CN108219788A - 一种兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体及其制备方法 - Google Patents

一种兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体及其制备方法，采用分步水热合成技术，第一步通过水热合成制备出富含两种以上稀土离子、发光颜色可调的上转换荧光羟基磷灰石粉体HA:Ln1+Ln2，第二步水热反应实现铁离子与HA晶体表面阳离子(Ca2+和/或Ln3+)的交换，获得兼具有超顺磁性的HA:Ln1+Ln2/Fe粉体；所得羟基磷灰石粉体，在近红外光激发下其上转换荧光强度高、穿透力强，可以避免组织自体荧光干扰；同时其在外磁场作用下具有超顺磁性，有助于促进细胞增殖与成骨，在生物医学基础研究、高性能骨牙修复材料研制、促进成骨及生物材料体内示踪研究等方面具有广阔的应用前景。

Description

一种兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体及其制备 方法
技术领域
本发明属于生物医学材料和生物医学工程技术领域，涉及一种兼具上转换荧光和超顺磁性的磷灰石粉体及其制备方法。
背景技术
骨、牙修复材料一直是生物医学材料研究的热点，人工合成的羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)晶体具有与人体骨、牙无机质相似的成分和晶体结构，因而对细胞和组织具有良好的亲和性，能与新骨组织实现较好的骨性键合，可作为骨、牙修复材料使用。然而，如何进一步提高HA的成骨性能和有效示踪HA在体内的成骨过程，依然是有待解决的技术和临床难题。
为了进一步提高HA的成骨性能，现有技术公开了在HA中引入Fe离子，赋予HA超顺磁性，以便在外加磁场作用下促进细胞增殖和成骨【Tampieri,A.；D’Alessandro,T.；Sandri,M.；Sprio,S.；Landi,E.；Bertinetti,L.；Panseri,S.；Pepponi,G.；Goettlicher,J.；-López,M.；Rivas,J.,Intrinsic magnetism and hyperthermia inbioactive Fe-doped hydroxyapatite.ActaBiomaterialia 2012,8(2),843-851】。此外，【Guo,Y.-P.；Long,T.；Tang,S.；Guo,Y.-J.；Zhu,Z.-A.,Hydrothermal fabrication ofmagnetic mesoporous carbonated hydroxyapatite microspheres:biocompatibility,osteoinductivity,drug delivery property and bactericidal property.Journal ofMaterials Chemistry B 2014,2(19),2899-2909】报导了一种介孔HA层包裹超顺磁性Fe3O4微球复合材料，这种微球复合材料的生物相容性得到了改善，且在磁场作用下可促进骨髓基质干细胞的粘附、增殖和成骨作用。但由于该复合材料是一种HA包裹Fe3O4的核壳粉体，尽管在体内可以通过表面HA层与骨组织实现骨性键合，但其Fe3O4成分是包裹在HA层内，作为一种外来的与骨矿物质不同的基质将长期驻留在体内，会对骨组织的再生重建带来影响。再者，不论是掺Fe的HA还是由HA包裹超顺磁性Fe3O4制备得到的复合材料，尽管在外磁场作用下都能促进细胞增殖和成骨效果，但他们都不具有荧光特性，无法实现通过荧光尤其是不受组织自体荧光干扰的上转换荧光来示踪材料在体内的分布和成骨过程，而且铁离子的存在会淬灭稀土离子的荧光和发光强度。因此，如何避免HA中的Fe离子对稀土离子发光的淬灭影响，使含Fe离子的超顺磁性HA晶体具有荧光示踪性能是有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的旨在针对上述现有技术中的不足，提供一种兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体，以便使含Fe3+的HA粉体具有荧光示踪性能。本发明的另一目的旨在提供一种上述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法。
