CN108144126B - 一种掺锂的纳米羟基磷灰石复合材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺锂的纳米羟基磷灰石复合材料，它是复合了锂的羟基磷灰石，其中，Li/(Ca+Li)的摩尔比为0.5～1.5％。本发明掺锂的纳米羟基磷灰石复合材料具备良好的生物相容性及生物学活性，植入体内后能很好的修复股骨头坏死，可以制备成为骨修复材料，为骨缺损修复提供了新的选择。

Description

一种掺锂的纳米羟基磷灰石复合材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及生物医用材料，具体涉及一种掺锂的纳米羟基磷灰石复合材料及其制备方法和用途。
背景技术
骨是人体的重要组成部分，对于人的正常活动起到至关重要的作用。但由于疾病、交通事故以及人口老龄化等原因所造成骨科疾病严重影响着人们的健康，这也造成了对于骨修复材料需求量的增加。骨修复材料由最初的金属材料向着多元化发展，像高分子材料，陶瓷和骨水泥等。随着技术的进步，人们对于理想的骨修复材料的要求也越来越高，所以加大对于骨修复材料的研究很有必要。
羟基磷灰石羟基磷灰石，又称羟磷灰石，碱式磷酸钙，是钙磷灰石的自然矿物化。但是经常被写成的形式以突出它是由两部分组成的：羟基与磷灰石。羟磷灰石是人体骨骼组织的主要无机组成成分。植入体内后，钙和磷会游离出材料表面被身体组织吸收，并生长出新的组织。
但是，单纯的羟基磷灰石的骨修复效果还有待进一步改进。
发明内容
针对上述情况，本发明提供了一种掺锂的纳米羟基磷灰石复合材料及其制备方法和用途。
本发明掺锂的纳米羟基磷灰石复合材料，它是复合了锂的羟基磷灰石，其中，Li/(Ca+Li)的摩尔比为0.5～1.5％。
其中，所述Li/(Ca+Li)的摩尔比为1.5％。
其中，它是由Ca(N03)2溶液、(NH4)2HP04溶液和硝酸锂固体制备而成，其中，(Ca+Li)/P的摩尔比为5:3。
其中，它是由如下方法制备而成：取(NH4)2HP04溶液滴入Ca(N03)2溶液中，同时加入硝酸锂固体，持续搅拌，反应过程中的pH值控制在10～11，产生沉淀后继续搅拌，然后在室温下熟化后抽滤，水洗，烘干，得掺锂羟基磷灰石。
其中，所述(NH4)2HP04溶液的浓度为O.5mol/L；所述Ca(N03)2溶液的浓度为O.5mol/L；所述滴入Ca(N03)2溶液的速率为20滴/3s；所述反应的温度是60℃；产生沉淀后继续搅拌1h；室温下熟化的时间是1h。
本发明还提供了一种制备前述复合材料的方法，其特征在于：步骤如下：取(NH4)2HP04溶液滴入Ca(N03)2溶液中，同时加入硝酸锂固体，持续搅拌，反应过程中的pH值控制在10～11，产生沉淀后继续搅拌，然后在室温下熟化后抽滤，水洗，烘干，得掺锂羟基磷灰石。
其中，所述(NH4)2HP04溶液的浓度为O.5mol/L；所述Ca(N03)2溶液的浓度为O.5mol/L；所述滴入Ca(N03)2溶液的速率为20滴/3s；所述反应的温度是60℃；产生沉淀后继续搅拌1h；室温下熟化的时间是1h；所述(NH4)2HP04溶液、Ca(N03)2溶液和硝酸锂固体中，(Ca+Li)/P的摩尔比为5:3，Li/(Ca+Li) 的摩尔比为0.5～1.5％。
本发明还提供了前述的复合材料在制备骨修复材料中的中途。
本发明还提供了一种骨修复材料，它是由前述的复合材料，经烧结制备而成。
其中，所述致孔剂为硬脂酸，其与复合材料的质量比为0.05：0.075；所述修复材料还需要增加粘合剂，每0.75g粉体使用20-50ul粘合剂；所述粘合剂是浓度为10％的聚乙烯醇溶液。
