一種碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料的制備方法
【專利摘要】一種碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料的方法，屬于生物仿生骨材料的領域。主要通過采用化學沉積法，以硝酸鈣溶液和磷酸鹽溶液為反應物，加入碳酸氫鈉，調節(jié)pH值后，成功制備碳酸根離子摻雜羥基磷灰石。在前期研究的基礎上，采用Hakke轉矩流變儀共混碳酸根離子摻雜羥基磷灰石/聚甲基丙烯酸甲酯復合骨替代材料。該發(fā)明不僅過程簡單易行，反應周期不長，原料成本低，適合工業(yè)生產，而且該發(fā)明為改善康復治療水平，提高患者生活水平和生命質量，為人類骨疾病的診斷提供準確有效的依據。
【專利說明】一種碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物仿生骨材料【技術領域】，特別涉及共混納米復合材料的制備【技術領域】。

【背景技術】
[0002]輕基磷灰石(Hydroxyapatite, HAP)是人體的骨骼和牙齒的最主要的無機組成成份，由于HAP具有良好的生物活性和骨傳導性，HAP被植入人體內后，Ca2+和P3+會游離出HAP的表面，從而被身體組織吸收，并生長出新的組織。有研究發(fā)現HAP的晶粒越細，它的生物活性越高。HAP的晶系為六方晶系，它的比重為3.08，摩氏硬度為5。純樣HAP粉末為白色，但是天然的HAP會略微夾雜著棕色、黃色或者綠色。HAP也可以用人工的方式合成，并且HAP被廣泛應用于骨組織修復。比如說，利用納米羥基磷灰石微晶的良好生物相容性，制備用于分離各類生物分子的液相色譜分離劑。
[0003]另外，人們也發(fā)現納米級的羥基磷灰石材料有對癌細胞有很好的抑制作用，同時納米級羥基磷灰石擁有很好的靶向作用，結合上述兩點特性，納米級羥基磷灰石可以很好的運用于抗癌藥物的研制。
[0004]目前而言制備羥基磷灰石的方法很多，主要分為固相法和液相法兩大類。在已有的文獻中已經可以制備出不同形態(tài)的納米尺度，比如近似球形和針狀的納米粒子、納米棒(纖維、線)、層狀納米結構、花狀納米結構、蝴蝶結狀納米結構和介孔納米結構等。
[0005]羥基磷灰石具有很好生物相容性，在生物醫(yī)學領域具有非常廣闊的應用前景，但是為了使羥基磷灰石的性能更加接近于人體內的骨質結構，我們可以對羥基磷灰石納米材料進行改性，在羥基磷灰石中摻雜進去一些無毒無害的離子，比如說碳酸根離子。碳酸根離子的添加，可以改變羥基磷灰石的晶體結構，使其結晶度降低，增加結晶的溶解度，促進其在體內的降解，提高其生物活性。專利CN200910103200公開了碳酸根離子摻雜羥基磷灰石納米粉體的制備方法，將一定量的硝酸鈣水溶液與一定量的的磷酸氫二鉀水溶液按Ca/P原子比1.65?1.72混合均勻后倒入高壓反應釜內，在二氧化碳氣體氛圍下對反應釜加熱使釜內物發(fā)生水熱反應，反應完成后，進行抽濾、潤洗、烘干，即得含碳酸根羥基磷灰石粉體。這種技術制備起來過程較為繁瑣，工作量較大，相比之下，本發(fā)明操作簡單，用料經濟。
[0006]共混納米羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯復合骨替代材料中羥基磷灰石顆粒均勻的分散在高分子基體中，從而獲得更良好的性能。如專利CN200910229602公開了一種羥基磷灰石復合材料的制備方法，將粉狀羥基磷灰石置于超聲波中預處理，然后按羥基磷灰石/硅烷偶聯(lián)劑一定量質量比加入硅烷偶聯(lián)劑，再加入溶劑和阻聚劑，調節(jié)PH值3-4，一定溫度下攪拌一段時間然后洗滌，干燥，得表面改性的羥基磷灰石，備用；再以甲基丙烯酸甲酯(MMA)為單體，加入引發(fā)劑、配位劑、催化劑，加入溶劑，攪拌一段時間，繼續(xù)反應，然后用沉淀劑沉淀及四氫呋喃溶解進行純化，再經洗滌、干燥，得到無色聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)備用；然后以PMMA為引發(fā)劑，以表面改性的羥基磷灰石為單體進行接枝反應，以接枝到表面的方式合成聚甲基丙烯酸甲酯/羥基磷灰石復合材料，產物經洗滌、干燥，即得PMMA/HAP復合粉末。這種技術制備起來，工程量大，原料較貴。


【發(fā)明內容】

[0007]針對于目前碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料技術的不完善，本發(fā)明提出了一種新的合成途徑，這個反應過程合成的反應要求低，反應周期不長，整個實驗的成本不高，完全符合綠色化學的要求。
