CN108421085A - 石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料及其制备方法 - Google Patents

石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108421085A
CN108421085A CN201810482509.2A CN201810482509A CN108421085A CN 108421085 A CN108421085 A CN 108421085A CN 201810482509 A CN201810482509 A CN 201810482509A CN 108421085 A CN108421085 A CN 108421085A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
hydroxyapatite
bone material
preparation
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810482509.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108421085B (zh
Inventor
邢士超
王鹏君
吕秋兰
于腾波
马学晓
陈泽庆
刘秀
徐大星
王广涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Affiliated Hospital of University of Qingdao
Original Assignee
Affiliated Hospital of University of Qingdao
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Affiliated Hospital of University of Qingdao filed Critical Affiliated Hospital of University of Qingdao
Priority to CN201810482509.2A priority Critical patent/CN108421085B/zh
Priority to PCT/CN2018/094081 priority patent/WO2019218433A1/zh
Publication of CN108421085A publication Critical patent/CN108421085A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108421085B publication Critical patent/CN108421085B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02Inorganic materials
    • A61L27/12Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02Inorganic materials
    • A61L27/08Carbon ; Graphite
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/12Materials or treatment for tissue regeneration for dental implants or prostheses

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明公开一种石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料及其制备方法,该方法包括:将氢氧化钙水溶液与磷源溶液按照Ca/P摩尔比为1.67比例混合生成羟基磷灰石后,加入化学计量比合成的羟基磷灰石质量2.5%‑25%的水溶性石墨烯,超声5分钟后得到均匀的黑色溶液;将黑色溶液加入至极性溶液中,于200摄氏度反应12~36小时,冷却至室温,得到混合液;将混合液用去离子水离心洗涤至中性,得到黑色粗产品;以及将黑色粗产品超声分散于去离子水中,并进行预冷冻,得到石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料。本发明所得产物生物相容性高,对成骨细胞有较好的增殖作用,可以较快地完成骨缺损的修复,且生物降解性较好,可用在疾病预防、生物医疗、靶向药物、环境保护等行业。

Description

石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及医学仿生材料的领域,特别是涉及一种医用骨材料的制备方法。
背景技术
羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)为六方晶系的白色粉末,化学组成为Ca10(PO4)6(OH)2,比重为3.16克/立方厘米,莫氏硬度为5,与天然磷灰石矿物相近。HA是人体骨骼组织和牙齿的主要无机成分,其在牙釉质中含量约为96%,其在骨骼中也能占到69%以上。相对于传统的金属(不锈钢、钛合金)和陶瓷(氧化铝、氮化硅)类骨替代材料,HA生物活性陶瓷不仅抗腐蚀性强,能与骨形成骨性结合界面,结合强度高,稳定性好,而且还具有诱导骨细胞生长的作用,逐步参与代谢,是完全可以在生物体内降解的一类生物材料,因此消除了安全隐患。另外,HA在口腔保健领域中可作为一种诱导因子,实现对牙齿脱敏以美白作用。由于HA粒子与牙釉质生物相容性好,亲和性高,可以有效阻止钙离子流失,解决牙釉质脱矿问题,从根本上预防龋齿病。含有HA材料的牙膏,能减少患者口腔的牙菌斑,促进牙龈炎愈合,对龋病、牙周病有较好的防治作用。此外,HA还对生物大分子具有较强的吸附作用,将其作为药物载体,安全有效,且不为胃肠液所溶解,在释放药物后可降解吸收或全部随粪便排出。另有研究表明,其对肝癌、胃癌、骨肉瘤等多种癌细胞的生长具有不同程度的抑制作用。基于上述特点,其在疾病预防、生物医疗、靶向药物、环境保护等行业均具有广泛应用。
虽然HA及其复合材料的研究和在组织工程中的应用均取得了较快的发展,但仍然存在很多问题,如HA的脆性较高,降低了其在临床应用的可靠性与服役时间。自然骨的断裂韧性为2~12MPa·m0.5,而HA的断裂韧性不到1MPa·m0.5,其形成的仿生骨材料不能同时满足强度和韧性的双重要求,要确保HA可靠服役并扩展其应用范围,就需要对其进行增韧以提高其断裂韧性。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状的二维平面材料,具有高机械强度、高比表面积、低密度的物理化学特性,其弹性模量达到1TPa,抗断强度为42N/m,比钢高100倍,而其面密度仅为0.77mg/m2,是理想的高强度材料;同时它耐酸碱、具有良好的稳定性。近年来,石墨烯材料被发现可促进干细胞成骨分化,提高成骨细胞的增殖速度,在骨组织修复工程中具有极大的应用前景。但是,其溶解性较差,造成其与HA复合工艺复杂,极大影响了与HA的复合及应用。尽管中国专利申请CN103435031A公开了一种水溶性石墨烯(HG)的制备方法,但其并未揭示如何应用于仿生骨材料。
如中国专利申请CN102492082A公开了一种医用人造骨骼用材料的制备方法,其以鳞片石墨为原料,采用Hummers氧化法制得氧化石墨烯,并酰氯化丙烯酸,将氧化石墨烯分散于酰氯化后的丙烯酸溶液中,加入反应釜中,再加入催化剂吡啶,在N2保护下,于70~100℃下反应3~5小时,得到酯化产物;将甲基丙烯酸甲酯加入所得酯化产物中,升温至100~200℃,加入引发剂,聚合反应5~10小时,冷却至室温,得灰色固体,即为制得的医用人造骨骼用材料;所述引发剂为过氧化环己酮和过氧化甲乙酮中的一种。然而,该专利公开的制备方法需要引发剂、催化剂及氮气保护等反应条件的限定,反应操作步骤繁琐,试剂要求复杂。
又如中国专利申请CN105816916A公开了一种医用人造骨骼用材料及其制备方法,该材料包括氧化石墨烯20~50份、3,3-苯基丙烯酰氯20~75份、异丁烯酸甲酯50~100份、催化剂0.5~2份和引发剂0.5~2份,首先按重量份比将氧化石墨烯分散于3-苯基丙烯酰氯溶液中,加入反应釜中,然后加入催化剂,在氩气保护下,加热反应;然后将异丁烯酸甲酯加入到反应釜中,加入引发剂,加热反应,反应完后冷却至室温,即可制得医用人造骨骼用材料。然而专利公开的制备方法同样需要引发剂、催化剂及氮气保护等反应条件的限定,反应产物容易出现其他杂质离子。
由此可见,提供一种易于操作控制、可将羟基磷灰石与石墨烯进行有效结合的仿生骨材料的制备方法成为业内急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种制备工艺简单、复合均匀、兼具有调控羟基磷灰石亲水性、优异生物相容性,可促进成骨细胞增殖的石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法。
本发明将水溶性石墨烯和羟基磷灰石通过水热法制备得到一种石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料。
为了实现上述目的,本发明提供了一种石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法,其包括:(1)、将氢氧化钙水溶液与磷源溶液按照Ca/P摩尔比为1.67比例混合生成羟基磷灰石后,加入化学计量比合成的羟基磷灰石质量2.5%~25%的水溶性石墨烯,超声5~10分钟后得到均匀的黑色溶液;(2)、将步骤(1)中的黑色溶液加入至极性溶液中混合均匀,其中,黑色溶液与极性溶液的体积比2:3~1:5,于180摄氏度~220摄氏度的条件下反应12~36小时,冷却至室温,得到混合液;(3)、将步骤(2)得到的混合液用去离子水离心洗涤至中性,得到黑色粗产品;以及(4)将步骤(3)得到的黑色粗产品超声分散于去离子水中,预冷冻12小时,得到石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料。
可选择地,步骤(1)中的磷源溶液为磷酸二氢钙溶液、磷酸氢钙溶液、或磷酸溶液。
可选择地,步骤(1)中的磷源溶液的浓度为0.012~0.06摩尔/升。
可选择地,步骤(1)中的氢氧化钙水溶液的浓度为0.02~0.1摩尔/升。
可选择地,步骤(1)中加入的水溶性石墨烯质量为化学计量比合成的羟基磷灰石质量的5%-20%。
可选择地,步骤(2)中的极性溶液水、N,N-二甲基甲酰胺及二甲基亚砜的混合物,其中,水、N,N-二甲基甲酰胺及二甲基亚砜的体积比为1:1:1~2:3:5。
可选择地,在步骤(2)中,黑色溶液和极性溶液在鼓风干燥箱中于180摄氏度~220摄氏度的条件下反应。
可选择地,在步骤(4)中,在低温医用冰箱中于-70摄氏度~-50摄氏度的条件下进行预冷冻。