本发明所述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体，由稀土掺杂的羟基磷灰石粉体颗粒表面的部分钙离子和/或稀土离子被铁离子置换得到。
本发明所述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，步骤如下：
(1)合成含稀土离子的HA:Ln1+Ln2粉体
向含表面活性剂的醇溶液中添加含Ca2+的水溶液得到第一混合液，再向第一混合液中添加含Ln1 3+的水溶液和含Ln2 3+的水溶液得到第二混合液，之后于25～70℃、搅拌条件下，将含PO4 3-的水溶液滴加到所得第二混合液中，滴加过程中通过添加碱液维持反应体系pH值为9-11，滴加结束后于120～160℃反应6～10h，然后将反应所得产物经离心分离、洗涤、冷冻干燥得到HA:Ln1+Ln2粉体，于700～900℃对所得HA:Ln1+Ln2粉体活化处理1～3h；所述Ca2+与PO4 3-的Ca/P摩尔比＝1.67，所述Ln1 3+、Ln2 3+和Ca2+的摩尔比为(10～20):(1～2):100；所述Ln1 3+与Ln2 3+为不同的稀土离子；所述表面活性剂与Ca2+的摩尔比为(5～10):1；
(2)制备兼具上转换荧光和超顺磁性的HA:Ln1+Ln2/Fe粉体
向含Fe3+的水溶液中加入经活化处理的HA:Ln1+Ln2粉体，搅拌均匀之后于160～200℃反应1～5h，反应所得产物经洗涤、冷冻干燥得到HA:Ln1+Ln2/Fe粉体；所述含Fe3+水溶液中的铁盐与经活化处理的HA:Ln1+Ln2粉体的质量比为(0.25～1):1。
上述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，所述步骤(1)中，表面活性剂用于调控羟基磷灰石晶体的生长，可以为油酸、十八胺、聚乙二醇、丙三醇、蓖麻油酸中的至少一种；在使用前，需要利用醇溶剂进行溶解或稀释，用于溶解或稀释表面活性剂的醇溶剂可以为乙醇、甲醇、异丙醇或丁二醇，醇溶剂的用量为表面活性剂质量的2-5倍。
上述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，所述步骤(1)中，稀土离子Ln1 3+为Yb3+，稀土离子Ln2 3+为Ho3+、Er3+、Tm3+、Pr3+、Eu3+和Tb3+中的至少一种。含Ln1 3+的水溶液和含Ln2 3+的水溶液为相应的硝酸盐、盐酸盐或硫酸盐水溶液。含Ln1 3+的水溶液和含Ln2 3+的水溶液中水的用量为至少将Ln1 3+和Ln2 3+相应的硝酸盐、盐酸盐或硫酸盐溶解完全。
上述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，所述步骤(1)中，含Ca2+的水溶液为硝酸钙或氯化钙水溶液，浓度为0.2～2mol/L；含PO4 3-的水溶液为磷酸钠或磷酸氢二铵水溶液，浓度为0.12～1.2mol/L。
上述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，所述步骤(1)中，碱液为氨水、氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
上述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，所述步骤(2)中，含Fe3+的水溶液是由硝酸铁或氯化铁溶于水中得到，其浓度为3.125～12.5mg/mL。
上述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，所述步骤(1)中，洗涤的目的在于去除附着在所得产物表面的未反应的原料、表面活性剂以及反应所生成的可溶性盐等杂质，一般采用去离子水和乙醇对离心所得产物进行充分清洗即可。所述步骤(2)中，洗涤的目的在于去除附着在所得产物表面的未反应的原料、反应所生成的可溶性盐等杂质，一般采用去离子水对反应所得产物进行充分清洗即可。