本发明掺锂的纳米羟基磷灰石复合材料具备良好的生物相容性及生物学活性，植入体内后能很好的修复股骨头坏死，可以制备成为骨修复材料，为骨缺损修复提供了新的选择。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1HA与LiHA物相表征
图2a-c 、 e 为Li-HA烧料粉末球磨后经超声分散后的扫描电镜图(50000X)，可见成短针状颗粒。不同掺杂浓度的羟基磷灰石形态大小与纯羟基磷灰石相似。图3不同掺锂浓度纳米Li-HA多孔支架材料应力-应变曲线
图4不同掺锂浓度Li-HA支架材料在SBF介导的体外降解Li+释放曲线以支架重量变化曲线及体外生物相容性及成骨活性(4a-b支架降解曲线，4c-d 生物相容性评价，4e-g体外成骨活性研究)
图5 1.5％Li-HA、HA支架与BMSCs共培养细胞ARS染色(A、C为 1.5％Li-nHA组，B、D为HA组；A、B为100X，C、D为200X)
图6兔激素性股骨头坏死模型建立(图6a-b正常组，图6c-d坏死组，HE，X100)
图7支架材料的植入过程
图8兔激素性股骨头坏死后骨缺损修复12周后成骨成血管指标mRNA 表达情况
图9兔激素性股骨头坏死后骨缺损修复12周后Wnt通路相关因子mRNA 表达情况
图10兔激素性股骨头坏死后修复12周后成骨指标与Wnt通路相关因子蛋白水平表达情况
图11兔激素性股骨头坏死后骨缺损模型12周后修复情况。(图11a钻孔组，图11bHA组；图11c Li-n HA组；D:自体骨组，HE，X100)HE染色、microCT扫描可以看出，空白组骨坏死不能自发修复缺损，当材料联合细胞修复时可见新生骨组织及血管形成，无明显炎症反应，生物相容性好，掺锂组材料修复效果明显优于非掺锂组，但不及自体骨组
图12骨修复12周后股骨头microCT轴位扫描(图12a空白骨，图12b 自体组，图12cHA组，图12d Li-nHA组)
具体实施方式
实施例1本发明骨修复材料的制备
采用液相沉淀法制备掺锂纳米羟基磷灰石粉体，制作工艺选用Ca(N03)2和(NH4)2HP04为反应体系：
配制成浓度为O.5M Ca(N03)2和(NH4)2HP04的水溶液，氨水调节溶液的pH 值至1O-11。按(Ca+Li)/P摩尔比为5:3取Ca(N03)2溶液、(NH4)2HP04溶液和硝酸锂固体，其中，Li/(Ca+Li)摩尔比为0.5％，1.0％，1.5％。
Li-nHA粉末制备工艺：将调节好pH的(NH4)2HP04溶液以20ml/min(20滴 /3s)的混合速度滴入Ca(N03)2溶液,同时分别加入Li/(Ca+Li)摩尔比为0.5％， 1.0％，1.5％的硝酸锂固体，持续搅拌，反应过程中的pH值由酸度计监测控制在10～11，温度60℃，产生沉淀后继续搅拌1h，然后在室温下熟化48h后抽滤。滤饼用蒸馏水反复冲洗4次至中性，在80℃下烘干，得到的干燥粉末即为不同含锂量的掺锂羟基磷灰石(Li-nHA粉末)。
圆片制备：将制备好的粉体进行压片，粉体与致孔剂硬脂酸的质量比为 0.075：0.05，在粘合剂(每0.75g粉体使用20-50ul粘合剂，粘合剂为10％(g/ml) 聚乙烯醇PVA溶液)的调和下进行压片，压制工艺为：压力2MPa，保压2min。压制好的片样，直径10mm，厚1mm，或者15mm的柱状样品。硬脂酸颗粒大小为50-60之间。
烧结制备：将压制好的圆片按制定工艺，分别放入箱式电阻炉中烧结。升温速率为5℃/min，至1100℃时保温4h，随炉冷却。多孔支架烧结时需在 300℃保温2小时致孔，然后再升温至1100℃保温4小时。
实验例2本发明骨修复材料的制备以及性质测定和功效验证
一、方法
1.Li-nHA粉体与试样制备