可选择地,步骤(4)中黑色粗产品与去离子水的质量比为1:1~1:10。
可选择地,本发明采用的亲水性/水溶性石墨烯(HG)可通过如中国专利申请CN103435031A、CN102145882A或CN107857254A等公开的方法制得,亦可通过其它商业渠道获得。
本发明的有益效果是:(1)、本发明中磷源和钙源均为羟基磷灰石的主要组成成分,无其他杂质离子的引入,避免了离子掺杂或缺位现象的产生,可以提升羟基磷灰石的纯度和结晶度;(2)、本发明中用水热法在极性溶剂中实现了水溶性石墨烯与羟基磷灰石的自组装复合,制备方法简单可行,易于操作和控制,成本低及无环境污染;(3)、本发明所制备的石墨烯/羟基磷灰石骨材料既保留了石墨烯亲水性的特点,同时也具备了羟基磷灰石的优异生物相容性等优点,可通过改变石墨烯的含量调控该材料的亲水性能,省去了添加表面活性剂的使用;(4)、本发明制备的石墨烯/羟基磷灰石骨材料中各组成成分的晶体结构完整,分布均匀,产品质量高;(5)、本发明可获得无干扰离子的医用骨材料,可广泛应用于骨和牙齿的构建中。
附图说明
图1为纯羟基磷灰石材料及本发明的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的Raman光谱图。
图2为纯羟基磷灰石材料及本发明的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的XRD图。
图3为纯羟基磷灰石材料及本发明的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的傅里叶红外光谱图。
图4为本发明实施例1中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的SEM图。
图5为本发明实施例2中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的SEM图。
图6为本发明实施例3中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的SEM图。
图7为本发明实施例4中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的SEM图。
图8为本发明实施例5中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的SEM图。
图9为本发明实施例6中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的SEM图。
图10为本发明实施例3中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的能谱图。
图11为本发明实施例1中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的TEM图。
图12为本发明实施例5中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的TEM图。
图13为本发明实施例6中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的TEM图。
图14为本发明实施例1中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的HRTEM图。
图15为本发明实施例3中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的HRTEM图。
图16为本发明实施例7中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的HRTEM图。
图17为本发明实施例7中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的细胞增殖作用与浓度的关系图。
图18为本发明实施例7中所得到的石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的细胞增殖作用与时间的关系图。
图1、图2、图3、图17及图18中:a代表为用该方法合成的未添加石墨烯的纯羟基磷灰石材料;b、c、d分别代表实施例1、5和7所得的石墨烯/羟基磷灰石骨材料。
具体实施方式
根据本发明的一种非限制性实施方式,提供了一种石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法,该方法包括以下步骤:
步骤(1):将氢氧化钙水溶液与磷源溶液按照Ca/P摩尔比为1.67比例混合生成羟基磷灰石后,加入化学计量比合成的羟基磷灰石质量2.5%-25%的水溶性石墨烯,超声5~10分钟后得到均匀的黑色溶液;
步骤(2):将步骤(1)中的黑色溶液加入至极性溶液中混合均匀,其中,黑色溶液与极性溶液的体积比2:3~1:5,于180摄氏度~220摄氏度反应12~36小时,冷却至室温,得到混合液;
(3):将步骤(2)得到的混合液用去离子水离心洗涤至中性,得到黑色粗产品;
(4):将步骤(3)得到的黑色粗产品超声分散于去离子水中,预冷冻12小时,得到石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料。
下面结合具体实施例对本发明作出进一步详细阐述,但实施例不应理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
