CN1600682A - 纳米带状磷酸钙及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米带状磷酸钙的制备方法，其特征在于包括在PO4 3－溶液中加入一维导向剂、分子组装剂聚氧乙烯8月桂醚、Ca2+离子溶液，混合液中各组分用量如下：Ca2+离子0.5～1.8mol·L－1、PO4 3－离子0.4～0.8mol·L－1、一维导向剂0.2～1.0mol·L－1、分子组装剂0.2～1.0mol·L－1；搅拌反应1～24时间，得到白色沉淀，用蒸馏水洗涤去除未反应的无机盐，得到磷酸钙纳米带。本发明合成的磷酸钙纳米带，其颗粒纵横比大于100，其合成工艺简单，产量大，易于工业化大生产。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学材料技术，具体地是特别适用于骨移植材料或修补剂的纳米带状磷酸钙的制备方法；本发明还涉及所述方法制备的纳米带状磷酸钙。
背景技术
纳米生物医学材料是当今科学技术发展前沿中极具挑战性的研究领域。利用纳米技术异质、异相及不同有序度的材料在纳米尺度下进行合成、组装和裁剪可获得新型的生物元件或材料。
磷酸钙材料有与骨骼矿化物类似的成分和相结构，属于生物活性材料的范畴。磷酸钙与骨组织之间是一种自然的方式生物键合。因此，在临床上磷酸钙作为骨组织较为理想的替代材料，受到了广泛的关注。[I.Kokubo.T.J.Am.Ceram.Soc.1991.99.965]
骨缺损及整复治疗是口腔颌面外科及骨科临床常见并涉及多方面技术和理论的难题。磷酸钙具有作为骨骼等材料的一系列优秀性能，临床应用取得良好效果。但颗粒型磷酸钙缺乏颗粒间的粘附性，植入后早期易发生弥散、移位，部分患者需二次手术处理移位的植入体。[I.Rothstein SS.Et al.J.OralMaxillofac surg.1984.42：224]
而纤维状的磷酸盐相互之间具有良好的粘附性、防裂纹和抗剥落性。纤维状的磷酸盐作为骨缺陷的填充材料增强了骨缺陷位的增长。纤维状的磷酸盐还可在植入的金属表面产生很强的三维表面有利于骨的增长[Brow.P.W.；Huisen，K.D.T.；Martin.R.I.US.6,201,039.2001；Tagai.H.US.4,820,573.1989]，避免了玻璃纤维、氧化铝晶须在人体内的致癌性。此外，纤维状的磷酸钙还可以作为热的绝缘助剂和色谱分析的填充材料。[Loku.K，Calcium phosphate Bio.Ind.Syst.1998.357-369]
目前，国内外研制的磷酸钙长度和宽度为微米级。如国内报道加热回流沉淀法制备的磷酸钙纤维长约为50～150微米，线宽度为20微米左右，纵横比为2.5～7.5范围[傅希贤、吕忠良、杨宏秀.硅酸盐通报.1996.4.26-28]和水热法合成磷酸钙纤维：文献报道[刘晶冰、叶晓日、汪浩等.应用化学.2003.3.299]，长度为2～15微米，线宽度为40～200微米，纵横比13～20。目前所报道的磷酸钙纤维合成工艺都较复杂，纤维的长、宽尺度均为微米级，生物活性还有待进一步的提高。[Tagai，H.；Kobayashi.M.；Niwa，S.；Takeuchi.H.；Oho.M.；Fiber glassmainly composed of calcium phosphate us.4.800.573.1989]
Wang等[Wang.，M.；Jophseph.R.；Bonfield，W.J.Biomaterials.1998.19.2357-2366]研究发现，磷酸钙的粒度明显影响材料的机械性能。磷酸钙颗粒越小骨植入体抗拉模量、扭转模量和拉伸强度就越高，疲劳拉力也相应提高。因此，合成纳米级的磷酸钙将有利于改善骨植入体的力学性能，有望提高骨缺陷填充的愈合速度。
