混合液升温至13(T170°C后，保温4、小时进行水热反应；(6)水热反应结束后冷却至室温，对混合液进行抽滤，再用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤滤饼直到滤液PH值不再发生变化，最后将滤饼在6(T80°C下恒温烘干即得到掺锶羟基磷灰石粉体。
2.根据权利要求1所述的纳米掺锶羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于所述1# 溶液中加入有Na2EDTA · 2H20，(Ca+Sr)/EDTA摩尔比为(4 6) 1。
3.根据权利要求1或2所述的纳米掺锶羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于本方法所有需要调节PH值的地方均使用NaOH溶液。
全文摘要
本发明公开了一种纳米掺锶羟基磷灰石粉体的制备方法，将配好的Ca(NO3)2·4H2O与Sr(NO3)2·4H2O溶于水中形成1#溶液，将Na2HPO4·12H2O溶于水中形成2#溶液，调节1#、2#溶液pH值为9~11；将2#溶液缓慢加入到1#溶液中并调整混合液pH值为9~11；混合液升温至60~80℃后，搅拌1~3小时，再次调整pH值至9~11；再升温至130~170℃后，保温4~8小时进行水热反应；水热反应后依次经冷却、抽滤、洗涤、烘干即得到掺锶羟基磷灰石粉体。本方法简单、经济、可控，实验条件比较宽松，在较大的Ca/Sr比和温度范围内均可得到粒径十分均匀的较纯的掺锶HA粉体，便于应用于工业大规模生产。
文档编号B82Y40/00GK102390823SQ20111023927
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者左蔼龄, 辛仁龙, 高家诚 申请人:重庆大学