将0.014mol/L氢氧化钙和0.006mol/L磷酸二氢钙按照Ca/P摩尔比为1.67比例混合,加入化学计量比合成的羟基磷灰石质量的2.5%的亲水性石墨烯(HG),超声5min后得到均匀的黑色溶液。将上述混合溶液加入极性溶液中,其中,黑色溶液与极性溶液的体积比为2:3,极性溶液为体积比为1:1:1的水、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、以及二甲基亚砜(DMSO)的混合液。在鼓风干燥箱中于200℃反应12小时。黑色溶液与极性溶液的体积比为2:3。待降至室温后,将得到的混合液用去离子水离心洗涤至中性,得到黑色粗产品。将黑色粗产品与去离子水按质量比1:1超声分散并于-60℃预冷冻12小时,进行冷冻干燥后得到黑色固体,即为无干扰离子石墨烯/羟基磷灰石骨材料。
实施例2
将0.02mol/L氢氧化钙和0.012mol/L磷酸氢钙按照Ca/P摩尔比为1.67比例混合,加入化学计量比合成的羟基磷灰石质量的10%的亲水性石墨烯(HG),超声8min后得到均匀的黑色溶液。将上述混合溶液加入极性溶液中,其中,黑色溶液与极性溶液的体积比为1:5,极性溶液为体积比为2:3:5的水、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、以及二甲基亚砜(DMSO)的的混合液。在鼓风干燥箱中于180℃反应36小时。待降至室温后,将得到的混合液用去离子水离心洗涤至中性,得到黑色粗产品。将黑色粗产品与去离子水按质量比1:2超声分散并于-70℃预冷冻12小时,进行冷冻干燥后得到黑色固体,即为无干扰离子石墨烯/羟基磷灰石骨材料。
实施例3
将0.02mol/L氢氧化钙和0.012mol/L磷酸按照Ca/P摩尔比为1.67比例混合,加入化学计量比合成的羟基磷灰石质量的25%的亲水性石墨烯(HG),超声10min后得到均匀的黑色溶液。将上述混合溶液加入极性溶液中,其中,黑色溶液与极性溶液的体积比为1:3,极性溶液为体积比为1:1:2的水、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、以及二甲基亚砜(DMSO)的混合液。在鼓风干燥箱中于220℃反应24小时h。待降至室温后,将得到的混合液用去离子水离心洗涤至中性,得到黑色粗产品。将黑色粗产品与去离子水按质量比1:5超声分散并于-50℃预冷冻12小时,进行冷冻干燥后得到黑色固体,即为无干扰离子石墨烯/羟基磷灰石骨材料。
实施例4
将0.07mol/L氢氧化钙和0.03mol/L磷酸二氢钙按照Ca/P摩尔比为1.67比例混合,加入化学计量比合成的羟基磷灰石质量的5%的亲水性石墨烯(HG),超声6min后得到均匀的黑色溶液。将上述混合溶液加入极性溶液中,其中,黑色溶液与极性溶液的体积比为1:4,极性溶液为体积比为1:1.5:2的水、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、以及二甲基亚砜(DMSO)的混合液。在鼓风干燥箱中于190℃反应30小时。待降至室温后,将得到的混合液用去离子水离心洗涤至中性,得到黑色粗产品。将黑色粗产品与去离子水按质量比1:10超声分散并于-60℃预冷冻12小时,进行冷冻干燥后得到黑色固体,即为无干扰离子石墨烯/羟基磷灰石骨材料。
实施例5
将0.04mol/L氢氧化钙和0.06mol/L磷酸氢钙按照Ca/P摩尔比为1.67比例混合,加入化学计量比合成的羟基磷灰石质量的20%的亲水性石墨烯(HG),超声8min后得到均匀的黑色溶液。将上述混合溶液加入极性溶液中,其中,黑色溶液与极性溶液的体积比为1:5,极性溶液为体积比为1:1:1的水、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、以及二甲基亚砜(DMSO)的混合液。在鼓风干燥箱中于210℃反应24小时。待降至室温后,将得到的混合液用去离子水离心洗涤至中性,得到黑色粗产品。将黑色粗产品与去离子水按质量比1:1超声分散并于-65℃预冷冻12小时,进行冷冻干燥后得到黑色固体,即为无干扰离子石墨烯/羟基磷灰石骨材料。
实施例6
将0.10mol/L氢氧化钙和0.06mol/L磷酸按照Ca/P摩尔比为1.67比例混合,加入化学计量比合成的羟基磷灰石质量的15%的亲水性石墨烯(HG),超声10min后得到均匀的黑色溶液。将上述混合溶液加入极性溶液中,其中,黑色溶液与极性溶液的体积比为2:3,极性溶液为体积比为2:3:5的水、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、以及二甲基亚砜(DMSO)的混合液。在鼓风干燥箱中于200℃反应18小时。待降至室温后,将得到的混合液用去离子水离心洗涤至中性,得到黑色粗产品。将黑色粗产品与去离子水按质量比1:8超声分散并于-60℃预冷冻12小时,进行冷冻干燥后得到黑色固体,即为无干扰离子石墨烯/羟基磷灰石骨材料。
实施例7
将0.0583mol/L氢氧化钙和0.025mol/L磷酸二氢钙按照Ca/P摩尔比为1.67比例混合,加入化学计量比合成的羟基磷灰石质量的10%的亲水性石墨烯(HG),超声5min后得到均匀的黑色溶液。将上述混合溶液加入极性溶液中,其中,黑色溶液与极性溶液的体积比为1:3.5,极性溶液为体积比为2:3:5的水、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、以及二甲基亚砜(DMSO)的混合液。在鼓风干燥箱中于200℃反应30小时。将黑色粗产品与去离子水按质量比1:2超声分散并于-60℃预冷冻12小时,进行冷冻干燥后得到黑色固体,即为无干扰离子石墨烯/羟基磷灰石骨材料。