实际上，人自然骨中磷灰石主要以羟基磷灰石纳米级针状晶体的形式沿一定方位分布在胶原网络之中(直径为5～20纳米，长为60纳米)。[Yubao，L.；Klein C PAT，；1994.5.362-267]因此纳米级针状磷酸钙的合成引起了人们的极大兴趣。但目前国内外报道的纳米针状磷酸钙其纵横比都较低，如140～145℃常压晶化法[王学江、汪建新等，高技术通讯2000.11.92-94；王学江等，高技术通讯.2001.5.1-5]制得的磷酸钙纵横比为5.5～12和3.1。沉淀法合成的纳米针状磷酸钙，直径5～10纳米，长20～80纳米，其纵横比小于20[Liou，S.C.；Chen.S.Y.；Liu.D.M.J.Biomateials.2003.24.3981-3988]。另外，采用微波加热法合成的纳米针状磷酸钙，其粒径虽然小于100纳米，但其纵横比仍然较小[Torrent.，B.J.；Gomez.M.J.；Lopez.M.A.；Rodri.C.R.Cryst.Res.Technol.1999.35(5-6).757-762]。微乳法制备的磷酸钙虽然颗粒较小，长72纳米，宽17纳米，但其纵横比仅为4，较小的纵横比不利于做骨的修补材料。[Goffredi，M.；Minore，A.；Liveri，V.T.Thermochimica Acta.2000.345.109-116]
作为骨移植材料或修补剂，纯磷酸钙由于其纵横比较小，抗弯强度低，脆性大，在生理环境中的抗疲劳性不高，只能应用于不承受负荷或仅承受纯压力负荷的环境中，不能很好地满足临床应用要求，因此需要研制一种高纵横比的纳米磷酸钙，从而改善它的韧性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纵横比的纳米带状磷酸钙，克服现有技术存在的纵横比较小，抗弯强度低，脆性大，在生理环境中的抗疲劳性不高的缺陷，可应用于需要承受负荷或承受纯压力负荷的环境。
本发明的目的还在于提供所述纳米带状磷酸钙的制备方法，采用分子自组装技术，在室温常压下合成的磷酸钙纳米带，其颗粒纵横比大于100，其合成工艺简单，产量大，易于工业化大生产。
本发明的纳米带状磷酸钙的制备方法包括：
——在PO4 3-溶液中加入一维导向剂、分子组装剂、Ca2+离子溶液，混合液中各组分用量如下：Ca2+离子0.5～1.8mol·L-1、PO4 3-离子0.4～0.8mol·L-1、一维导向剂0.2～1.0mol·L-1、分子组装剂0.2～1.0mol·L-1；
——搅拌反应1～24时间，得到白色沉淀，用蒸馏水洗涤去除未反应的无机盐，得到磷酸钙纳米带；
所述一维导向剂可以采用：十八烷基胺，十六烷基胺，十四烷基胺或十二烷基胺。
所述分子组装剂可以采用：聚氧乙烯8月桂醚。
为了达到长径比更好的效果，搅拌时，最佳搅拌速度为1000-8000转/分；
为了达到分子组装纳米带更好的长径比效果，可以在混合液中加入占混合液6-12％重量的添加剂，所述添加剂是环烷烃、烷烃、醇类中的一种或一种以上。例如环己烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、乙醇、丁醇、乙二醇。
本发明采用分子自组装技术，正胶束水包油体系合成得到的磷酸钙纳米带，是由纳米线并和而成，其纳米线宽度为1～2纳米(约1.4nm)，长度为170～210纳米，纵横比约为120～150。本发明在常压室温下进行，无需加热和复杂的热压设备，能耗少，工艺简单，产量大，便于工业化大生产，合成得到的磷酸钙纳米带，具有较大的纵横比。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、溶剂为水，无毒、无害，利于环保；
2、反应在常压室温下进行，无需加热和复杂的热压设备，能耗少，工艺简单，产量大，便于工业化大生产
3、合成得到的磷酸钙纳米带，具有较大的纵横比。
附图说明
图1是实施例1制备的纳米带状磷酸钙透射电子显微镜图；
图2是图1中的A部放大图；
图3是图1中的磷酸钙纳米带的x-射线衍射图。
具体实施方式
实施例1
称取1000ml的0.8mol·L-1的PO4 3-溶液，加入300ml 0.3mol·L-1的一维导向剂十四烷基胺和150ml 0.8mol·L-1的分子组装剂聚氧乙烯8月桂醚，混合均匀后，再加入1000ml的0.7mol·L-1的Ca2+离子溶液，控制反应速度，搅拌速度为3000转/分和反应时间1小时。最后加入整个反应总量6％的(4％乙醇，2％环己烷)添加剂，反应一段时间后得到白色沉淀，再用蒸馏水洗涤未反应的无机盐，最后得到磷酸钙纳米带。其纳米线宽度为1～2纳米(约1.4nm)，长度为170～210纳米，纵横比约为120～150。
图1显示纳米带状磷酸钙长度为170～210纳米，呈现弯曲状，其形态类似于现实生活中的带子，说明纳米带状磷酸钙的韧性很好。
图2显示纳米带状磷酸钙由线宽度为1～2纳米(约1.4nm)的纳米线平行并列键合组成，类似于现实生活中的线纺织成的带子，说明采用分子组装技术得到的纳米带状磷酸钙具有很好的强度。
