專利名稱：一種羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，涉及一種羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料及其制備方 法。
背景技術(shù)：
生物材料的發(fā)展歷史表明與天然組織的相似程度越高，其生物相容性及生物學(xué) 功能就越好。構(gòu)建生物安全性高的納米載體材料應(yīng)當首先從生物體內(nèi)尋找啟發(fā)。人體中的 主要固態(tài)無機成分是以鈣鹽的形式存在于骨骼和牙齒中。骨基質(zhì)中的主要無機成分是磷酸 鈣(約占質(zhì)量的65%)，以結(jié)晶羥基磷灰石(HA)的形式存在。因此，鈣基磷酸鹽類生物材料 具有良好的生物相容性及生物活性，并且無毒，它們是理想的生物材料，正是構(gòu)建高生物安 全性硬組織修復(fù)材料和藥物/基因載體的最佳選擇。目前，納米羥基磷灰石在組織修復(fù)領(lǐng) 域已經(jīng)成為一個研究的熱點，但具有仿生結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石材料的制備仍然是一個挑戰(zhàn)。目前，已有制備羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)的方法主要為表面活性劑輔助合成，基質(zhì)材 料如聚合物表面礦化等。在使用表面活性劑或聚合物的復(fù)雜條件下，制備得到結(jié)構(gòu)和組分 上具有一定仿生結(jié)構(gòu)的材料，但表面活性劑和聚合物的引入往往會影響制備的羥基磷灰石 材料的理化及生物學(xué)性質(zhì)。利用簡單的方法，在無表面活性劑存在的條件下，制備仿生結(jié)構(gòu) 的羥基磷灰石仍具有較大難度。仿生結(jié)構(gòu)羥基磷灰石在化學(xué)組分和結(jié)構(gòu)上與人體骨組織相似，因此仿生羥基磷灰 石具有優(yōu)良的性能，并在硬組織修復(fù)和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。因此，探索制 備仿生結(jié)構(gòu)羥基磷灰石的新方法具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的制備方法，即一種三元溶 劑體系中經(jīng)溶劑熱反應(yīng)制備羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的簡易方法，所述方法以水溶性鈣 鹽、水溶性磷酸鹽為原料，在水、乙二醇和N，N-二甲基甲酰胺的三元溶劑介質(zhì)中，通過溶劑 熱反應(yīng)，制備出羥基磷灰石管組裝的仿生結(jié)構(gòu)材料或羥基磷灰石線組裝的仿生結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明的羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括如下步驟(1)將水溶性鈣鹽溶于水和乙二醇的混合溶劑中，得到鈣離子濃度為 40-400mmol/L 的溶液；(2)將水溶性磷酸鹽溶于水和乙二醇的混合溶劑中，得到磷酸根離子濃度為 24-240mmol/L 的溶液；(3)將步驟⑴所得的溶液與步驟(2)所得的溶液混和均勻后得到混合溶液，再加 入體積為所述混合溶液2倍量的N，N- 二甲基甲酰胺；其中，混勻方式可采用將一種溶液傾 倒入另一種溶液并同時快速攪拌混合的方式；(4)將步驟(3)所得的溶液加入密閉的反應(yīng)釜中進行溶劑熱反應(yīng)，其中，所述溶劑 熱反應(yīng)的溫度為160-220°C，反應(yīng)時間為1-48小時。
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(5)將溶劑熱反應(yīng)所得的產(chǎn)物依次進行分離、洗滌、干燥后得到所述羥基磷灰石仿 生結(jié)構(gòu)材料。其中，所述分離的手段為離心分離或靜置沉淀；所述洗滌可用水洗滌數(shù)次；所述 干燥溫度可以為在室溫到100°c。優(yōu)選的，步驟⑴中，所述水溶性鈣鹽選自氯化鈣；所述鈣離子濃度為 40-120mmol/L ；優(yōu)選的，步驟(2)中，所述水溶性磷酸鹽選自磷酸二氫鈉；所述磷酸根離子濃度為 24-72. 5mmol/L ；優(yōu)選的，所述水和乙二醇的體積比為1 1-1 9;優(yōu)選的，步驟(4)中，所述溶劑熱反應(yīng)溫度為160-200°C，反應(yīng)時間為24_48小時。本發(fā)明制備方法所得的羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料，其結(jié)構(gòu)為羥基磷灰石管組裝 而成的仿生結(jié)構(gòu)或羥基磷灰石線組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)，且所述仿生結(jié)構(gòu)材料的尺寸均為 20-100微米，其組成單元一維羥基磷灰石管或羥基磷灰石線的直徑均分布在50-300納米。本發(fā)明的羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的制備方法為在三元溶劑體系中經(jīng)溶劑熱反 應(yīng)制備所述羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料，具有操作工藝簡單、反應(yīng)快速、形貌物相可控、原料 廉價易得且成本低、生物相容性好等特點，不需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備，可以批量生產(chǎn)，并在硬 組織修復(fù)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有潛在的應(yīng)用前景。