制备得到的石墨烯/羟基磷灰石骨材料,进行相应的检测,如图1所示,图1Raman光谱中样品a仅在432cm-1、587cm-1、964cm-1、以及1048cm-1显示出羟基磷灰石的特征峰。而样品b-d除显示了羟基磷灰石的特征峰外,还在1350和1578cm-1显示出较强的石墨烯特征峰,表明样品b-d中同时具备石墨烯和羟基磷灰石的结构。
图2的XRD中样品a-d均在6.78°、25.88°、31.78°、32.20°、32.94°、34.08°、39.84°、46.78°、以及49.50°显示出羟基磷灰石的特征衍射峰,这与标准羟基磷灰石的PDF卡片相吻合。这个结果表明所得材料具有较好的结晶度,无晶体缺陷,即使石墨烯的存在也不会对其晶体结构造成影响。
图3的红外光谱显示出羟基磷灰石所特有的吸收峰为1022cm-1、962cm-1、600cm-1、以及560cm-1,对应着羟基磷灰石中磷酸基团的伸缩振动和弯曲振动。3570cm-1为其羟基基团的伸缩振动。这表明,该材料中羟基磷灰石的存在。
图4-图9为石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的SEM图。该图显示出棒状的羟基磷灰石均匀分散在片层结构的石墨烯中。
图10为石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的能谱图。该图显示出该材料中具有Ca、P、O、C、S元素。羟基磷灰石的Ca、P、O以及石墨烯特有的元素C和S均在该材料中发现,证明石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料复合成功。
图11-图13为石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的TEM图。该图显示棒状或球状的羟基磷灰石均匀负载在片层薄纱状的石墨烯中。
图14-图16为石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的HRTEM图。该图显示出石墨烯多晶结构和羟基磷灰石的晶体结构。通过计算得到,羟基磷灰石的晶格间距为0.342nm,与(002)晶面匹配。
图17为石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的细胞增殖作用与浓度的关系图。该图表明在同一浓度条件下,该材料随着石墨烯含量的增加,细胞增殖作用增加。石墨烯未损伤细胞,具有较好的生物相容性。
图18为石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料的细胞增殖作用与时间的关系图。该图表明该材料对细胞的增殖作用有最佳的培养时间和石墨烯用量。
尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式,但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构和步骤,在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。此外,本发明中的剂量、比例或浓度等参数可以根据具体使用条件在本发明所公开的范围内适当选取。

Claims (10)

1.一种石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法,其特征在于,包括:
(1)、将氢氧化钙水溶液与磷源溶液按照Ca/P摩尔比为1.67比例混合生成羟基磷灰石后,加入化学计量比合成的羟基磷灰石质量2.5%~25%的水溶性石墨烯,超声5~10分钟后得到均匀的黑色溶液;
(2)、将步骤(1)中的黑色溶液加入至极性溶液中混合均匀,其中,黑色溶液与极性溶液的体积比2:3~1:5,于180摄氏度~220摄氏度的条件下反应12~36小时,冷却至室温,得到混合液;
(3)、将步骤(2)得到的混合液用去离子水离心洗涤至中性,得到黑色粗产品;以及
(4)将步骤(3)得到的黑色粗产品超声分散于去离子水中,预冷冻12小时,得到石墨烯/羟基磷灰石仿生骨材料。
2.如权利要求1所述的石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中的磷源溶液为磷酸二氢钙溶液、磷酸氢钙溶液、或磷酸溶液。
3.如权利要求2所述的石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中的磷源溶液的浓度为0.012~0.06摩尔/升。
4.如权利要求3所述的石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中的氢氧化钙水溶液的浓度为0.02~0.1摩尔/升。
5.如权利要求3所述的石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)中加入的水溶性石墨烯质量为化学计量比合成的羟基磷灰石质量的5%~20%。
6.如权利要求1所述的石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中的极性溶液为水、N,N-二甲基甲酰胺及二甲基亚砜的混合物,其中,水、N,N-二甲基甲酰胺及二甲基亚砜的体积比为1~2:1~3:1~5。