[0008]本發(fā)明的步驟如下:
O制備碳酸根離子摻雜羥基磷灰石:在磁力攪拌下，先將磷酸鹽水溶液滴加入硝酸鈣水溶液中，然后再加入碳酸氫鈉水溶液，經調整混合液的pH值至8?12后，經攪拌后，取得乳狀物進行抽濾、洗滌、烘干，即獲得碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體；
2)制備碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料:將碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體與聚甲基丙烯酸甲酯在密煉機上進行熔融共混，經壓片，即得碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料。
[0009]本發(fā)明采用以上方法制成的羥基磷灰石是由很多細小的納米針狀顆粒堆積在一起形成的，產物中含有可控量的碳酸根離子。本發(fā)明不僅過程簡單易行，反應周期不長，原料成本低，適合工業(yè)生產，而且該發(fā)明為改善康復治療水平，提高患者生活水平和生命質量，為人類骨疾病的診斷提供準確有效的依據。
[0010]另外，為了實現原料的充分反應，本發(fā)明步驟I)中混合時，所述磷酸鹽水溶液中的P與硝酸鈣水溶液中的Ca的摩爾比為1:1.67。
[0011]步驟I)中，所述磷酸鹽為含有磷酸根或磷酸氫根的鹽。磷酸鹽作為羥基磷灰石中P元素的主要來源。
[0012]含有磷酸氫根離子的鹽為磷酸氫銨鈉或磷酸氫二銨。磷酸氫銨鈉或磷酸氫二銨價格便宜，易溶于水，反應充分。
[0013]步驟I)中的烘干溫度為60?100°C。在此溫度下烘干，去除離子水，將易揮發(fā)的雜質去除。
[0014]為了能完全有效去除離子水已經易揮發(fā)的雜質，步驟I)中烘干時間為3?5h。
[0015]步驟2)中碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體與聚甲基丙烯酸甲酯的混合質量比為I?5:100。在該比例下共混后的納米復合材料性能最優(yōu)。
[0016]在熔融共混時，所述碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體與聚甲基丙烯酸甲酯的溫度為210°C，密煉機轉速為50?100r/min。此溫度以及轉速下共混更好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明實施例1所制備的碳酸跟離子摻雜羥基磷灰石粉體的透射電鏡照片。
[0018]圖2是本發(fā)明實施例4所制備的碳酸跟離子摻雜羥基磷灰石粉體的透射電鏡照片。
[0019]圖3是本發(fā)明實施例1?4所制備的碳酸跟離子摻雜羥基磷灰石粉體的XRD譜圖。
[0020]圖4是本發(fā)明實施例1?4所制備的碳酸跟離子摻雜羥基磷灰石石粉體的FTIR譜圖。
[0021]圖5是本發(fā)明實施例5?7所制備的碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料中不同碳酸根摻雜量與復合材料的耐沖擊強度的變化關系圖。
[0022]圖6是本發(fā)明實例5?7所制備的碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料中不同碳酸根摻雜量與復合材料的硬度的變化關系圖。

【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的技術特點、發(fā)明目的及方案的優(yōu)點更加直觀，結合以下具體的實施例子，對本發(fā)明方案作進一步詳細的說明。以下的實施例子是在本發(fā)明的方案下實施，且本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0024]實施例1:
將6g的硝酸鈣溶解于一定體積的去離子水中，用磁力攪拌器進行10分鐘充分的攪拌，形成硝酸鈣水溶液。
[0025]在室內溫度和常壓條件下，將2.9588g磷酸鹽溶于去離子水中，并攪拌至完全溶解，形成磷酸鹽溶液。
[0026]在室內溫度和常壓條件下，將4g碳酸氫鈉溶于去離子水中，并攪拌至完全溶解，形成碳酸根離子溶液。
