本发明属于磷酸钙骨水泥的制备领域，具体涉及一种荧光磷酸钙骨水泥及其制备方法。
背景技术
磷酸钙骨水泥(calciumphosphatecement，cpc)是类似水泥的一种骨修复材料，由一种或多种磷酸钙盐的粉末混合物与经过调配的液相发生发应固化而生成，cpc具有高生物相容、可降解、安全与可塑等性能，是重要的活性生物材料，可应用于骨缺损修复、抗肿瘤、医药载体、净化等生物技术领域。
磷酸钙盐类如磷酸三钙(tricalciumphosphate，tcp)及羟基磷灰石(hydroxyapatite，ha)一般有固相法、沉淀法、溶胶凝胶法制备，在合成过程中加入上转换或长余辉发光材料(如镱-铒离子对/镱-铥离子对/铬等)，可通过发光材料的加入与磷酸钙高温反应产生附着，制备发光磷酸钙骨水泥材料，加入的发光材料也可以不参与反应，制备磷酸钙与上转换或长余辉发光材料的复合材料。因此，将磷酸钙骨水泥与发光材料复合，制备的发光磷酸钙骨水泥复合材料可兼具磷酸钙骨水泥优异的生物相容性、无毒性和复合相荧光标记的性能，在可降解骨植入、骨修复和治疗等生物医学领域具有广阔的应用前景，因此，发展新型发光磷酸钙骨水泥复合材料来示踪标记骨修复过程具有重要现实意义。为此，本发明提供一种荧光磷酸钙骨水泥及其制备方法。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种荧光磷酸钙骨水泥及其制备方法。本发明以硝酸钙、磷酸氢铵为原料，并将发光材料作为特殊原料，与硝酸钙、磷酸氢铵经水浴、抽滤和烧结，得到了具有优异激发发射性能、余辉性能等特质的发光磷酸钙骨水泥复合材料；本发明的制备方法和思路拓宽了磷酸钙骨水泥制备中加入成分的种类，并可以通过调控引入发光材料的种类、含量，制备出具有优异性能的发光骨水泥复合材料。
本发明的目的之一是提供一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法。
本发明的目的之二是提供一种荧光磷酸钙骨水泥。
本发明的目的之三是提供荧光磷酸钙骨水泥及其制备方法的应用。
首先，本发明公开了一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)在硝酸钙溶液中加入发光化合物，然后加入β-环糊精直到饱和，整个过程在恒温水浴下进行，静置，配置成β-环糊精饱和溶液；以β-环糊精为模板，并配制成饱和溶液，以尽可能多地实现最终产物制备；
(2)在恒温水浴下，将磷酸氢铵溶液逐滴加入到步骤(1)的饱和溶液中进行反应，反应期间，不断用氨水调节反应体系的ph，使反应体系保持碱性，发生沉淀反应，抽滤，对将固体产物洗涤、干燥，得到无定型前驱体；采用氨水可以避免引入多余的杂质离子，因为磷酸钙骨水泥最终作为一种骨修复，如果引入过多的其他杂质离子，会严重影响骨修复的效果。
(3)将步骤(2)中的无定型前驱体在惰性或活性气氛下加热保温，即得。
步骤(1)中，所述发光材料的添加量为最终得到的荧光磷酸钙骨水泥的0.01-10％(优选为5％)，质量。
优选的，所述发光化合物为包括发光离子和离子对。
优选的，所述发光离子对包括镱-铒离子对、镱-铥离子对等。
优选的，所述发光离子对的添加方式为：加入含有发光离子或离子对的可溶性硝酸盐，如，当发光离子对为镱-铒离子对时，可在硝酸钙溶液中加入硝酸镱、硝酸铒，从而保持酸根离子相同，避免引入过多的杂质离子。
优选的，所述发光离子包括镱、铒、铬离子、过渡金属离子、具有s2电子壳层的离子。
步骤(1)中，所述静置的时间为24h。
步骤(1)和(2)中，所述恒温水浴的温度为20-40℃，优选为25℃。
步骤(2)中，所述磷酸氢铵的添加量为：n(ca)/n(p)＝0.5-4，优选为1.5。
步骤(2)中，所述应体系的ph保持在10-11之间。
步骤(2)中，所述反应时间为30min。
步骤(2)中，所述洗涤为：先后用水和无水乙醇各洗两次，且在最终完成洗涤之前不可使固体产物接触空气。
步骤(3)中，所述加热温度优选为600-700℃，时间为30-240min。
步骤(3)中，所述惰性包括氩气、氦气、氮气中的至少一种。
步骤(3)中，所述活性气氛包括氨气、空气中的至少一种，优选为氨气。
其次，本发明还公开了荧光磷酸钙骨水泥，包括骨水泥和发光化合物。
所述骨水泥为二水磷酸氢钙、无水磷酸氢钙、磷酸八钙、磷酸四钙、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、羟基磷灰石的一种或一种以上的混合物。
优选的，所述发光离子对包括镱-铒离子对、镱-铥离子对等。
优选的，所述发光离子包括镱、铒、铬等离子、过渡金属离子、具有s2电子壳层的离子。
所述发光化合物的质量为荧光磷酸钙骨水泥的0.01-10％，优选为5％。
最后，本发明还公开了荧光磷酸钙骨水泥及其制备方法在骨缺损修复、抗肿瘤、医药载体领域中的应用。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
(1)本发明以硝酸钙、磷酸氢铵为原料，将发光材料与硝酸钙、磷酸氢铵经水浴、抽滤和烧结，得到了具有优异激发发射性能、余辉性能等特质的发光磷酸钙骨水泥复合材料；本发明的制备方法和思路拓宽了磷酸钙骨水泥制备中加入成分的种类，并可以通过调控引入发光材料的种类、含量，制备出具有优异性能的发光骨水泥复合材料。
(2)立足生物材料骨水泥，通过与上转换、长余辉等发光材料复合实现生物造影的功能。这种材料集骨材料与发光材料的优势，实现骨材料在修复过程中的实时监控，排除生物体自荧光的干扰，提高信噪比，具有良好的成像效果，这种造影方法避免了ct造影的辐射损伤，降低了成本，减缓了病患的痛苦。
