CN104415399A

CN104415399A - 一种羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末制备方法及其产品

Info

Publication number: CN104415399A
Application number: CN201310409001.7A
Authority: CN
Inventors: 刘奕; 黄晶; 袁建辉; 刘玉鑫; 李华
Original assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2033-09-10
Also published as: CN104415399B

Abstract

本发明公开了一种羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备方法，将石墨烯超声分散于去离子水中，得到石墨烯分散液；将硝酸钙加入石墨烯分散液中搅拌均匀得到混合溶液，首先向混合溶液中滴入氨水调节pH值为11～14，再搅拌滴加磷酸氢二铵溶液使硝酸钙反应完全，同时滴加氨水维持pH值恒定，滴加完成后经持续搅拌、熟化，再经过滤、洗涤、干燥和研磨处理，得到所述的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末。本方法反应条件温和、简单易控、对设备要求低、便于工业化生产。制备得到的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末中石墨烯表面包覆的羟基磷灰石的粒径与形貌可控，石墨烯与羟基磷灰石结合良好，能有效提高羟基磷灰石的力学和生物学性能。

Description

一种羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末制备方法及其产品

技术领域

本发明涉及纳米复合材料的制备领域，尤其涉及一种羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末制备方法及其产品。

背景技术

生物医用材料是近30多年来发展出的一类高技术材料，用于诊断、治疗或者替换人体组织、器官或提升其功能。随着社会文明进步、经济发展和生活水平日益提高，人类对自身的医疗康复也格外重视。我国现代生物医用材料和人工器官产业处于起步阶段，大多数成果仍停留在实验室阶段，因此，研究开发生物医用材料具有巨大社会经济价值。

羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，简写为HAP或HA)是人体和动物骨骼的无机组成部分。在骨质中，羟基磷灰石约占60%，表现为长度20～40nm、厚度1.5～3nm的针状结晶，其周围规则地排列着骨胶原纤维。牙齿骨的结构也类似于自然骨，在齿骨中羟基磷灰石的含量高达97%。人工合成的羟基磷灰石具有无毒、安全、良好生物活性和生物相容性的特点，能与骨骼很好地结合，且在体液作用下，会发生部分降解，游离出的钙和磷离子，并被人体组织吸收、利用、生长出新的骨组织，具有优异的骨传导和骨诱导性能，引起了全世界材料工作者和医学工作者的广泛关注。目前，羟基磷灰石已用于临床相容性骨缺损修复和整形填充材料。

但是，烧结后制备的羟基磷灰石块材，由于其内在的陶瓷本质，主要面临易发生脆性断裂的问题，制约其在承载条件下的长期应用。目前，羟基磷灰石力学性能的提高，主要通过添加第二相材料，例如乙烯基聚合物，Ti合金，Al₂O₃，YSZ，CNT等。但存在添加的第二相，不能有效实现复合生物材料的力学性能和生物活性均提升的目的。例如添加碳纳米管（CNT）虽然可大幅提高羟基磷灰石材料的力学性能，但由于碳纳米管本身制备方法决定其存在一定的细胞毒性。因此，亟需寻找一种新的第二相添加相，在提升羟基磷灰石复合材料力学性能的同时，有效提升其生物活性。

石墨烯是一种单层二维蜂窝状晶体结构的碳质新材料，其具有优异的电学和力学性能而备受关注。导热性能优良，热导率是金刚石的3倍，达到5000W/m·K；超大的比表面积，达到2630m²/g；此外，强度是钢的100多倍，达到130GPa。目前，将石墨烯作为聚合物以及陶瓷的添加相提高基体力学性能已有相关报道。近年来，石墨烯在生物领域的应用拓展也引起人们的广泛兴趣。国内外部分研究表明，石墨烯具有良好的生物相容性，石墨烯以及石墨烯衍生物经过表面修饰亲和素-生物素、缩氨酸、核酸、蛋白质、核酸适体、小分子、细菌和细胞等可用于构建生物支架、生物传感器和其他生物器件等。可见石墨烯是一种能有效提升羟基磷灰石力学及生物学性能的新兴材料。