[0027]在磁力攪拌作用條件下，將配制好的磷酸鹽溶液緩慢滴加入配制好的硝酸鈣的溶液中。滴加完成后，在磁力攪拌作用條件下，將配置好的碳酸根離子溶液緩慢加入上述混合液中。形成懸濁液之后，用氨水調節(jié)PH至10?11，并持續(xù)攪拌lh。攪拌結束后，對沉淀進行抽濾，至少用去離子水潤洗3次以上，取白色沉淀進行烘干。
[0028]最終可以得到白色粉末，為碳酸根摻雜羥基磷灰石的粉體(CHAP)。
[0029]將制成的白色粉末在透射電鏡下可觀察到其形態(tài)，如圖1所示，可見其碳酸根離子的含量為5%。
[0030]實施例2:
將6g的硝酸鈣溶解于一定體積的去離子水中，用磁力攪拌器進行10分鐘充分的攪拌，形成硝酸鈣的溶液。
[0031]在室內溫度和常壓條件下，將2.9588g磷酸鹽溶于去離子水中，并攪拌至完全溶解，形成磷酸鹽溶液。
[0032]在室內溫度和常壓條件下，將5g碳酸氫鈉溶于去離子水中，并攪拌至完全溶解，形成磷酸鹽溶液。
[0033]在磁力攪拌作用條件下，配制好的磷酸鹽溶液緩慢滴加入配制好的硝酸鈣的溶液中。滴加完成后，在磁力攪拌作用條件下，將配置好的碳酸根離子溶液緩慢加入上述混合液中。形成懸濁液之后，用氨水調節(jié)PH至l(Tll，并持續(xù)攪拌lh。攪拌結束后，對沉淀進行抽濾，至少用去離子水潤洗3次以上。得到的白色沉淀進行烘干。
[0034]最終可以得到白色粉末，粉末為一種碳酸根摻雜羥基磷灰石的粉體(CHAP)。
[0035]實施例3
將6g的硝酸鈣溶解于一定體積的去離子水中，用磁力攪拌器進行10分鐘充分的攪拌，形成硝酸鈣的溶液。
[0036]在室內溫度和常壓條件下，將2.9588g磷酸鹽溶于去離子水中，并攪拌至完全溶解，形成磷酸鹽溶液。
[0037]在室內溫度和常壓條件下，將6g碳酸氫鈉溶于去離子水中，并攪拌至完全溶解，形成磷酸鹽溶液。
[0038]在磁力攪拌作用條件下，配制好的磷酸鹽溶液緩慢滴加入配制好的硝酸鈣的溶液中。滴加完成后，在磁力攪拌作用條件下，將配置好的碳酸根離子溶液緩慢加入上述混合液中。形成懸濁液之后，用氨水調節(jié)PH至l(Tll，并持續(xù)攪拌lh。攪拌結束后，對沉淀進行抽濾，至少用去離子水潤洗3次以上。得到的白色沉淀進行烘干。
[0039]最終可以得到白色粉末，粉末為一種碳酸根摻雜羥基磷灰石的粉體(CHAP)。
[0040]實施例4
將6g的硝酸鈣溶解于一定體積的去離子水中，用磁力攪拌器進行10分鐘充分的攪拌，形成硝酸鈣的溶液。
[0041]在室內溫度和常壓條件下，將2.9588g磷酸鹽溶于去離子水中，并攪拌至完全溶解，形成磷酸鹽溶液。
[0042]在室內溫度和常壓條件下，將7g碳酸氫鈉溶于去離子水中，并攪拌至完全溶解，形成磷酸鹽溶液。
[0043]在磁力攪拌作用條件下，配制好的磷酸鹽溶液緩慢滴加入配制好的硝酸鈣的溶液中。滴加完成后，在磁力攪拌作用條件下，將配置好的碳酸根離子溶液緩慢加入上述混合液中。形成懸濁液之后，用氨水調節(jié)PH至l(Tll，并持續(xù)攪拌lh。攪拌結束后，對沉淀進行抽濾，至少用去離子水潤洗3次以上。得到的白色沉淀進行烘干。
[0044]最終可以得到白色粉末，為一種碳酸根摻雜羥基磷灰石的粉體(CHAP)。
[0045]將制成的白色粉末在透射電鏡下可觀察到其形態(tài)，如圖2所示，可見其碳酸根離子的含量為9%。
[0046]以上各實施例中的磷酸鹽或采用磷酸氫銨鈉，或采用磷酸氫二銨。
[0047]將以上實施例1至4分別制備的碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體進行XRD檢測，從圖3的2倍X射線入射角與衍射后的強度值變化可見:實施例1至4分別制備出了分散較為均勻的碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料。
[0048]從圖4的實施例1至4分別制備的碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體的FTIR圖可見:隨著碳酸根含量的增加，部分特征峰增強，當碳酸根含量大約超過9.03%時，部分特征峰減弱。
[0049]實施例5
稱取實例3中制備好的Ig碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體與10g聚甲基丙烯酸甲酯在哈克密煉機上進行熔融共混，210°C，60轉每分鐘，螺桿溫度分別為210、210、210°C ;再進行壓片，制出20個樣條。最終得到共混材料，材料為碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料。
[0050]實施例6