本研究采用液相沉淀法制备掺锂纳米羟基磷灰石粉体，制作工艺选用 Ca(N03)2和(NH4)2HP04为反应体系：
配制成浓度为O.5M Ca(N03)2和(NH4)2HP04的水溶液，氨水调节溶液的pH 值至1O-11。按(Ca+Li)/P摩尔比为5:3取Ca(N03)2溶液、(NH4)2HP04溶液和硝酸锂固体，其中，Li/(Ca+Li)摩尔比为0.5％，1.0％，1.5％，3.0％。
Li-nHA粉末制备工艺：将调节好pH的(NH4)2HP04溶液以20ml/min(20滴 /3s)的混合速度滴入Ca(N03)2溶液,同时分别加入Li/(Ca+Li)摩尔比为0.5％，1.0％，1.5％，3.0％的硝酸锂固体，持续搅拌，反应过程中的pH值由酸度计监测控制在10～11，温度60℃，产生沉淀后继续搅拌1h，然后在室温下熟化 48h后抽滤。滤饼用蒸馏水反复冲洗4次至中性，在80℃下烘干，得到的干燥粉末即为不同含锂量的掺锂羟基磷灰石(Li-nHA粉末)。
圆片制备：将制备好的粉体进行压片，粉体与致孔剂硬脂酸的质量比为 0.075：0.05，在粘合剂(每0.75g粉体使用20-50ul粘合剂，粘合剂为10％(g/ml) 聚乙烯醇PVA溶液)的调和下进行压片，压制工艺为：压力2MPa，保压2min。压制好的片样，直径10mm，厚1mm，或者15mm的柱状样品。硬脂酸颗粒大小为50-60之间。
烧结制备：将和压制好的圆片按制定工艺，分别放入箱式电阻炉中烧结。升温速率为5℃/min，至1100℃时保温4h，随炉冷却。多孔支架烧结时需在 300℃保温2小时致孔，然后再升温至1100℃保温4小时。
2.Li-nHA理化性能表征
在Nicolet560傅立叶变换红外光谱仪上进行nHA粉体的官能团分析，分辨率4cm-1，波数范围400-4000cm-1。
取一定量烧结后Li-nHA粉末，通过XSAM800型X射线光电子能谱仪对 Li-HA粉末中的Li元素进行定性分析。
取Li-HA初制粉末与烧结后Li-HA陶瓷粉末，在菲利普EMPYREAN XRD 衍射仪上做粉末XRD分析，确定粉体的相组成及晶型结构。
选择直径10mm，厚为1mm的片状样品以及经烧结的纳米Li-HA晶体，通过JSM-7500F扫描电子显微镜观察纳米颗粒的形貌与多孔支架的表面结构。
选择直径10mm，高为15mm的柱状试样，采用电子式万能实验机 (AG-10TA)进行轴向压缩试验，每组5个平行样，加载速0.5mm/min。
采用阿基米德法测定多孔支架孔隙率，测量柱状支架的原始几何体积记做V0，称量支架质量(M0)，将柱状试样放入盛有无水乙醇的烧杯中，充分浸泡后快速取出，通过天平称量浸没后支架总质量(M1)。样品总孔隙率＝(V0- M0/ρ)/V0*100％。
3.Li-nHA多孔支架外降解研究
选择模拟体液(simulated body fluid,SBF)作为降解介质，它是模仿人体血浆中无机离子的一种缓冲液，其pH为7.4±0.5。设定1d,3d,7d,2w,3w,4w,5w 共7个时间点，每组每个时间点设置3个平行样，记录初重为M0。将各试样分别放置于模拟体液环境，每瓶加入3ml SBF，放置37℃恒温摇箱，震荡频率为 2Hz。释放介质每两天更换一次以保持降解周围环境。在设定的时间点取出样品并收集液体，用去离子水反复冲洗样品，置于烘箱烘干至恒重，记录为M1。计算失重。采用美国生产的等离子发射光谱测定释放试验所收集液体的Li+浓度。
4.Li-nHA体外生物相容性与成骨活性研究
所选用细胞株有四川大学华西医院公共实验技术中心提供的BMSC、 HUVEC。