公开号为CN102569749A的专利文献公开了一种石墨烯/羟基磷灰石纳米复合材料及其制备方法，特别是指一种氨基酸辅助的水热制备石墨烯/羟基磷灰石纳米复合材料的方法，将氧化石墨烯置于去离子水中超声分散，加入无水氯化钙搅拌，形成混合溶液A；稀磷酸溶液中加入氨基酸搅拌，形成混合溶液B，再用稀盐酸溶液调节溶液pH=7.5-8.5，最后将混合溶液A与混合溶液B混合转入到聚四氟乙烯反应釜内进行水热反应，反应结束后，产物经离心、洗涤和真空干燥获得复合材料。该专利文献中提供的水热法制备石墨烯/羟基磷灰石纳米复合材料，制备条件苛刻，对设备要求高，能耗也较高；且制得纳米复合材料中的棒状羟基磷灰石的尺寸与形貌不可调，极大限制了该纳米复合材料的应用。

因此，寻找一种操作简单、成本低廉，能够制得混合均匀、结合良好的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末及其制备方法已成为骨组织材料领域中的重要课题之一。

发明内容

本发明提供了一种湿化学法制备羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的方法，反应条件温和、简单易控、对设备要求低、便于工业化生产。制备得到的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末中石墨烯与羟基磷灰石结合良好，成分均匀，石墨烯表面包覆的羟基磷灰石的粒径与形貌可控，能有效提高羟基磷灰石的力学和生物学性能。

本发明公开了一种羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备方法，包括以下步骤：

（1）将石墨烯分散于去离子水中，超声分散后得到浓度为0.25～2.6g/L的石墨烯分散液；将硝酸钙加入石墨烯分散液中，搅拌均匀，得到硝酸钙/石墨烯混合溶液，向所述混合溶液中滴入氨水，调节混合溶液的pH值为11～14；

（2）向步骤（1）所得混合溶液中搅拌滴加磷酸氢二铵溶液使硝酸钙反应完全，同时滴加氨水维持pH值为11～14，滴加完成后持续搅拌，得到羟基磷灰石/石墨烯前驱体浆料；

（3）步骤（2）所得羟基磷灰石/石墨烯前驱体浆料经熟化后，形成复合材料浆料，再经过滤、洗涤、干燥和研磨处理后，得到所述的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末；

所述石墨烯添加量为理论制得羟基磷灰石质量的0.1～2.0wt.%。

所述混合溶液的pH值控制在11～14间，pH大于10可得到更纯的羟基磷灰石，增大pH值有利于得到单一羟基磷灰石相，也有助于晶核的加速形成，短时间内形成大量羟基磷灰石晶核，晶体来不及迅速长大,最后形成细小的晶体。同时，pH影响磷酸根在溶液中的存在形式，也影响羟基磷灰石的溶解度，因此对合成过程中离子的过饱和度产生影响，影响成核速度和晶体的定向排列速度的相对大小，最终影响产品的长径比及产品相貌。

两种反应物的浓度是影响HAP形成的重要因素之一，作为优选，所述硝酸钙/石墨烯混合溶液中Ca²⁺浓度为0.5～3.0mol/L，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.15～2.0mol/L。在其他制备条件不变的情况下，若浓度过大，反应时局部过饱和度大，成核速度快，晶粒有序排列速度小，晶体中非晶体成分较多，形成杂质含量高；若浓度过低，减少离子间反应概率，反应效率低甚至不发生反应。

作为优选，所述的石墨烯为氧化还原法制备的石墨烯，氧化还原法制备的石墨烯，制备工艺简单，可实现工业化大批量生产石墨烯粉末，所以成本相对较低，适合作为材料的添加相。

作为优选，所述氧化还原法制备的石墨烯的片层大小为100nm～5μm。片层过小失去纳米颗粒包覆石墨烯结构，片层过大不利于形成均一复合材料。

作为优选，所述石墨烯经超声分散处理，超声功率为300W，超声时间为24～120h。超声时间过短，则石墨烯分散不完全；超声时间过长，则能耗增加，生产效率下降。

作为优选，所述石墨烯添加量为理论制得羟基磷灰石质量的0.1～1.0wt.%；进一步优选，所述石墨烯添加量为1.0wt.%。石墨烯添加量过低，对羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的力学性能及生物性能提高的不明显；石墨烯添加量过高，容易出现团聚，反而导致复合粉末力学性能及生物性能的下降。