7.如权利要求1所述的石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中,黑色溶液和极性溶液在鼓风干燥箱中于180摄氏度~220摄氏度的条件下反应。
8.如权利要求1所述的石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法,其特征在于,在步骤(4)中,在低温医用冰箱中于-70摄氏度~-50摄氏度的条件下进行预冷冻。
9.如权利要求1所述的石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料的制备方法,其特征在于,步骤(4)中黑色粗产品与去离子水的质量比为1:1~1:10。
10.一种石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料,其特征在于,所述石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料通过如权利要求1~9中任一项所述的方法制备而成。
CN201810482509.2A 2018-05-18 2018-05-18 石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料及其制备方法 Active CN108421085B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810482509.2A CN108421085B (zh) 2018-05-18 2018-05-18 石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料及其制备方法
PCT/CN2018/094081 WO2019218433A1 (zh) 2018-05-18 2018-07-02 石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810482509.2A CN108421085B (zh) 2018-05-18 2018-05-18 石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108421085A true CN108421085A (zh) 2018-08-21
CN108421085B CN108421085B (zh) 2022-06-03

Family

ID=63163816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810482509.2A Active CN108421085B (zh) 2018-05-18 2018-05-18 石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料及其制备方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN108421085B (zh)
WO (1) WO2019218433A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020042733A1 (zh) * 2018-08-31 2020-03-05 京东方科技集团股份有限公司 骨修复材料及其制备方法、生物复合支架
CN115317666A (zh) * 2022-08-25 2022-11-11 深圳市沃特新材料股份有限公司 聚芳醚酮仿生骨及其制备方法
CN117025524A (zh) * 2023-08-11 2023-11-10 中山大学附属第三医院 一种提高骨髓间充质干细胞成骨能力的材料及其制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112978695A (zh) * 2021-03-16 2021-06-18 华东理工大学 一种高成骨活性仿生羟基磷灰石纳米粒子的制备方法
CN115231914B (zh) * 2022-07-15 2023-06-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种仿生MXene/硅酸钙层状生物陶瓷及其制备方法和应用

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101979312A (zh) * 2010-10-28 2011-02-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种羟基磷灰石仿生结构材料及其制备方法
CN102569749A (zh) * 2012-03-06 2012-07-11 江苏大学 一种石墨烯/羟基磷灰石纳米复合材料及其制备方法
CN103420364A (zh) * 2013-07-13 2013-12-04 西南交通大学 一种石墨烯/羟基磷灰石复合材料的制备方法
KR101367143B1 (ko) * 2012-12-11 2014-02-26 부산대학교 산학협력단 수산화아파타이트와 환원 그래핀 옥사이드 복합입자를 유효성분으로 하는 골충진제
CN103751850A (zh) * 2013-12-23 2014-04-30 西南交通大学 三维石墨烯/羟基磷灰石水凝胶材料