将灭菌后的Li-nHA(烧结后的预置圆形片状材料)材料置于24孔板中，每孔一块，设10个孔，每孔加入500ul培养基于37.5℃，5％CO2的饱和湿度下培养72小时，然后收集浸提液备用。
分别取出状态良好的第三代细胞，经过消化、计数后制成细胞悬液。将 BMSC、HUVEC悬液(细胞密度为1.0×105个/ml，DMEM全培养液)分别接种于96孔培养板上，每孔100μL细胞悬液。
设置2组，分别为试验组(纯浸提组)、对照组置于37.5℃，5％CO2的饱和湿度下培养24小时，每组设立5个平行样。24小时后弃原培养基，用PBS洗涤两遍。试验组分别加入100ul 100％纯浸提液，空白组加入100ul的新鲜培养基。置于37.5℃，5％CO2的饱和湿度下培养2d、4d、6d。分别于2，4，6d弃掉培养液，加入MTT溶液(5mg/mL)20μL/孔，继续培养4h，小心吸弃上清，加入二甲基亚砜(DMSO)300μL/孔。振荡10min，在酶标仪上492nm波长下测定各孔吸光度(OD)值，按细胞增殖度法计算细胞的相对增殖度和进行细胞毒性评价。
将经过辐照灭菌的多孔HA、最适掺锂浓度的Li-nHA支架材料置于24孔板中，每孔一块，每组设3个平行样，加无血清培养基预湿4小时以上。分别取出状态良好的P3BMSC、MG63细胞，经过消化计数后制成细胞悬液，以2.0*104/孔的细胞密度，接种于6孔培养板上，培养14天后终止BMSCs培养，吸出培养基，PBS洗两遍，4％多聚甲醛固定10min，再次用PBS清洗，然后1％茜素红染色20min，接着用去离子水清洗3遍，再用PBS洗两遍，光镜下拍照。 14天后终止MG63的培养，取上清液，通过ELISA试剂盒测定成骨细胞OCN、 ALP、VEGF的分泌水平。
5.Li-nHA多孔支架治疗兔激素性股骨头坏死模型
健康成年日本大白兔30只(四川大学华西动物中心提供，雌雄不限，28-32 周龄，体重2.8-3.4kg)。采用建立肌肉注射大剂量GCs法(甲基强的松龙， 20mg/kg)建立兔激素性ONFH动物模型。造模后2周随机选取6只确定模型是否建立成功。建模成功后随机分为4组，A：Li-nHA组6只，B：HA组6只，C：自体骨组6只，D：钻孔对照组6只，共计24只。采用髋关节后外侧入路钝性分离臀大肌、臀中肌及外旋肌群，并将外旋肌群拉向下方暴露股骨头颈交界处。于股骨头颈交界处后外侧用一直径3mm的钻头沿股骨头方向开一骨隧道，制成单侧股骨头直径3.0mm×5mm的圆柱形骨缺损。以此制成髓芯减压，骨移植治疗ONFH骨缺损动物模型分别植入材料。最后缝合关节囊及各层软组织，术后动物肌肉内注射庆大霉素4万U/天，连续3天。分别在术后。12 周采用安乐死的方法处死动物，取植入材料侧股骨头进行HE、RT_PCR、Westernblot及microCT观察骨修复请况。
二、结果
1.Li-nHA理化性能表征
从图1a可知，图谱上3434.54cm-1、1635.47cm-1处的吸收峰是水的吸收峰。3565.00cm-1处的吸收峰是Li-HA中羟基的吸收峰，峰强较弱，可能是由于自由水的吸收振动造成合成粉体中OH吸收峰的飘移。1036.16cm-1、603.59cm-1、 567.03cm-1处的吸收峰对应Li-HA中PO4 3-的吸收峰。
从图1b可知，经烧结后水的吸收峰消失。3565.00cm-1处的吸收峰是Li-HA 中羟基的吸收峰，较初制粉体明显。1036.16cm-1、603.59cm-1、567.03cm-1处的吸收峰对应Li-HA中PO4 3-的吸收峰。不同掺杂比例的Li-HA具有相似的出峰位置，材料中各官能团出峰均与HA出峰位置匹配，峰形明显，未见明显杂峰。