作为优选，所述磷酸氢二铵溶液与氨水同时滴加，滴加速度均为1～10mL/min，滴加速度过慢反应生成效率低，过快不利于纳米颗粒形成；其滴加速度会影响制得纳米羟基磷灰石的n(Ca)/n(P)。

搅拌速率影响纳米羟基磷灰石合成时的过饱和度，因而影响羟基磷灰石的n(Ca)/n(P)，作为优选，所述滴加过程中机械搅拌速率为100～500rpm，进一步优选为200～300rpm。搅拌速率优选在上述范围内使得合成纳米羟基磷灰石的n(Ca)/n(P)接近理论值1.67，增加晶体的成核点，提高成核率，并且增加短时间内大量晶粒之间的生长竞争，从而有助于颗粒的细化；搅拌速度太大，较多的空气溶入反应液中，空气中的CO₂进入羟基磷灰石晶体中，给产物带来较多的杂质。，

作为优选，步骤（2）所述滴加完成后持续搅拌时间为1～3h。搅拌时间过短不利于反应物均匀分散以及反应充分进行，搅拌时间过长耗能增大。

作为优选，所述羟基磷灰石/石墨烯前驱体浆料熟化时间为1～7天。浆料熟化24小时后即有羟基磷灰石/石墨烯复合粉末生成，如需要混合液中反应物完全转化成羟基磷灰石，则需要大于1天，7天后反应基本完全结束。随着浆料沉降时间的延长，石墨烯表面包覆的纳米棒状羟基磷灰石粉末会继续沿着轴向生长，呈长棒状，所以通过沉降时间可控制纳米棒的棒长。

作为优选，所述羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氧化还原法制备的石墨烯分散于去离子水中，超声分散后得到石墨烯分散液；将硝酸钙加入石墨烯分散液中，搅拌均匀，得到硝酸钙/石墨烯混合溶液，向所述混合溶液中滴入氨水，调节混合溶液的pH值为11～12；

（2）向步骤（1）所得混合溶液中磷酸氢二铵溶液与氨水同时滴加，维持pH值为11～12，滴加完成后持续搅拌，滴加速度为5ml/min，搅拌速度为200～300转/分得到羟基磷灰石/石墨烯前驱体浆料；

（3）步骤（2）所得羟基磷灰石/石墨烯前驱体浆料经熟化1-7天后，形成复合材料浆料，再经过滤、洗涤、干燥和研磨处理后，得到所述的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末；

所述石墨烯添加量为理论制得羟基磷灰石质量的1.0wt.%。

本发明还公开了一种根据上述制备方法得到的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末，所述羟基磷灰石在石墨烯片层表面离子吸附并成核，羟基磷灰石具有棒状结构。所述棒状羟基磷灰石的粒径与形貌可调，分为短棒与长棒，所述短棒径向尺寸为10nm，轴向尺寸为20～45nm；长棒径向尺寸为20nm，轴向尺寸为60～100nm。

发明原理：

本发明利用湿化学法制备羟基磷灰石/石墨烯前驱体浆料，待其充分熟化，使羟基磷灰石在石墨烯片层表面形核长大，通过控制反应物的浓度，反应pH值、滴加速度、搅拌速度及熟化时间有效控制石墨烯表面包覆的羟基磷灰石的粒径与形貌，制得不同形貌的羟基磷灰石包覆石墨烯片层的纳米复合粉末。通过形成包覆结构，石墨烯与羟基磷灰石均匀分散，增强了两者间的结合力，充分发挥了石墨烯优异的力学性能及生物相容性，从而极大提高了羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的力学以及生物特性。

该材料不仅具有优异的力学性能，同时兼具优异的生物活性。

与传统的羟基磷灰石基复合材料相比，本发明具有如下优点：

（1）采用湿化学法，首先，制备羟基磷灰石/石墨烯复合前驱体浆料，有利于羟基磷灰石与石墨烯均匀混合，形成包覆结构，增大了羟基磷灰石与石墨烯的分散程度与结合强度，明显改善了羟基磷灰石的脆性问题并提高了其生物相容性；

（2）采用湿化学法，通过控制反应参数，可有效控制石墨烯表面包覆的羟基磷灰石的粒径与形貌，以适应多种场合的应用；

（3）采用湿化学法，反应条件温和、工艺灵活、简单易控、原料成本较低，便于实现大规模生产，在牙齿，骨骼等硬组织的修复与替代等生物材料领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备工艺流程图；