本发明采用分布水热合成方法，第一步通过水热法合成富含稀土离子的HA:Ln1+Ln2粉体，合成的粉体需要经700～900℃高温活化处理，才能具有上转换荧光性能；第二步采用水热阳离子交换方法，将Fe3+离子置换到HA:Ln1+Ln2粉体颗粒表面，为了能够使铁离子更加均匀和有效的置换到HA:Ln1+Ln2粉体颗粒表面，需要进一步升高水热合成的温度，反应釜中的压力也相应升高，在更高的温度和压力条件下，将Fe3+离子置换到HA:Ln1+Ln2粉体颗粒表面，得到HA:Ln1+Ln2/Fe粉体。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的复合掺杂羟基磷灰石粉体，由稀土掺杂的羟基磷灰石粉体颗粒表面的部分钙离子和/或稀土离子被铁离子置换得到，由于铁离子是取代粉体颗粒表面的部分钙离子和/或稀土离子，而对粉体颗粒内部的稀土离子没有影响，因此对粉体颗粒的上转换荧光性能干扰较小；而粉体表面铁离子的存在，可赋予该材料独特的超顺磁性，从而使该羟基磷灰石粉体兼具上转换荧光特性和超顺磁性，有助于在促进细胞增殖和成骨的同时示踪植入材料；
2、本发明提供的兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，采用分步水热合成技术，第一步通过水热合成制备出富含两种或以上稀土离子、发光颜色可调的上转换荧光羟基磷灰石粉体HA:Ln1+Ln2，第二步水热反应实现铁离子与HA:Ln1+Ln2粉体颗粒表面阳离子(Ca2+和/或Ln3+)的交换，从而获得兼具上转换荧光和超顺磁性的HA:Ln1+Ln2/Fe粉体；
3、通过本发明制备方法得到的兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体，其物相结构稳定，在近红外光激发下其上转换荧光强度高、穿透力强，可有效避免组织自体荧光干扰；同时其在磁场作用下具有超顺磁性，有助于促进细胞粘附和骨组织再生重建；而且，超顺磁性还有利于该种材料的核磁共振成像；因此，这种HA:Ln1+Ln2/Fe粉体在生物医学基础研究、高性能骨牙修复材料研制、及生物材料体内示踪研究等方面具有广阔的应用前景；
4、本发明制备方法基于水热合成技术，制备工艺简单、对设备要求低，易于在本领域内推广应用。
附图说明
图1为XRD图谱，其中ICDD:09-0432为羟基磷灰石标准卡片XRD图谱，HYH为对比例2所得粉体样品的XRD图谱，HYH/0.25Fe为实施例1所得粉体样品的XRD图谱，HYH/0.5Fe为实施例2所得粉体样品的XRD图谱，HYH/1Fe为实施例3所得粉体样品的XRD图谱。
图2为XPS能谱图，其中HYH/0.25Fe为实施例1所得粉体样品的XPS能谱图，HYH/0.5Fe为实施例2所得粉体样品的XPS能谱图，HYH/1Fe为实施例3所得粉体样品的XPS能谱图。
图3为实施例1所得HYH/0.25Fe粉体样品的磁化曲线图谱。
图4为上转换荧光发射谱图，其中无水热HYH为对比例1采用湿法制备未经水热处理所得样品的上转换荧光发射谱图，HYH/1Fe为实施例3所得样品的上转换荧光发射谱图，HYH/0.5Fe为实施例2采用所得样品的上转换荧光发射谱图，HYH/0.25Fe为实施例1所得样品的上转换荧光发射谱图，HYH为对比例2水热处理所得不含Fe离子的HYH样品的上转换荧光发射谱图。
图5为对比例1所得HY H样品和实施例1所得HYH/0.25Fe(浓度100μg/mL)与成骨类细胞MG63共培养1，4，7天，所得细胞增殖曲线图。
图6为实施例1所得HYH/0.25Fe样品植入兔股骨缺损4个月后的共聚焦荧光显微成像效果图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
对比例1