合成粉体烧结前XRD检测结果如图1c-d所示。从谱图(图1c)可以看出，样品粉末结晶度低，峰强度降低，峰形变宽，随着Li含量的增加，峰强和峰位并没有显著改变。将四种Li-nHA与HA比较，合成的Li-nHA粉体与HA的出峰位置一致，但是峰形宽大且数量较少，说明初制粉体具备HA结构但结晶度低。烧结后XRD检测结果Li-nHA样品没有出现LiO、CaO杂相，出现HA的主要衍射峰(图2b),但同时存在微弱的Ca3(P04)2特征峰，提示微量的TCP生成。由于Li属于轻质元素，因此选择XPS进行锂的定性分析。
图1e-f依次显示的是3.0％与0.5％Li-HA XPS全谱图，从图1f中可以看出，谱图中存在Li元素的峰位，证实Li成功掺入HA,随着掺锂含量的增加，Li分峰越明显。
综合红外光谱分析、X射线光电子能谱分析及X射线衍射分析结果可推断：掺入到HA晶胞中Li并没有改变HA的物相。合成Li-nHA粉体及烧结后粉末XRD结果显示均具有HA结构。
2.Li-nHA力学性能研究
表1不同掺锂纳米Li-nHA最大压缩应力σ
试样 0.5％Li-HA 1.0％Li-HA 1.5％Li-HA 3.0％Li-HA HA
σMPa 2.15±0.63 2.54±0.32 3.48±0.47 3.44±0.55 1.96±0.55
图3显示不同掺锂浓度纳米Li-HA多孔支架在0.5mm/min加载速度下，各组应力随应变变化的趋势大致相同(3％Li-nHA应力应变趋势与上述4组一致，未列出)。随着掺锂含量的增加，各组的最大压缩应力也随之增加，其中以 1.5％Li-HA抗压性能最好(3.48Mpa)，与HA相比，1.5％Li-HA组抗压强度与弹性模量之间差异有统计学意义(表1)。
3.Li-nHA体外降解规律研究
图4a-b示模拟体液环境中，随着羟基磷灰石的降解，Li+可逐渐释放到介质中，浸泡初期呈现轻微暴释，后期释放速度变缓。5周不同支架的失重分别为16.7％(0.5％组)，16.7％(1.0％组)，31.8％(1.5％组)，38.4％(0.5％组)，其中，1.5-3.0％降解率显著高于0.5-1.0％(P＝0.018)。随着时间的推移锂离子累计释放量不断增加，Li+的累计释放量与时间近似线性。不同掺锂比例的HA在24hLi+的释放量未见明显差异,此后差异逐渐增大，并且差异有统计学意义(P<0.001)。
按照阿基米德排液法测量支架孔隙率结果显示实测孔隙率为65-72％。与机体部分松质骨孔隙率相近。
4.Li-nHA体外生物相容性及成骨活性研究
图4c显示培养第三天时，各组间成骨细胞增殖差异逐渐增大，材料组细胞增殖活性高于空白对照组及HA组(P<0.05)，Li-nHA与纯HA相比，随着锂含量的增加，BMSCs增殖活性先增强后降低，高掺锂组3.0％Li-HA则明显抑制细胞增殖(P<0.05)。第五天时材料组仍表现促BMSCs的增殖，而且组间差异进一步增大且有统计学意义(P<0.05)，掺锂HA支架材料细胞增殖优于HA支架(P<0.05),其中以1.5％Li-HA效果最佳。高掺锂组3.0％Li-HA对BMSCs的增殖仍然具有明显抑制细胞增殖。
图4d可看出内皮细胞的增殖趋势总体上与BMSCs一致。各时间点空白对照组HUVEC增殖活性均高于与材料组细胞增殖活性，高掺锂组3.0％Li-HA对 HUVEC细胞增殖具有明显抑制作用。但空白对照组、HA组及低掺锂组Li-HA 各组间差异无统计学意义(P>0.05)。图4e-g ELISA结果显示MG63分别于 1.5％Li-HA及HA支架培养14天后，与HA组相比，1.5％Li-HA显著增加成骨细胞ALP、OCN及VEGF蛋白表达水平(P<0.05)，促进成骨细胞成熟分化，增加成骨作用。
茜素红染色结果显示(图5)BMSCs分别于1.5％Li-HA及HA支架培养14 天后，HA组可见细胞群有少量钙结节形成，而1.5％Li-HA可见钙结节形成数量众多。