图2（a）是实施例1制得的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末表面微观组织形貌图；

图2（b）是实施例1制得的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末中石墨烯与羟基磷灰石粉末界面微观组织形貌图；

图3是人体成骨细胞在以实施例1制得的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米

复合粉末为原料制备的块体材料表面的铺展形貌；

图4是实施例5制得的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末表面微观

组织形貌图；

图5是实施例1、实施例2和对比例中分别制得的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末、羟基磷灰石/0.1wt.%石墨烯纳米复合粉末、羟基磷灰石纳米粉末的XRD图；

图6是以实施例1、实施例2和对比例中制得的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末、羟基磷灰石/0.1wt.%石墨烯纳米复合粉末和羟基磷灰石纳米粉末为原料分别制备的块体材料表面成骨细胞增殖的MTT图谱；

图7是以实施例1、实施例2和对比例中制得的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末、羟基磷灰石/0.1wt.%石墨烯纳米复合粉末和羟基磷灰石纳米粉末为原料分别制备的块体材料表面成骨细胞分化的ALP图谱；

图8是以对比例制得的羟基磷灰石纳米粉末为原料制备的块体材料表面压痕的扫描电镜图；

图9是以实施例2制得的羟基磷灰石/0.1wt.%石墨烯纳米复合粉末为原料制备的块体材料表面压痕的扫描电镜图；

图10是以实施例1制得的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末为原料制备的块体材料表面压痕的扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1：

（1）按照石墨烯质量占最终理论生成羟基磷灰石粉末质量1%称取氧化还原石墨烯粉末，并在去离子水中在水浴超声环境下超声120小时。

（2）将硝酸钙加入石墨烯溶液，形成Ca²⁺浓度为2.5mol/L的硝酸钙/石墨烯混合溶液，并配置浓度为1.5mol/L的磷酸氢二铵水溶液。

（3）在硝酸钙与石墨烯的混合溶液中先加入氨水调节pH值为11，再搅拌滴入磷酸氢二铵水溶液，同时采用搅拌滴入氨水的方法以调节混合溶液的pH值为11，该过程中，滴加速度为5ml/min，搅拌速度为200转/分，滴加完成后继续搅拌2小时，制得羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯复合浆料。

（4）将该羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯前驱体浆料熟化24小时后，再经过滤、洗涤、干燥，得到羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末，记为HA-1.0G。

利用高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）检测羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的微观形貌，具体步骤如下：将本实施例制备得到的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末样品置于酒精溶液中超声处理20min，取悬浮液微透明上清液滴定在透射专用微栅上，自然干燥，利用高分辨透射电子显微镜观察其表面微观形貌和截面微观形貌，见图2（a）、图2（b）。

观察图2（a）清晰可见，生成的短棒状羟基磷灰石纳米粉末在石墨烯片层表面均匀贴附形核并长大，其径向尺寸约10nm，轴向尺寸20～45nm左右，使得羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末具有包覆结构，石墨烯的添加具有良好的分散作用。进一步观察图2（b）发现，石墨烯的片层大致为6～7层，羟基磷灰石粉末与石墨烯片层表面形成一定的构象的贴附形核并长大，两种材料的良好结合，利于发挥复合的增韧以及生物特性。

利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）检测材料表面贴附生长的细胞的微观形貌。具体步骤如下：将本实施例制备的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米粉末经过放电等离子烧结处理（30MPa、950℃下烧结3min）制得块材，块材在130℃高温灭菌锅中高温灭菌，并在材料表面接种细胞密度为2000cells/cm²的人体成骨细胞，在温度37℃，湿度100%，二氧化碳含量5%的细胞培养箱环境下生长，对块材表面生长了3天的成骨细胞进行pbs清洗三次，25%乙醇溶液脱水5分钟，50%乙醇溶液脱水5分钟，75%乙醇溶液脱水5分钟，90%乙醇溶液脱水5分钟，100%乙醇溶液脱水10分钟，最后临界点干燥。由图3可见，成骨细胞在微纳结构的材料表面生长及铺展良好，细胞倾向于在微纳孔洞处贴附，其丝状伪足倾向于向石墨烯伸展。