CN105126160A (zh) * 2015-07-21 2015-12-09 常州大学 一种表面石墨烯修饰的羟基磷灰石支架材料及其制备方法
CN105169475A (zh) * 2015-08-31 2015-12-23 中原工学院 一种含有石墨烯、羟基磷灰石和丝素的骨仿生材料的制备方法
CN105497986A (zh) * 2015-12-10 2016-04-20 青岛大学 一种石墨烯-羟基磷灰石复合材料的合成方法
CN106430135A (zh) * 2016-09-05 2017-02-22 东南大学 一种水热法制备羟基磷灰石纳米棒的方法
CN107161969A (zh) * 2017-06-08 2017-09-15 昆明理工大学 一种纳米羟基磷灰石/氧化石墨烯复合材料的制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104415399B (zh) * 2013-09-10 2016-06-29 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种羟基磷灰石/石墨烯纳米复合粉末制备方法及其产品
JP6606861B2 (ja) * 2014-08-11 2019-11-20 株式会社リコー 積層造形用粉末及び積層造形物の製造方法
JP2016158680A (ja) * 2015-02-27 2016-09-05 国立大学法人北海道大学 酸化グラフェンを用いた骨再生用又は皮膚再生用スキャフォールド

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101979312A (zh) * 2010-10-28 2011-02-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种羟基磷灰石仿生结构材料及其制备方法
CN102569749A (zh) * 2012-03-06 2012-07-11 江苏大学 一种石墨烯/羟基磷灰石纳米复合材料及其制备方法
KR101367143B1 (ko) * 2012-12-11 2014-02-26 부산대학교 산학협력단 수산화아파타이트와 환원 그래핀 옥사이드 복합입자를 유효성분으로 하는 골충진제
CN103420364A (zh) * 2013-07-13 2013-12-04 西南交通大学 一种石墨烯/羟基磷灰石复合材料的制备方法
CN103751850A (zh) * 2013-12-23 2014-04-30 西南交通大学 三维石墨烯/羟基磷灰石水凝胶材料
CN105126160A (zh) * 2015-07-21 2015-12-09 常州大学 一种表面石墨烯修饰的羟基磷灰石支架材料及其制备方法
CN105169475A (zh) * 2015-08-31 2015-12-23 中原工学院 一种含有石墨烯、羟基磷灰石和丝素的骨仿生材料的制备方法
CN105497986A (zh) * 2015-12-10 2016-04-20 青岛大学 一种石墨烯-羟基磷灰石复合材料的合成方法
CN106430135A (zh) * 2016-09-05 2017-02-22 东南大学 一种水热法制备羟基磷灰石纳米棒的方法
CN107161969A (zh) * 2017-06-08 2017-09-15 昆明理工大学 一种纳米羟基磷灰石/氧化石墨烯复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MING LI ET AL: "An overview of graphene-based hydroxyapatite composites for orthopedic applications", 《BIOACTIVE MATERIALS》 *
WEI NIE ET AL: "Three-dimensional porous scaffold by self-assembly of reduced graphene oxide and nano-hydroxyapatite composites for bone tissue engineering", 《CARBON》 *
王先福: "石墨烯/羟基磷灰石复合材料的制备、表征与力学性能的研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020042733A1 (zh) * 2018-08-31 2020-03-05 京东方科技集团股份有限公司 骨修复材料及其制备方法、生物复合支架
US11517610B2 (en) 2018-08-31 2022-12-06 Beijing Boe Technology Development Co., Ltd. Bone repair material and preparation method thereof, and biological composite scaffold
CN115317666A (zh) * 2022-08-25 2022-11-11 深圳市沃特新材料股份有限公司 聚芳醚酮仿生骨及其制备方法
CN117025524A (zh) * 2023-08-11 2023-11-10 中山大学附属第三医院 一种提高骨髓间充质干细胞成骨能力的材料及其制备方法
CN117025524B (zh) * 2023-08-11 2024-04-26 中山大学附属第三医院 一种提高骨髓间充质干细胞成骨能力的材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108421085B (zh) 2022-06-03