5.Li-nHA治疗兔激素性股骨头坏死研究
光学显微镜下，2周时出现典型的骨坏死表现，坏死区主要位于股骨头松质骨和软骨下区，骨髓细胞碎片集聚，骨小梁出现空骨陷窝，而且每高倍镜视野下空骨陷窝率超过50％骨细胞胞质中充满脂滴，部分骨细胞胞核被挤向一边，骨小梁内侧面成骨细胞数量明显减少，骨髓造血组织消失，脂肪细胞体积增大、堆积融合成更大脂滴(见图6)。
采用RT-PCR检测四组成骨指标ALP、OCN、Col1及成血管指标VEGF指标，结果发现，nHA支架联合BMMNC均能促进成骨及成血管指标的mRNA表达水平，掺锂组优于非掺锂组，差别具有统计学意义(P<0.05)，而与自体骨组的修复效果相当(P>0.05)，相应因子的蛋白表达趋势与mRNA一致(见图 9～图10)。
HE染色、microCT扫描可以看出，空白组骨坏死不能自发修复缺损，当材料联合细胞修复时可见新生骨组织及血管形成，无明显炎症反应，生物相容性好，掺锂组材料修复效果明显优于非掺锂组，但不及自体骨组(见图11～图12)。
本发明选择掺锂纳米HA作为Li有效缓释载体，通过缓慢、持久释放Li，有效激活Wnt/βcatenin信号通路，确定不同掺锂HA对BMSCs与MG63成骨活性的影响。体外生物相容性结果显示低掺锂组随着锂浓度增高，BMSCs增值活性增强，以1.5％Li-HA组增殖情况最佳，而高掺锂组3.0％Li-HA则明显抑制细胞增殖。
我们的体内实验采用激素造模的方法构建兔股骨头坏死模型，然后经头颈交界处钻孔植入我们Li-nHA支架，对照组采用纯HA支架，阳性对照采用自体髂骨移植修复，空白对照进行钻孔。通过Micro-CT，HE染色，RT-PCR，Westernblot多水平、多角度分析，我们发现掺锂后的支架具备不错的股骨头坏死治疗作用，能很好修复股骨头坏死调节下的骨缺损，第12周时掺锂支架组能增加成骨因子ALP、OCN、Col-1的表达，而其机制跟体外研究相同，与Li抑制GSK3β进而进货Wnt通路相关，从而增强β-catenin的表达，最终促使成骨因子Runx2表达增加，成脂因子PPAR-γ降低实现的。
综上，通过体外、体内研究，我们证明了掺锂的纳米羟基磷灰石具备良好的生物相容性及生物学活性，植入体内后能很好的修复股骨头坏死，为临床早期ONFH的成功保头治疗提供实验和理论依据，也为骨缺损修复提供了新的治疗方式。

Claims (8)

1.一种掺锂的纳米羟基磷灰石复合材料，其特征在于：它是复合了锂的羟基磷灰石，其中，Li/(Ca+Li)的摩尔比为1.5%；所述复合材料由如下方法制备而成：取(NH4)2HPO4 溶液滴入Ca(NO3)2溶液中，同时加入硝酸锂固体，持续搅拌，反应过程中的pH值控制在10～11，产生沉淀后继续搅拌，然后在室温下熟化后抽滤，水洗，烘干，得掺锂羟基磷灰石；产生沉淀后继续搅拌1h；室温下熟化的时间是1h；所述滴入Ca(NO3)2溶液的速率为20滴/3s。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：它是由Ca(NO3)2溶液、(NH4)2HPO4溶液和硝酸锂固体制备而成，其中，(Ca+Li)/P的摩尔比为5:3。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于：所述(NH4)2HPO4 溶液的浓度为0.5mol/L；所述Ca(NO3)2溶液的浓度为0.5mol/L；所述反应的温度是60℃。