圖1實施例1的羥基磷灰石管組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料的掃描電子顯微鏡(SEM) 照片圖2實施例2的羥基磷灰石線組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料的透射電子顯微鏡(TEM) 照片圖3實施例1的羥基磷灰石管組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料和實施例2的羥基磷灰石 線組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料的X射線衍射(XRD)譜
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例進一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。實施例1.稱取0. 333克CaCl2溶于12. 5毫升去離子水和12. 5毫升乙二醇混合溶劑中；稱取 0. 282克NaH2PO4 · 2H20溶于12. 5毫升去離子水和12. 5毫升乙二醇混合溶劑中；兩者分別 完全溶解后，將含鈣離子的溶液在快速攪拌的條件下加入磷酸鹽溶液中；然后加入100毫 升N，N-二甲基甲酰胺，并攪拌均勻。取上述溶液60毫升放入100毫升反應(yīng)釜中，密封，在 200°C反應(yīng)24小時。反應(yīng)完全后，經(jīng)冷卻，離心分離、水洗、干燥得到本實施例的產(chǎn)物，本實 施例的產(chǎn)物為由羥基磷灰石管組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料，所述羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的 尺寸為20-100微米，其組成單元中一維羥基磷灰石管的直徑分布為50-300納米。本實施例制得的羥基磷灰石管組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料掃描電子顯微鏡(SEM) 照片如圖1所示，圖1說明產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)為直徑分布在100-300納米范圍內(nèi)的羥基磷灰石管自組裝成的有序仿生結(jié)構(gòu)。所述羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料經(jīng)掃描電子顯微鏡觀測可知其尺 寸為20-100微米。本實施例制得的羥基磷灰石管組裝而成的仿生材料的XRD譜如圖3中a所示，圖 3中a說明產(chǎn)物為羥基磷灰石。實施例2稱取0. 333克CaCl2溶于2. 5毫升去離子水和22. 5毫升乙二醇混合溶劑中；稱取 0. 282克NaH2PO4 · 2H20溶于2. 5毫升去離子水和22. 5毫升乙二醇混合溶劑中；兩者分別 完全溶解后，將含鈣離子的溶液在快速攪拌的條件下加入磷酸鹽溶液中；然后加入100毫 升N，N- 二甲基甲酰胺，并攪拌均勻。取上述溶液60毫升放入100毫升反應(yīng)釜中，密封，在 200°C反應(yīng)24小時。反應(yīng)完全后，經(jīng)冷卻，離心分離、水洗、干燥得到本實施例的產(chǎn)物。本實 施例的產(chǎn)物為由羥基磷灰石線組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料，羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的尺寸 為20-100微米，其組成單元中羥基磷灰石線的直徑分布為50-100納米。本實施例制得的羥基磷灰石線組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料的透射電子顯微鏡(TEM) 照片如圖2所示，圖2說明產(chǎn)物結(jié)構(gòu)為尺寸分布在50-200納米范圍內(nèi)的羥基磷灰石線自組 裝成的有序仿生結(jié)構(gòu)。所述羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料經(jīng)掃描電子顯微鏡觀測可知其尺寸為 20-100 微米。本實施例制得的羥基磷灰石線組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料的XRD譜如圖3中b所 示，圖3中b說明產(chǎn)物為羥基磷灰石。實施例3稱取0. 111克CaCl2溶于2. 5毫升去離子水和22. 5毫升乙二醇混合溶劑中；稱取 0. 094克NaH2PO4 · 2H20溶于2. 5毫升去離子水和22. 5毫升乙二醇混合溶劑中；兩者分別 完全溶解后，將含鈣離子的溶液在快速攪拌的條件下加入磷酸鹽溶液中；然后加入100毫 升N，N- 二甲基甲酰胺，并攪拌均勻。取上述溶液60毫升放入100毫升反應(yīng)釜中，密封，在 160°C反應(yīng)48小時。反應(yīng)完全后，經(jīng)冷卻，離心分離、水洗、干燥得到本實施例的產(chǎn)物。本實 施例的產(chǎn)物為由羥基磷灰石線組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料，羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的尺寸 為20-100微米，其組成單元中羥基磷灰石線的直徑分布在50-300納米。本實施例制得的產(chǎn)物的透射電子顯微鏡(TEM)照片顯示，產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)為尺寸分布 在50-150納米范圍內(nèi)的羥基磷灰石線自組裝而成的有序仿生結(jié)構(gòu)。所述羥基磷灰石仿生 結(jié)構(gòu)材料經(jīng)掃描電子顯微鏡觀測可知其尺寸為20-100微米。本實施例制得的羥基磷灰石線組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料的XRD譜顯示產(chǎn)物為羥