本对比例制备未经水热处理HA:Yb+Ho粉体的步骤如下：在9mL硝酸钙水溶液(Ca2+摩尔浓度为0.2mol/L)中加入2mLYb(NO3)3水溶液【含Yb(NO3)3 0.36mmol】和2mL Ho(NO3)3水溶液【含Ho(NO3)3 0.036mmol】得到混合液，于70℃、搅拌条件下，将9mL磷酸钠水溶液(PO4 3-摩尔浓度为0.12mol/L)滴加到所得混合液中，滴加过程中通过添加氨水维持反应体系pH值为10，所得悬浮液于70℃继续反应2h，然后将反应所得产物进行离心，所得沉淀用去离子水和乙醇充分清洗后，再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到未经水热处理的HA:Yb+Ho(简称无水热HYH)粉体，最后于800℃对所得HYH粉体活化处理2h，得到具有上转换荧光性能的无水热HYH粉体。
对比例2
本对比例制备不含Fe离子的HA:Yb+Ho粉体的步骤如下：在50mL水热反应釜中，将0.5g十八胺、4mL油酸加入到16mL乙醇中，混合均匀得到含十八胺和油酸的醇溶液，再加入9mL硝酸钙水溶液(Ca2+摩尔浓度为0.2mol/L)得到第一混合液，向第一混合液中加入2mL Yb(NO3)3水溶液【含Yb(NO3)3 0.36mmol】和2mL Ho(NO3)3水溶液【含Ho(NO3)30.036mmol】得到混合液，于50℃、搅拌条件下，将9mL磷酸钠水溶液(PO4 3-摩尔浓度为0.12mol/L)滴加到所得第二混合液中，滴加过程中通过添加氨水维持反应体系pH值为9，再将滴加结束后所得悬浮液装入水热反应釜中于120℃反应10h，然后将反应所得产物进行离心，所得沉淀用去离子水和乙醇充分清洗后，再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到HA:Yb+Ho(简称HYH)粉体，最后于700℃对所得HYH粉体活化处理1h，得到具有上转换荧光性能的HYH粉体。
实施例1
本实施例制备HA:Yb+Ho/0.25Fe粉体的步骤如下：
(1)在50mL水热反应釜中，将0.5g十八胺、4mL油酸加入到16mL乙醇中，混合均匀得到含十八胺和油酸的醇溶液，再加入9mL硝酸钙水溶液(Ca2+摩尔浓度为0.2mol/L)得到第一混合液，向第一混合液中加入2mL Yb(NO3)3水溶液【含Yb(NO3)3 0.36mmol】和2mL Ho(NO3)3水溶液【含Ho(NO3)3 0.036mmol】得到混合液，于70℃、搅拌条件下，将9mL磷酸钠水溶液(PO4 3-摩尔浓度为0.12mol/L)滴加到所得第二混合液中，滴加过程中通过添加氨水维持反应体系pH值为10，再将滴加结束后所得悬浮液装入水热反应釜中于140℃反应8h，然后将反应所得产物进行离心，所得沉淀用去离子水和乙醇充分清洗后，再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到HA:Yb+Ho(简称HYH)粉体，最后于800℃对所得HYH粉体活化处理2h；
(2)向80mL硝酸铁水溶液(含硝酸铁0.25g)的水热反应釜中加入经活化处理的1gHYH粉体，搅拌均匀之后于180℃反应4h，使HYH粉体颗粒表面的部分钙离子和/或表面稀土离子被铁离子所取代，反应所得产物经去离子水充分清洗后、再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到兼具上转换荧光和超顺磁性的HYH/0.25Fe粉体。
实施例2
本实施例制备HA:Yb+Ho/0.5Fe粉体的步骤如下：
(1)在50mL水热反应釜中，将0.5g十八胺、4mL油酸加入到16mL乙醇中，混合均匀得到含十八胺和油酸的醇溶液，再加入9mL硝酸钙水溶液(Ca2+摩尔浓度为0.2mol/L)得到第一混合液，向第一混合液中加入2mL Yb(NO3)3水溶液【含Yb(NO3)3 0.36mmol】和2mL Ho(NO3)3水溶液【含Ho(NO3)3 0.036mmol】得到混合液，于50℃、搅拌条件下，将9mL磷酸钠水溶液(PO4 3-摩尔浓度为0.12mol/L)滴加到所得第二混合液中，滴加过程中通过添加氨水维持反应体系pH值为9，再将滴加结束后所得悬浮液装入水热反应釜中于120℃反应10h，然后将反应所得产物进行离心，所得沉淀用去离子水和乙醇充分清洗后，再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到HA:Yb+Ho(简称HYH)粉体，最后于700℃对所得HYH粉体活化处理1h；
