CN106315534A - 一种β‑磷酸三钙纳米材料合成方法 - Google Patents

一种β‑磷酸三钙纳米材料合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种β‑磷酸三钙纳米材料的合成方法。一种β‑磷酸三钙纳米材料合成方法，其特征在于由如下步骤制得：1）将氧化石墨烯分散在去离子水中，得到浓度为 0.1～0.8 mg/mL的氧化石墨烯溶液；然后将钙盐加入氧化石墨烯溶液中，搅拌使之溶解，得到浓度为0.02344～0.1875 mmol/mL的钙盐溶液，记为溶液A；2）按磷酸二氢铵与钙盐中钙离子的摩尔比为2：3的比例，称取磷酸二氢铵，配制浓度为0.0156～0.125 mmol/mL的磷酸氢二铵溶液，调整其pH值为10，记为溶液B；3）将溶液A缓慢滴加到混合溶液B中，得到溶液C；经离心、洗涤、干燥后，得到所述前驱体D；4）煅烧，得到β‑磷酸三钙纳米材料。本发明操作简单、成本低廉、无污染、添加的抗烧结剂无残留。

Description

一种β-磷酸三钙纳米材料合成方法
技术领域
本发明涉及一种β-磷酸三钙(β-TCP)纳米材料的合成方法。
背景技术
β-TCP具有良好的生物相容性、可降解性和骨传导、骨诱导活性,其在体内降解释放的Ca、P能进入活体循环系统，促进新生骨的形成和再生，因此，被公认为制备生物降解或生物吸收型生物活性陶瓷材料的理想材料，广泛用于人体硬组织如牙和骨组织工程。
不同尺寸和形貌的β-TCP纳米材料，不仅影响其在体内的降解和生物活性，而且对骨组织工程支架的理化性能也有重要的影响。因此，研究操作简单、成本低廉、尺寸和形貌可控的β-TCP纳米材料合成方法，对于β-TCP纳米材料在骨组织工程等领域的应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、成本低廉、无污染、添加的抗烧结剂无残留的β-磷酸三钙纳米材料合成方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种β-磷酸三钙纳米材料合成方法，其特征在于：所述β-TCP纳米材料的组成为Ca3(PO4)2，由如下步骤制得：
1)将氧化石墨烯分散在去离子水中，得到浓度为0.1～0.8mg/mL的氧化石墨烯溶液；然后将钙盐(如：氯化钙)加入氧化石墨烯溶液(即含有氧化石墨烯的去离子水)中，搅拌使之溶解，得到浓度为0.02344～0.1875mmol/mL的钙盐溶液，记为溶液A；
2)按磷酸二氢铵与步骤1)中钙盐(如：氯化钙)中钙离子的摩尔比为2：3的比例，称取磷酸二氢铵(即磷酸盐)，配制浓度为0.0156～0.125mmol/mL的磷酸氢二铵溶液(水溶液)，调整其pH值为10，记为溶液B；
3)将溶液A缓慢滴加到混合溶液B中，得到溶液C(此时氧化石墨烯的浓度为0.1～0.4mg/mL，钙盐浓度为0.01172～0.09375mmol/mL，磷酸氢二铵浓度为0.0078～0.0625mmol/mL)；溶液C搅拌3h后，经离心洗涤、干燥后，得到所述前驱体D；
4)将前驱体D放入瓷坩埚中，在马弗炉中于750℃下煅烧1h(升温速率为10℃/min)，直接取出于室温自然冷却，所得产物即为β-磷酸三钙纳米材料。
本发明所述β-磷酸三钙(β-TCP)纳米材料的形貌是纳米粒子。
所述钙盐为氯化钙。
步骤3)所述离心洗涤是用去离子水和乙醇交替离心(9000转/分，5分钟)洗涤。
步骤3)所述干燥是在80℃干燥12小时。
本发明的有益效果是：在简单的反应体系中，通过加入具有良好导热性能和大比表面积、可完全去除的抗烧结剂(氧化石墨烯)，确保在高温下合成尺寸均匀、低烧结团聚的β-磷酸三钙(β-TCP)纳米材料。本发明方法所用试剂价格便宜，合成步骤简单，产物尺寸均匀。本发明操作简单、成本低廉、无污染、添加的抗烧结剂无残留。所合成的β-TCP纳米材料可用于骨组织工程、营养强化剂、医药和功能陶瓷等各个领域。
附图说明
图1是实施例1得到产物的扫描电镜照片。
图2是实施例2得到产物的扫描电镜照片。
图3是实施例3得到产物的扫描电镜照片。
图4是实施例4得到产物的扫描电镜照片。