实施例2：

（1）按照石墨烯质量占最终理论生成羟基磷灰石粉末质量0.1%称取氧化还原石墨烯粉末，并在去离子水中在水浴超声环境下超声120小时。

（3）在硝酸钙与石墨烯的混合溶液中先加入氨水调节pH值为11，再搅拌滴入磷酸氢二铵水溶液，同时采用搅拌滴入氨水的方法以调节混合溶液的pH值为11，该过程中，滴加速度为5ml/min，搅拌速度为200转/分，滴加完成后继续搅拌2小时，制得羟基磷灰石/0.1wt.%石墨烯复合浆料；

（4）将该羟基磷灰石/0.1wt.%石墨烯前驱体浆料熟化24小时后，再经过滤、洗涤、干燥，得到羟基磷灰石/0.1wt.%石墨烯纳米复合粉末，记为HA-0.1G。

利用场发射透射电镜观察到生成的长棒状羟基磷灰石纳米粉末在石墨烯片层表面均匀贴附形核并长大，其径向尺寸约10nm，轴向尺寸20～45nm左右。

实施例3：

（2）将硝酸钙加入石墨烯溶液，形成Ca²⁺浓度为0.5mol/L的硝酸钙/石墨烯混合溶液，并配置浓度为0.3mol/L的磷酸氢二铵水溶液。

（3）在硝酸钙与石墨烯的混合溶液中先加入氨水调节pH值为12，再搅拌滴入磷酸氢二铵水溶液，同时采用搅拌滴入氨水的方法以调节混合溶液的pH值为12，该过程中，滴加速度为5ml/min，搅拌速度为300转/分，滴加完成后持续搅拌3小时，制得羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯复合浆料。

（4）将该羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯前驱体浆料熟化120小时后，再经过滤、洗涤、干燥，得到羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末。

利用场发射透射电镜观察到生成的长棒状羟基磷灰石纳米粉末在石墨烯片层表面均匀贴附形核并长大，其径向尺寸约20nm，轴向尺寸70～100nm左右。

实施例4：

（1）按照石墨烯质量占最终理论生成羟基磷灰石粉末质量1%称取氧化还原石墨烯粉末，并在去离子水中在水浴超声环境下超声24小时。

（2）将硝酸钙加入石墨烯溶液，形成Ca²⁺浓度为1.0mol/L的硝酸钙/石墨烯混合溶液，并配置浓度为0.6mol/L的磷酸氢二铵水溶液。

（3）在硝酸钙与石墨烯的混合溶液中先加入氨水调节pH值为11，再搅拌滴入磷酸氢二铵水溶液，同时采用搅拌滴入氨水的方法以调节混合溶液的pH值为11，该过程中，滴加速度为5ml/min，搅拌速度为200转/分，滴加完成后持续搅拌2小时，制得羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯复合浆料。

（4）将该羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯前驱体浆料熟化24小时后，再经过滤、洗涤、干燥，得到羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末。

实施例5：

（1）按照石墨烯质量占最终理论生成羟基磷灰石粉末质量1.0%称取氧化还原石墨烯粉末，并在去离子水中在水浴超声环境下超声120小时。

（4）将该羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯前驱体浆料熟化7天后，再经过滤、洗涤、干燥，得到羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末。

利用场发射透射电镜观察到生成的长棒状羟基磷灰石纳米粉末在石墨烯片层表面均匀贴附形核并长大，其径向尺寸约10nm，轴向尺寸60～100nm左右，见图4，说明沉降时间可控制羟基磷灰石粉末形状。

对比例：

（1）配制浓度为2.5mol/L硝酸钙溶液，以及浓度为1.5mol/L的磷酸氢二铵水溶液。

（2）向硝酸钙溶液中加入氨水调节pH值为11，再搅拌滴入磷酸氢二铵水溶液，同时搅拌滴入氨水以调节混合溶液的pH值为11，该过程中，滴加速度为5ml/min，搅拌速度为200转/分，滴加完成后继续搅拌2小时，得到羟基磷灰石浆料。

（3）将该羟基磷灰石浆料熟化24小时后，再经过滤、洗涤、干燥，得到羟基磷灰石纳米粉末，记为HA。

性能测试：

（1）粉末物相检测：利用X射线衍射仪（XRD）检测粉末物相结构：

图5是实施例1、实施例2和对比例中分别制得的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末、羟基磷灰石/0.1wt.%石墨烯纳米复合粉末、羟基磷灰石纳米粉末的XRD图。观察图5可以发现，羟基磷灰石峰的出现意味着石墨烯的添加不影响羟基磷灰石的生成，且粉末的纳米结构引起了XRD峰的宽化。同时，复合粉末中未出现石墨烯峰是由于石墨烯的特殊结构造成的。说明通过该制备方法可获得稳定的不同石墨烯含量的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末。