稱取實例3中制備好的3g碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體與10g聚甲基丙烯酸甲酯在哈克密煉機上進行熔融共混，210°C，60轉每分鐘，螺桿溫度分別為210、210、210°C ;再進行壓片，制出20個樣條。最終得到共混材料，材料為碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料。
[0051]實施例7
稱取實例3中制備好的5g碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體與10g聚甲基丙烯酸甲酯在哈克密煉機上進行熔融共混，210°C，60轉每分鐘，螺桿溫度分別為210、210、210°C ;再進行壓片，制出20個樣條。最終得到共混材料，材料為碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料。
[0052]圖5反映了實施例5?7所制備的碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料的沖擊強度。由圖5可見碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混體系的懸臂梁沖擊強度呈現先上升后下降的趨勢。當碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體含量約為1%時，沖擊強度達到最高。
[0053]圖6反映了實施例5?7所制備的碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料的硬度。由圖6可見碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混體系的硬度呈現先下降再上升的趨勢。當碳酸根離子摻雜羥基磷灰石質量分數越為1%時，硬度達到最小。
【權利要求】
1.一種碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料的制備方法其特征在于包括以下步驟: 1)制備碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體:在磁力攪拌下，先將磷酸鹽水溶液滴加入硝酸鈣水溶液中，然后再加入碳酸氫鈉水溶液，經調整混合液的pH值至8?12后，經攪拌后，取得乳狀物進行抽濾、洗滌、烘干，即獲得碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體； 2)制備碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料:將碳酸根離子摻雜羥基磷灰石粉體與聚甲基丙烯酸甲酯在密煉機上進行熔融共混，經壓片，即得碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯共混納米復合材料。
2.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于所述步驟I)中混合時，所述磷酸鹽水溶液中的P與硝酸鈣水溶液中的Ca的摩爾比為1:1.67。
3.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于所述步驟I)中，所述磷酸鹽為含有磷酸根或磷酸氫根的鹽。
4.根據權利要求3所述制備方法，其特征在于含有磷酸氫根離子的鹽為磷酸氫銨鈉或磷酸氫二銨。
5.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于所述步驟I)中的烘干溫度為60?100。。。
6.根據權利要求1或5所述制備方法，其特征在于所述步驟I)中烘干時間為3?5h。
7.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于所述步驟2)中碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯的混合質量比為I?5:100o
8.根據權利要求7所述制備方法，其特征在于在熔融共混時，所述碳酸根離子摻雜羥基磷灰石與聚甲基丙烯酸甲酯的溫度為210°C，密煉機轉速為50?lOOr/min。
【文檔編號】A61L27/50GK104399126SQ201410624393
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權日:2014年11月10日
【發(fā)明者】朱沛志, 蔡銀, 張文靜, 石耀 申請人:揚州大學