图5是实施例1得到产物的XRD图谱。
图6是实施例2得到产物的XRD图谱。
图7是实施例3得到产物的XRD图谱。
图8是实施例4得到产物的XRD图谱。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
20mg氧化石墨烯加入100mL去离子水中(氧化石墨烯浓度为0.2mg/mL)，在磁力搅拌下分散均匀；将2.0810g氯化钙加入上述氧化石墨烯溶液中，在磁力搅拌下溶解，得到溶液A(氯化钙浓度为0.1875mmol/mL)；将1.6507g磷酸氢二铵加入到100mL去离子水中(磷酸二氢铵与氯化钙的摩尔比为2：3，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.125mmol/mL)，在磁力搅拌下溶解，然后调整pH值为10，得到溶液B；将溶液A逐滴加入到溶液B中，磁力搅拌10分钟，并保持溶液pH值为10，得到溶液C(此时氧化石墨烯的浓度0.1mg/ml，氯化钙浓度为0.09375mmol/mL，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.0652mmol/mL)；溶液C搅拌3h后，溶液C用去离子水和乙醇交替离心(9000转/分，5分钟)洗涤；产物在80℃干燥12小时，得前驱体D；然后将前驱体D放入瓷坩埚中，在马弗炉中于750℃下煅烧1h(升温速率为10℃/min)，直接取出放置在室温自然冷却，即得到β-TCP纳米材料(β-磷酸三钙纳米材料)。图1是产物的扫描电镜照片，显示所得产物为纳米粒子，图5是产物的XRD图谱，与JCPDS卡片号：70-2065(Ca3(PO4)2)对比，说明所得产物为β-TCP(β-磷酸三钙纳米材料)。
一开始加入氧化石墨烯后，得到的前驱体D的颜色为黑色，然后在煅烧后得到的产物为白色，并且XRD图中没有显示有氧化石墨烯的存在，所以添加的抗烧结剂无残留。
实施例2
40mg氧化石墨烯加入100mL去离子水中(浓度为0.4mg/mL)，在磁力搅拌下分散均匀；将2.0810g氯化钙加入上述氧化石墨烯溶液中，在磁力搅拌下溶解，得到溶液A(氯化钙浓度为0.1875mmol/mL)；将1.6507g磷酸氢二铵加入到100mL去离子水中(磷酸二氢铵与氯化钙的摩尔比为2：3，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.125mmol/mL)，在磁力搅拌下溶解，然后调整pH值为10，得到溶液B；将溶液A逐滴加入到溶液B中，磁力搅拌10分钟，并保持溶液pH值为10，得到溶液C(此时氧化石墨烯的浓度0.2mg/ml，氯化钙浓度为0.09375mmol/mL，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.0652mmol/mL)；溶液C搅拌3h后，溶液C用去离子水和乙醇交替离心(9000转/分，5分钟)洗涤；产物在80℃干燥12小时，得前驱体D；然后将前驱体D放入瓷坩埚中，在马弗炉中于750℃下煅烧1h(升温速率为10℃/min)，直接取出放置在室温自然冷却，即得到β-TCP纳米材料(β-磷酸三钙纳米材料)。图2是产物的扫描电镜照片，显示所得产物为均匀分散的纳米粒子，图6是产物的XRD图谱，与JCPDS卡片号：70-2065(Ca3(PO4)2)对比，说明所得产物为β-TCP(β-磷酸三钙纳米材料)。
一开始加入氧化石墨烯后，得到的前驱体D的颜色为黑色，然后在煅烧后得到的产物为白色，并且XRD图中没有显示有氧化石墨烯的存在，所以添加的抗烧结剂无残留。
实施例3