图3显示纳米带状磷酸钙的X-射线衍射峰为羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)的特征衍射峰(JCPDS 75-0566)，表明采用水包油微乳体系获得的纳米带状磷酸钙晶相主要为羟基磷灰石。
实施例2
称取800ml的0.5mol·L-1的PO4 3-溶液，加入400ml 0.8mol·L-1的一维导向剂十二烷基胺和100ml 0.3mol·L-1的分子组装剂聚氧乙烯8月桂醚，混合均匀后，再加入1000ml的0.5mol·L-1的Ca2+离子溶液，控制反应速度，搅拌速度1000转/分和反应时间6小时。最后加入整个反应总量8％的(6％乙醇，2％环己烷)添加剂，反应一段时间后得到白色沉淀，再用蒸馏水洗涤未反应的无机盐，最后得到磷酸钙纳米带。其纳米线宽度为1～2纳米(约1.4nm)，长度为170～210纳米，纵横比约为120～150。
实施例3
称取800ml的0.7mol·L-1的PO4 3-溶液，加入200ml 0.4mol·L-1的一维导向剂十八烷基胺和300ml 0.6mol·L-1的分子组装剂聚氧乙烯8月桂醚，混合均匀后，再加入600ml的0.5mol·L-1的Ca2+离子溶液，控制反应速度，搅拌速度8000转/分和反应时间24小时。最后加入整个反应总量10％的添加剂(8％乙醇，2％环己烷)，反应一段时间后得到白色沉淀，再用蒸馏水洗涤未反应的无机盐，最后得到磷酸钙纳米带。其纳米线宽度为1～2纳米(约1.4nm)，长度为170～210纳米，纵横比约为120～150。
Claims (5)
1、一种纳米带状磷酸钙的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
——在PO4 3-溶液中加入一维导向剂、分子组装剂聚氧乙烯8月桂醚、Ca2+离子溶液，混合液中各组分用量如下：Ca2+离子0.5～1.8mol·L-1、PO4 3-离子0.4～0.8mol·L-1、一维导向剂0.2～1.0mol·L-1、分子组装剂0.2～1.0mol·L-1；
——搅拌反应1～24时间，得到白色沉淀，用蒸馏水洗涤去除未反应的无机盐，得到磷酸钙纳米带；
所述一维导向剂可以采用：十八烷基胺，十六烷基胺，十四烷基胺或十二烷基胺。
2、根据权利要求1所述的纳米带状磷酸钙的制备方法，其特征在于搅拌速度为1000-8000转/分。
3、根据权利要求1或2所述的纳米带状磷酸钙的制备方法，其特征在于在混合液中加入占混合液6-12％重量的添加剂，所述添加剂是环烷烃、烷烃、醇类中的一种或一种以上。
4、根据权利要求3所述的纳米带状磷酸钙的制备方法，其特征在于所述环烷烃是环己烷，所述烷烃是丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷中的一种或一种以上，所述醇类是乙醇、丁醇、乙二醇中的一种或一种以上。
5、权利要求1所述的方法制备的纳米带状磷酸钙。
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| CN 200410051916 CN1600682A (zh) | 2004-10-25 | 2004-10-25 | 纳米带状磷酸钙及其制备方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100460016C (zh) * | 2006-04-21 | 2009-02-11 | 华南理工大学 | 介孔磷酸钙纳米颗粒及其制备方法和应用 |
| US9234104B2 (en) | 2009-12-29 | 2016-01-12 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Composite metal oxide particles and methods of making and using the same |
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2004
- 2004-10-25 CN CN 200410051916 patent/CN1600682A/zh active Pending
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