（2）材料生物相容性检测：利用成骨细胞在材料表面的MTT曲线表征材料表面的细胞增殖情况以及ALP曲线表征材料表面的细胞分化情况。具体步骤如下：粉末经放电等离子烧结处理（30MPa、950℃下烧结3min）制得块材，块材在130℃高温灭菌锅中进行高温灭菌，并在材料表面接种细胞密度为2000cells/cm²的人体成骨细胞，在温度37℃，湿度100%，二氧化碳含量5%的细胞培养箱环境下经过1,3,5,7天的培养，隔天换液，并对1,3,5天培养的细胞进行MTT测试，对7天培养的细胞进行ALP测试。

图6是以实施例1、实施例2和对比例中制得的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯纳米复合粉末、羟基磷灰石/0.1wt.%石墨烯纳米复合粉末和羟基磷灰石纳米粉末为原料分别制备的块体材料表面成骨细胞增殖的MTT图谱，其中对比组中没有任何生物材料，细胞只是在培养皿内生长。观察图6可知，随着培养天数的增加，细胞在块材表面成增殖态生长，且随着块体材料中石墨烯含量的增加，细胞增殖速度加快，该块体材料表现无细胞毒性。

图7是以实施例1、实施例2和对比例中制得的羟基磷灰石/1.0wt%石墨烯纳米复合粉末、羟基磷灰石/0.1wt.%石墨烯纳米复合粉末和羟基磷灰石纳米粉末为原料分别制备的块体材料表面成骨细胞分化的ALP图谱。图中纵坐标为碱性磷酸酶，其单位为U/g protein。观察图7可知，石墨烯的加入有助于细胞的分化作用，且以羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯复合生物材料具有相对最优异的生物效果。

（3）材料力学性能检测：

粉末经（30MPa、950℃下烧结3min）放电等离子烧结后得到块材，利用压痕法测量块材断裂韧性。在1000g载荷下、保载30s后，利用扫描电子显微镜观察维氏压痕对产品预制裂纹情况，通过裂纹长度计算材料的断裂韧性，产生的裂纹长度越长，材料的韧性越差。

观察图8可以发现，对比例制得的纯羟基磷灰石块材开裂严重，表现出明显的陶瓷脆性；观察图9，实施例2制得的羟基磷灰石/0.1wt.%石墨烯块材虽有一定的改善，但是也产生大量裂纹；图10中，实施例1制得的羟基磷灰石/1.0wt.%石墨烯块材只有少量裂纹，表明石墨烯的添加改善材料的脆性问题。

Claims

1.一种羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述石墨烯添加量为理论制得羟基磷灰石质量的0.1～2.0wt.%。

2.根据权利要求1所述的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备方法，其特征在于，所述硝酸钙/石墨烯混合溶液中Ca²⁺浓度为0.5～3.0mol/L；所述磷酸氢二铵溶液的浓度为0.15～2.0mol/L。

3.根据权利要求1或2所述的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为氧化还原法制备的石墨烯，片层大小为100nm～5μm。

4.根据权利要求3所述的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备方法，其特征在于，所述石墨烯添加量为理论制得羟基磷灰石质量的0.1～1.0wt.%。

5.根据权利要求1所述的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备方法，其特征在于，所述石墨烯经超声分散处理，超声时间为24～120h。

6.根据权利要求1所述的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备方法，其特征在于，所述磷酸氢二铵溶液与氨水同时滴加，滴加速度均为1～10mL/min，滴加过程中机械搅拌速率为100～500rpm。

7.根据权利要求6所述的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述滴加完成后持续搅拌时间为1～3h。

8.根据权利要求1所述的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末的制备方法，其特征在于，所述羟基磷灰石/石墨烯前驱体浆料熟化时间为1～7天。

9.一种根据权利要求1～8任一权利要求所述的制备方法得到的羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末，其特征在于，所述羟基磷灰石在石墨烯片层表面离子吸附并成核，羟基磷灰石具有棒状结构。