(2)向80mL硝酸铁水溶液(含硝酸铁0.5g)的水热反应釜中加入经活化处理的1gHYH粉体，搅拌均匀之后于180℃反应4h，使HYH粉体颗粒表面的部分钙离子和/或表面稀土离子被铁离子所取代，反应所得产物经去离子水充分清洗后、再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到兼具上转换荧光和超顺磁性的HYH/0.5Fe粉体。
实施例3
本实施例制备HA:Yb+Ho/1Fe粉体的步骤如下：
(1)在50mL水热反应釜中，将0.5g十八胺、4mL油酸加入到16mL乙醇中，混合均匀得到含十八胺和油酸的醇溶液，再加入9mL硝酸钙水溶液(Ca2+摩尔浓度为0.2mol/L)得到第一混合液，向第一混合液中加入2mL Yb(NO3)3水溶液【含Yb(NO3)3 0.36mmol】和2mL Ho(NO3)3水溶液【含Ho(NO3)3 0.036mmol】得到混合液，于50℃、搅拌条件下，将9mL磷酸钠水溶液(PO4 3-摩尔浓度为0.12mol/L)滴加到所得第二混合液中，滴加过程中通过添加氨水维持反应体系pH值为10，再将滴加结束后所得悬浮液装入水热反应釜中于160℃反应6h，然后将反应所得产物进行离心，所得沉淀用去离子水和乙醇充分清洗后，再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到HA:Yb+Ho(简称HYH)粉体，最后于800℃对所得HYH粉体活化处理2h；
(2)向80mL硝酸铁水溶液(含硝酸铁1g)的水热反应釜中加入经活化处理的1g HYH粉体，搅拌均匀之后于180℃反应4h，使HYH粉体颗粒表面的部分钙离子和/或表面稀土离子被铁离子所取代，反应所得产物经去离子水充分清洗后、再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到兼具上转换荧光和超顺磁性的HYH/1Fe粉体。
实施例4
本实施例制备HA:Yb+Er/0.5Fe粉体的步骤如下：
(1)在50mL水热反应釜中，将6.5mL聚乙二醇200加入到13mL丁二醇中，混合均匀得到聚乙二醇的醇溶液，再加入3.6mL氯化钙水溶液(Ca2+摩尔浓度为1mol/L)得到第一混合液，向第一混合液中加入4mLYb2(SO4)3水溶液【含Yb2(SO4)3 0.18mmol】和4mLEr2(SO4)3水溶液【含Er2(SO4)3 0.018mmol】得到第二混合液，于70℃、搅拌条件下，将3.6mL磷酸氢二铵水溶液(PO4 3-摩尔浓度为0.6mol/L)滴加到所得第二混合液中，滴加过程中通过添加氢氧化钠水溶液维持反应体系pH值为9，再将滴加结束后所得悬浮液装入水热反应釜中于160℃反应6h，然后将反应所得产物进行离心，所得沉淀用去离子水和乙醇充分清洗后，再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到HA:Yb+Er(简称HYE)粉体，最后于900℃对所得HYE粉体活化处理1h；
(2)向80mL氯化铁水溶液(含氯化铁0.5g)的水热反应釜中加入经活化处理的1gHYE粉体，搅拌均匀之后于200℃反应2h，使HYE粉体颗粒表面的部分钙离子和/或表面稀土离子被铁离子所取代，反应所得产物经去离子水充分清洗后、再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到兼具上转换荧光和超顺磁性的HYE/0.5Fe粉体。
实施例5
本实施例制备HA:Yb+Tm+Tb/0.5Fe粉体的步骤如下：