(2)本发明在骨水泥的制备过程中，将发光材料作为特殊原料加入，制备的发光骨水泥复合材料，可兼具磷酸钙骨水泥优异的生物相容性、无毒性和复合相荧光标记的性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实施例1制备的镱/铒掺杂α-磷酸三钙骨水泥复合材料的sem图。
图2为本发明实施例1制备的镱/铒掺杂α-磷酸三钙骨水泥复合材料的xrd图。
图3为本发明实施例1制备的镱/铒掺杂α-磷酸三钙骨水泥复合材料的激发发射光谱图。
图4为本发明实施例2制备的铬掺杂α-磷酸三钙水泥复合材料的sem图。
图5为本发明实施例2制备的铬掺杂α-磷酸三钙水泥复合材料的xrd图。
图6为本发明实施例2制备的铬掺杂α-磷酸三钙水泥复合材料复合生物成像图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，将磷酸钙骨水泥与发光材料复合，制备的发光磷酸钙骨水泥复合材料可兼具磷酸钙骨水泥优异的生物相容性、无毒性和复合相荧光标记的性能，在可降解骨植入、骨修复和治疗等生物医学领域具有广阔的应用前景，因此，本发明提出了一种荧光磷酸钙骨水泥及其制备方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)称量0.9446g硝酸钙配制20ml的溶液，并称量并添加0.0898g硝酸镱、0.0089g硝酸铒，待硝酸钙完全溶解后，在溶液中添加β-环糊精，直到饱和(β-环糊精在25℃的溶解度为1.88g)，静置24h，得到饱和溶液，整个过程在25℃水浴锅中进行；
(2)称量0.3521g磷酸氢氨配制20ml的溶液；在25℃的水浴中，不断将磷酸氢氨溶液逐滴滴入到步骤(1)中的饱和溶液中，并搅拌，使其发生沉淀反应，反应期间，不断用氨水调节ph，使其保持在11；在磷酸氢氨溶液滴完后，保持搅拌，使其继续反应30min；反应完成后，抽滤，先后用水和无水乙醇各洗两次(每次加入原液不可多于300ml，在最终完成洗涤之前不可使反应产物接触空气)，在室温下干燥24h，得到白色蓬松的固体，即无定形磷酸三钙前驱体；
(3)将步骤(2)中的前驱体在空气气氛下电阻炉中660℃下保温200min，随炉冷却，即得发光骨水泥α-tcp:2％yb,0.2％er(镱铒掺杂的α-磷酸三钙)。
实施例2
一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法，同实施例1，区别在于：所述的发光离子为铬，计算并制备α-tcp:0.01％cr。
实施例3
一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法，同实施例2，区别在于：所述的发光离子为铬，计算并制备α-tcp:10％cr。
实施例4
一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法，同实施例1，区别在于：分别称量0.9446g硝酸钙配制20ml的溶液，称量1.0565g磷酸氢氨配制20ml的溶液，使得n(ca)/n(p)＝0.5，得到荧光ca(h2po4)2。
实施例5
一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法，同实施例1，区别在于：将硝酸镱、硝酸铒的加入量调整为5％和0.5％。
实施例6
一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法，同实施例1，区别在于：将硝酸镱、硝酸铒的加入量调整为10％和1％。
实施例7
一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(1)和(2)中，恒温水浴的温度均为20℃。步骤(1)和(2)中，按n(ca)/n(p)＝4，配制体积相同的硝酸钙和磷酸氢氨溶液。步骤(3)中，保温温度为700℃下，气氛为氨气。
实施例8
一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(1)和(2)中，所述恒温水浴的温度为20℃。步骤(1)和(2)中，按n(ca)/n(p)＝2，配制体积相同的硝酸钙和磷酸氢氨溶液。步骤(3)中，保温温度为600℃下，气氛为氮气。
实施例9
一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(1)和(2)中，所述恒温水浴的温度为30℃。步骤(1)和(2)中，按n(ca)/n(p)＝1，配制体积相同的硝酸钙和磷酸氢氨溶液。步骤(3)中，保温温度为700℃，保温时间为30min。
实施例10
一种荧光磷酸钙骨水泥的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(1)和(2)中，所述恒温水浴的温度为35℃。步骤(1)和(2)中，按n(ca)/n(p)＝3，配制体积相同的硝酸钙和磷酸氢氨溶液。步骤(3)中，保温温度为600℃下，保温时间为240min。
从图1-6可以看出：本发明制备的荧光磷酸钙骨水泥具有余辉的特性，在外加光激发后，去掉激发光(停掉、遮蔽等)材料仍然可以发光，图6中是停掉外加光激发后的第1和8分钟的情况。激发光为270nm紫外光；发射光为700nm近红外光，可持续余辉时长8min以上。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。