4.一种制备权利要求1~3任意一项所述复合材料的方法，其特征在于：步骤如下：取(NH4)2HPO4 溶液滴入Ca(NO3)2溶液中，同时加入硝酸锂固体，持续搅拌，反应过程中的pH值控制在10～11，产生沉淀后继续搅拌，然后在室温下熟化后抽滤，水洗，烘干，得掺锂羟基磷灰石。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述(NH4)2HPO4 溶液的浓度为0.5mol/L；所述Ca(NO3)2溶液的浓度为0.5mol/L；所述滴入Ca(NO3)2溶液的速率为20滴/3s；所述反应的温度是60℃；产生沉淀后继续搅拌1h；室温下熟化的时间是1h；所述(NH4)2HPO4 溶液、Ca(NO3)2溶液和硝酸锂固体中，(Ca+Li)/P的摩尔比为5:3，Li/(Ca+Li)的摩尔比为1.5%。
6.权利要求1~3任意一项所述的复合材料在制备骨修复材料中的用途。
7.一种骨修复材料，其特征在于：它是由权利要求1~3任意一项所述的复合材料，加上致孔剂，经烧结制备而成。
8.根据权利要求7所述的骨修复材料，其特征在于：所述致孔剂为硬脂酸，其与复合材料的质量比为0.05：0.075；所述修复材料还需要增加粘合剂，每0.75g粉体使用20-50ul粘合剂；所述粘合剂是浓度为10%的聚乙烯醇溶液。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1390607A (zh) * 2001-06-12 2003-01-15 中国人民解放军总医院 一种改性羟基磷灰石代骨材料及其制备方法和应用
CN1475436A (zh) * 2002-08-12 2004-02-18 文国琴 氟磷灰石制作方法
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1390607A (zh) * 2001-06-12 2003-01-15 中国人民解放军总医院 一种改性羟基磷灰石代骨材料及其制备方法和应用
CN1475436A (zh) * 2002-08-12 2004-02-18 文国琴 氟磷灰石制作方法
WO2017131540A2 (en) * 2016-01-25 2017-08-03 Instytut Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Pan Im.W.Trzebiatowskiego Nanocrystalline calcium hydroxyapatites, method for its manufacture and use thereof thereof in regenerative medicine and theranostic

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Attachment and Proliferation of Osteoblasts on Lithium-Hydroxyapatite Composites;Ana Paula M. Shainberg等;《Advances in Materials Science and Engineering》;20121231;第1-10页 *
In vitro study on the degradation of lithium-doped hydroxyapatite for bone tissue engineering scaffold;Yaping Wang等;《Materials Science and Engineering C》;20160420;第66卷;第185-192页 *

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