(1)在500mL水热反应釜中，将5g十八胺、23mL蓖麻油酸加入到170mL异丙醇中，混合均匀得到蓖麻油酸的醇溶液，再加入9mL硝酸钙水溶液(Ca2+摩尔浓度为2mol/L)得到第一混合液，向第一混合液中加入20mLYbCl3水溶液【含YbCl3 2.7mmol】、20mL TmCl3水溶液【含TmCl30.27mmol】和20mL TbCl3水溶液【含TbCl30.27mmol】得到第二混合液，于25℃、搅拌条件下，将9mL磷酸钠水溶液(PO4 3-摩尔浓度为1.2mol/L)滴加到所得第二混合液中，滴加过程中通过添加氢氧化钾水溶液维持反应体系pH值为11，再将滴加结束后所得悬浮液装入水热反应釜中于120℃反应10h，然后将反应所得产物进行离心，所得沉淀用去离子水和乙醇充分清洗后，再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到HA:Yb+Tm+Tb(简称HYTT)粉体，最后于750℃对所得HYTT粉体活化处理3h；
(2)向80mL硝酸铁水溶液(含硝酸铁0.5g)的水热反应釜中加入经活化处理的1gHYTT粉体，搅拌均匀之后于160℃反应5h，使HYH粉体颗粒表面的部分钙离子和/或表面稀土离子被铁离子所取代，反应所得产物经去离子水充分清洗后、再将洗涤所得产物经冷冻干燥得到兼具上转换荧光和超顺磁性的HYTT/0.5Fe粉体。
为了考察Ln1 3+、Ln2 3+、Fe3+离子是否对HA晶体结构产生影响，本发明对对比例2、实施例1、实施例2、实施例3所得样品进行XRD(X-ray diffraction，X射线衍射)分析，分析结果如图1所示。从图1可以看出，实例1～3分步水热合成的HYH/(0.25-1)Fe粉体的衍射峰与羟基磷灰石标准卡片(ICDD:09-0432)相一致，证明Ln1 3+、Ln2 3+、Fe3+并没有改变HA晶体结构。
为了考察Fe3+离子是否成功置换到HA:Ln1+Ln2粉体表面，本发明对实施例1、实施例2、实施例3所得样品进行XPS(X-ray photoelectron spectroscopy，X射线光电子能谱)分析，分析结果如图2所示。从图2可以看出，实施例1～3分步水热合成的HYH/(0.25-1)Fe粉体中检测到了Yb，Ho，Ca，Fe，P元素，说明。Fe3+离子已成功置换到HA:Ln1+Ln2粉体表面。
为了考察Fe3+离子成功置换到HA:Ln1+Ln2粉体表面后样品的磁性能，本发明对实施例1所得HYH/0.25Fe样品在-30KG～30KG磁场范围内的磁性能进行测试，所得磁滞回线如图3所示。从图3中可以看出，HYH/0.25Fe具有良好的超顺磁性。
为了考察Fe3+离子成功置换到HA:Ln1+Ln2粉体表面后样品的上转换荧光性能，本发明对对比例1、对比例2、实施例1-3所得样品采用波长为980nm近红外激光进行激发，得到样品的上转换荧光发射谱图，如图4所示。从图4中可以看出，实例1-3分步水热合成的HYH/(0.25-1)Fe粉体在980nm近红外光激发下发出绿色(543nm)和红色(653nm)荧光，以红光为主。虽然Fe3+对上转换荧光强度有一定干扰，但未见荧光淬灭现象发生，HYH/(0.25-1)Fe粉体仍表现出良好的上转换荧光性能，强于不含铁离子的无水热HYH样品。
为了考察Fe3+离子成功置换到HA:Ln1+Ln2粉体表面后样品的生物相容性，本发明对对比例1、实施例1所得样品HYH(在细胞培养液中的浓度为100μg/mL)和HYH/0.25Fe(在细胞培养液中的浓度为100μg/mL)与成骨类细胞MG63共培养1，4，7天，所得细胞增殖曲线如图5所示。从图5可以看出，HYH/0.25Fe比不含铁离子的HYH具有更好的细胞生物相容性，有助于细胞增殖。
为了考察Fe3+离子成功置换到HA:Ln1+Ln2粉体表面后样品的荧光示踪能力和对成骨过程的影响，本发明对实施例1所得HYH/0.25Fe样品植入兔股骨缺损4个月后的取样切片进行了分析，所得共聚焦荧光显微成像如图6所示，HYH/0.25Fe粉体材料在980nm近红外光激发下能发出明亮上转换荧光，并且没有组织自体荧光干扰，通过荧光可以很好的区分材料与骨组织，这是以往方法无法做到的，发现HYH/0.25Fe粉体可参与成骨过程，新生骨组织(黑色)可围绕HYH/0.25Fe粉体生长及与HYH/0.25Fe粉体形成良好的骨整合。

Claims (10)

1.一种兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体，其特征在于由稀土掺杂的羟基磷灰石粉体颗粒表面的部分钙离子和/或稀土离子被铁离子置换得到。