40mg氧化石墨烯加入100mL去离子水中(浓度为0.4mg/mL)，在磁力搅拌下分散均匀；将0.5203g氯化钙加入上述氧化石墨烯溶液中，在磁力搅拌下溶解，得到溶液A(氯化钙浓度为0.04688mmol/mL)；将0.4127g磷酸氢二铵加入到100mL去离子水中(磷酸二氢铵与氯化钙的摩尔比为2：3，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.0313mmol/mL)，在磁力搅拌下溶解，然后调整pH值为10，得到溶液B；将溶液A逐滴加入到溶液B中，磁力搅拌10分钟，并保持溶液pH值为10，得到溶液C(此时氧化石墨烯的浓度0.2mg/ml，氯化钙浓度为0.02344mmol/mL，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.01565mmol/mL)；溶液C用去离子水和乙醇交替离心(9000转/分，5分钟)洗涤；产物在80℃干燥12小时，得前驱体D；然后将前驱体D放入瓷坩埚中，在马弗炉中于750℃下煅烧1h(升温速率为10℃/min)，直接取出放置在室温自然冷却，即得到β-TCP纳米材料(β-磷酸三钙纳米材料)。图3是产物的扫描电镜照片，显示所得产物为均匀分散纳米粒子，图7是产物的XRD图谱，与JCPDS卡片号：70-2065(Ca3(PO4)2)对比，说明所得产物为β-TCP(β-磷酸三钙纳米材料)。
一开始加入氧化石墨烯后，得到的前驱体D的颜色为黑色，然后在煅烧后得到的产物为白色，并且XRD图中没有显示有氧化石墨烯的存在，所以添加的抗烧结剂无残留。
实施例4
80mg氧化石墨烯加入100mL去离子水中(浓度为0.8mg/mL)，在磁力搅拌下分散均匀；将2.0810g氯化钙加入上述氧化石墨烯溶液中，在磁力搅拌下溶解，得到溶液A(氯化钙浓度为0.1875mmol/mL)；将1.6507g磷酸氢二铵加入到100mL去离子水中(磷酸二氢铵与氯化钙的摩尔比为2：3，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.125mmol/mL)，在磁力搅拌下溶解，然后调整pH值为10，得到溶液B；将溶液A逐滴加入到溶液B中，磁力搅拌10分钟，并保持溶液pH值为10，得到溶液C(此时氧化石墨烯的浓度0.4mg/ml，氯化钙浓度为0.09375mmol/mL，磷酸氢二铵溶液的浓度为0.0652mmol/mL)；溶液C用去离子水和乙醇交替离心(9000转/分，5分钟)洗涤；产物在80℃干燥12小时，得前驱体D；然后将前驱体D放入瓷坩埚中，在马弗炉中于750℃下煅烧1h(升温速率为10℃/min)，直接取出放置在室温自然冷却，即得到β-TCP纳米材料(β-磷酸三钙纳米材料)。图4是产物的扫描电镜照片，显示所得产物为纳米粒子，图8是产物的XRD图谱，与JCPDS卡片号：70-2065(Ca3(PO4)2)对比，说明所得产物为β-TCP(β-磷酸三钙纳米材料)。
一开始加入氧化石墨烯后，得到的前驱体D的颜色为黑色，然后在煅烧后得到的产物为白色，并且XRD图中没有显示有氧化石墨烯的存在，所以添加的抗烧结剂无残留。
本发明各原料的上下限、区间取值，都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (4)

1.一种β-磷酸三钙纳米材料合成方法，其特征在于由如下步骤制得：
1）将氧化石墨烯分散在去离子水中，得到浓度为 0.1～0.8 mg/mL的氧化石墨烯溶液；然后将钙盐加入氧化石墨烯溶液中，搅拌使之溶解，得到浓度为0.02344～0.1875 mmol/mL的钙盐溶液，记为溶液A；
2）按磷酸二氢铵与钙盐中钙离子的摩尔比为2：3的比例，称取磷酸二氢铵，配制浓度为0.0156～0.125 mmol/mL的磷酸氢二铵溶液，调整其pH值为10，记为溶液B；
3）将溶液A滴加到混合溶液B中，得到溶液C；经离心洗涤、干燥后，得到所述前驱体D；
4）将前驱体D放入瓷坩埚中，在马弗炉中于750℃下煅烧1 h，直接取出于室温自然冷却，所得产物即为β-磷酸三钙纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种β-磷酸三钙纳米材料合成方法，其特征在于：所述钙盐为氯化钙。
3.根据权利要求1所述的一种β-磷酸三钙纳米材料合成方法，其特征在于：步骤3）所述离心洗涤是用去离子水和乙醇交替离心洗涤。
4.根据权利要求1所述的一种β-磷酸三钙纳米材料合成方法，其特征在于：步骤3）所述干燥是在80℃干燥12小时。
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