基磷灰石。
權(quán)利要求
一種羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括如下步驟(1)將水溶性鈣鹽溶于水和乙二醇的混合溶劑中，得到鈣離子濃度為40 400mmol/L的溶液；(2)將水溶性磷酸鹽溶于水和乙二醇的混合溶劑中，得到磷酸根離子濃度為24 240mmol/L的溶液；(3)將步驟(1)所得的溶液與步驟(2)所得的溶液混合均勻后得到混合溶液，再加入體積為所述混合溶液2倍量的N，N 二甲基甲酰胺；(4)將步驟(3)所得的溶液加入密閉的反應(yīng)釜中進行溶劑熱反應(yīng)，其中，所述溶劑熱反應(yīng)的溫度為160 220℃，反應(yīng)時間為1 48小時；(5)將溶劑熱反應(yīng)所得的產(chǎn)物依次進行分離、洗滌、干燥后得到所述羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料。
2.如權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于，步驟(1) 中，所述水溶性鈣鹽選自氯化鈣。
3.如權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于，步驟(2) 中，所述水溶性磷酸鹽選自磷酸二氫鈉。
4.如權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于，步 驟(1)中，所述鈣離子的濃度為40-120mmol/L;步驟(2)中，所述磷酸根離子的濃度為 24-72. 5mmol/L0
5.如權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于，步驟(1) 中，所述水和乙二醇的體積比為1 1-1 9。
6.如權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于，步驟(4) 中，所述溶劑熱反應(yīng)溫度為160-200°C。
7.如權(quán)利要求1所述的羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于，步驟(5) 中，所述洗滌步驟采用水進行洗滌。
8.一種羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料，為根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的羥基磷灰石仿生結(jié) 構(gòu)材料的制備方法制得。
9.如權(quán)利要求8所述的羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料，其特征在于，其結(jié)構(gòu)為羥基磷灰石 管組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)或羥基磷灰石線組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)，且所述仿生結(jié)構(gòu)材料的尺寸 均為20-100微米，其組成單元羥基磷灰石管或羥基磷灰石線的直徑均分布在50-300納米。
10.如權(quán)利要求8或9所述的羥基磷灰石仿生結(jié)構(gòu)材料及其經(jīng)過化學(xué)、物理或生物改性 后的材料在醫(yī)用硬組織修復(fù)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，涉及仿生結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石及其制備方法。本發(fā)明的制備方法，以水溶性鈣鹽、水溶性磷酸鹽為原料，在水、乙二醇和N,N-二甲基甲酰胺三元溶劑介質(zhì)中，通過溶劑熱反應(yīng)，制備出羥基磷灰石管組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料或羥基磷灰石線組裝而成的仿生結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明具有工藝簡單、反應(yīng)快速、形貌物相可控，成本低、生物毒性低等特點。所制備的羥基磷灰石材料具有仿生的結(jié)構(gòu)，在醫(yī)用硬組織修復(fù)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號C01B25/32GK101979312SQ20101052349
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者朱英杰, 陳 峰 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所