2.权利要求1所述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)合成含稀土离子的HA:Ln1+Ln2粉体
向含有表面活性剂的醇溶液中添加含Ca2+的水溶液得到第一混合液，再向第一混合液中添加含Ln1 3+的水溶液和含Ln2 3+的水溶液得到第二混合液，之后于25～70℃、搅拌条件下，将含PO4 3-的水溶液滴加到所得第二混合液中，滴加过程中通过添加碱液维持反应体系pH值为9-11，滴加结束后于120～160℃反应6～10h，然后将反应所得产物经离心分离、洗涤、冷冻干燥得到HA:Ln1+Ln2粉体，于700～900℃对所得HA:Ln1+Ln2粉体活化处理1～3h；所述Ca2+与PO4 3-的Ca/P摩尔比＝1.67，所述Ln1 3+、Ln2 3+和Ca2+的摩尔比为(10～20):(1～2):100；所述Ln1 3+与Ln2 3+为不同的稀土离子；所述表面活性剂与Ca2+的摩尔比为(5～10):1；
(2)制备兼具上转换荧光和超顺磁性的HA:Ln1+Ln2/Fe粉体
向含有Fe3+的水溶液中加入经活化处理的HA:Ln1+Ln2粉体，搅拌均匀之后于160～200℃反应1～5h，反应所得产物经洗涤、冷冻干燥得到HA:Ln1+Ln2/Fe粉体；所述含有Fe3+的水溶液中的铁盐与经活化处理的HA:Ln1+Ln2粉体的质量比为(0.25～1):1。
3.根据权利要求2所述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，表面活性剂为油酸、十八胺、聚乙二醇、丙三醇、蓖麻油酸中的至少一种。
4.根据权利要求3所述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，含有表面活性剂的醇溶液中醇溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇或丁二醇，其用量为表面活性剂质量的2～5倍。
5.根据权利要求2所述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，稀土离子Ln1 3+为Yb3+，稀土离子Ln2 3+为Ho3+、Er3+、Tm3+、Pr3+、Eu3+、Tb3+中的至少一种；含Ln1 3+的水溶液和含Ln2 3+的水溶液为相应的硝酸盐、盐酸盐或硫酸盐水溶液。
6.根据权利要求2至5任一权利要求所述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，含Ca2+的水溶液为硝酸钙或氯化钙水溶液，浓度为0.2～2mol/L；含PO4 3-的水溶液为磷酸钠或磷酸氢二铵水溶液，浓度为0.12～1.2mol/L。
7.根据权利要求2至5任一权利要求所述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，碱液为氨水、氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
8.根据权利要求6所述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，碱液为氨水、氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
9.根据权利要求2至5任一权利要求所述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，含Fe3+的水溶液是由硝酸铁或氯化铁溶于水中得到，其浓度为3.125～12.5mg/mL。
10.根据权利要求8所述兼具上转换荧光和超顺磁性的羟基磷灰石粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，含有Fe3+的水溶液是由硝酸铁或氯化铁溶于水中得到，其浓度为3.125～12.5mg/mL。
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