WO2019218433A1 (zh) 2019-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108421085A (zh) 石墨烯与羟基磷灰石复合仿生骨材料及其制备方法
Boanini et al. Ionic substitutions in calcium phosphates synthesized at low temperature
Afshar et al. Some important factors in the wet precipitation process of hydroxyapatite
Rau et al. Sic Parvis Magna: Manganese-substituted tricalcium phosphate and its biophysical properties
Kumar et al. Synthesis of carbonated calcium phosphate ceramics using microwave irradiation
CA2278176C (en) Novel minerals and methods for their production and use
Bigi et al. Ion substitution in biological and synthetic apatites
CN103420364B (zh) 一种石墨烯/羟基磷灰石复合材料的制备方法
Sikder et al. Microwave processing of calcium phosphate and magnesium phosphate based orthopedic bioceramics: A state-of-the-art review
Rameshbabu et al. Synthesis of nanocrystalline fluorinated hydroxyapatite by microwave processing and its in vitro dissolution study
CN100357178C (zh) 碳酸型高活性部分结晶磷酸钙及其制备方法
Panzavolta et al. Porous composite scaffolds based on gelatin and partially hydrolyzed α-tricalcium phosphate
Bulina et al. Lanthanum–silicate–substituted apatite synthesized by fast mechanochemical method: Characterization of powders and biocoatings produced by micro–arc oxidation
Nasiri-Tabrizi et al. Mechanochemical synthesis and structural characterization of nano-sized amorphous tricalcium phosphate
Lakrat et al. Synthesis and characterization of pure and Mg, Cu, Ag, and Sr doped calcium-deficient hydroxyapatite from brushite as precursor using the dissolution-precipitation method
Vasant et al. A REVIEW ON CALCIUM PYROPHOSPHATE AND OTHER RELATED PHOSPHATE NANO BIO-MATERIALS AND THEIR APPLICATIONS.
CN101928136A (zh) 氟化羟磷灰石制备方法及其用途
Degli Esposti et al. Composite materials of amorphous calcium phosphate and bioactive glass nanoparticles for preventive dentistry
Mojahedian et al. Ethanol-based sol-gel synthesis of nano-crystalline hydroxyapatite with different calcium phosphorus ratios (Ca/P)
CN105948012A (zh) 低温条件下制备β相磷酸三钙晶体材料的方法
Krishna et al. Fluorinated hydroxyapatite by hydrolysis under microwave irradiation
CN115708893A (zh) 一种掺锰羟基磷灰石纳米线生物陶瓷、制备方法及应用
CN108298512A (zh) 一种相成分可调的磷酸钙的制备方法
JP2563186B2 (ja) リン酸カルシウム系硬化体の製造方法
Dorozhkin Calcium phosphates and human beings

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant