本發(fā)明涉及一種超小粒徑羥基磷灰石納米材料的制備方法，具體而言，本發(fā)明涉及球型納米羥基磷灰石材料的制備，該類材料是通過糖的多羥基與水分子通過氫鍵作用，形成類似分子籠型結(jié)構(gòu)，將水及反應(yīng)物離子限制在一個微小區(qū)域內(nèi)，從而實現(xiàn)對羥基磷灰石的形成過程進(jìn)行限域，達(dá)到控制粒徑的目的。

背景技術(shù)：

羥基磷灰石是脊椎動物骨骼和牙齒的重要組成成分，在人體的牙釉質(zhì)中，羥基磷灰石的含量占到96％以上。該材料是微溶于水的弱堿性磷酸鈣鹽，其鈣磷摩爾比為1.67，屬于六方晶系，常見形態(tài)有片狀、柱狀、塊狀、球狀、針狀以及多孔狀等。羥基磷灰石具有良好的生物相容性，無毒性，植入生物體后基本不會導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，因而目前廣泛應(yīng)用于牙科整形和骨組織修復(fù)材料。研究表明，羥基磷灰石的晶粒越細(xì)小，其生物活性越高。

目前為止，羥基磷灰石有多種合成方法，如水熱法，化學(xué)沉淀法，微波法等。

水熱法是合成羥基磷灰石的一種傳統(tǒng)方法，其經(jīng)過長時間發(fā)展，目前技術(shù)較為純熟，是工業(yè)化生產(chǎn)羥基磷灰石的重要方法。該方法使用無機(jī)鈣鹽和磷鹽在水溶液中進(jìn)行反應(yīng)，通過控制反應(yīng)過程中的溫度，壓力，酸堿度來控制羥基磷灰石的形貌。例如，在《硅酸鹽通報》2013第32卷第12期中，武琳等人使用磷酸氫二銨和氯化鈣為原料，通過正交實驗優(yōu)化了反應(yīng)溫度，酸堿度和保溫時間，得到了不同長徑比的棒狀納米羥基磷灰石。盡管水熱法在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，但該方法對溫度和壓力的控制精度要求較高，且對于產(chǎn)品的形貌較難控制，對于大批量生產(chǎn)形貌均一的羥基磷灰石難度較大。

化學(xué)沉淀法是合成羥基磷灰石的最簡單的方法。該方法使用無機(jī)鈣鹽和磷鹽在堿性水溶液中進(jìn)行反應(yīng)，通過加熱、超聲、重力或其他輔助手段得到一定形貌的羥基磷灰石。在文獻(xiàn)《Ceramics International》2013，39，S533-S536中，Inthong等人使用硝酸鈣和磷酸氫二鈉為原料，通過化學(xué)沉淀法結(jié)合超聲輔助制備熱穩(wěn)定性高的球狀羥基磷灰石。該方法過程簡單，對設(shè)備要求不高，但精確控制羥基磷灰石的形貌，通常需要結(jié)合輔助手段，且合成的羥基磷灰石通常粒徑較大，適宜微米級羥基磷灰石的合成。

微波法是一種合成羥基磷灰石的新方法。該方法是在鈣鹽和磷鹽的反應(yīng)過程中，對其外加微波環(huán)境，通過控制反應(yīng)時間和微波功率對羥基磷灰石進(jìn)行形貌和粒徑的控制。在文獻(xiàn)《Materials Science and Engineering C》2015，56，356-362中，Akram等人使用硝酸鈣和磷酸氫二胺為原料，通過對微波功率、保留時間進(jìn)行優(yōu)化，制備出具有介孔的棒狀羥基磷灰石。盡管微波法可以較為精確的控制羥基磷灰石的形貌，但由于其反應(yīng)條件及設(shè)備的限制，目前尚不適宜大范圍工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種超小粒徑羥基磷灰石納米材料的制備方法。超小粒徑羥基磷灰石納米材料是通過無機(jī)鈣鹽和無機(jī)磷酸鹽在堿性水溶液中反應(yīng)，如圖1，利用糖的多羥基與水分子通過氫鍵作用，形成類似分子籠型結(jié)構(gòu)，將水及反應(yīng)物離子限制在一個微小區(qū)域內(nèi)，從而實現(xiàn)對羥基磷灰石的形成過程進(jìn)行限域，達(dá)到控制粒徑的目的。合成的納米級羥基磷灰石具有4-20nm的超小粒徑，其生物活性較一般的羥基磷灰石高，具有良好的應(yīng)用前景。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用葡萄糖或蔗糖、無機(jī)堿、無機(jī)酸試劑、無機(jī)鈣鹽、無機(jī)磷酸鹽和水為原料，反應(yīng)過程在室溫常壓下進(jìn)行。掃描電鏡照片表明，合成的球型羥基磷灰石納米粒子具有4-20nm的超小粒徑，且其形貌規(guī)整。

一種超小粒徑納米羥基磷灰石材料的制備方法，其特征在于,包括下述步驟：

a)稱取糖和無機(jī)堿置于三口玻璃瓶中，加水溶解得到糖的堿性溶液，其中糖為葡萄糖或蔗糖，糖和無機(jī)堿的質(zhì)量比為(5～30)：(0.5～3)；將無機(jī)鈣溶液和無機(jī)磷酸鹽溶液按鈣磷摩爾比1.67混合，使用無機(jī)酸試劑調(diào)節(jié)至pH＝5～7；將混合均勻的摩爾比為1.67的鈣磷溶液逐滴滴加至糖的堿性溶液中；

其中糖和鈣離子的摩爾比，具體為葡萄糖/Ca＝16.7～2.8，蔗糖/Ca＝8.8～1.5；

b)上述反應(yīng)完成并經(jīng)離心分離后所得到的固體，經(jīng)過水洗滌5～15次后，置于鼓風(fēng)干燥箱中，于50～100℃下烘干。

進(jìn)一步，無機(jī)鈣鹽包括氯化鈣或硝酸鈣，無機(jī)磷酸鹽包括磷酸氫二銨、磷酸氫二鈉、磷酸二氫銨或磷酸二氫鈉。

采用美國Nicolet 8700型傅里葉變換紅外光譜儀對實施例1所得樣品HA進(jìn)行定性分析。與商品化的羥基磷灰石相比較，實施例1所得產(chǎn)物的紅外光譜中出現(xiàn)了屬于P＝O的伸縮振動吸收峰，分別位于1093和1034cm^-1處，此外，630、603和565cm^-1處代表羥基磷灰石的結(jié)晶峰，所得樣品的紅外光譜表現(xiàn)出羥基磷灰石的特征。

采用日本Hitachi S4700型掃描電鏡觀測實施例1所得樣品HA的粒徑和相貌特征。與無糖情況下合成的HA對比，合成的羥基磷灰石納米粒子表現(xiàn)為規(guī)整的球型形貌，且具有4-20nm的超小粒徑。

本發(fā)明的有益效果及產(chǎn)品的特點：

1.產(chǎn)品的合成過程操作簡單，對反應(yīng)設(shè)備要求低，無需高溫高壓或嚴(yán)苛的反應(yīng)條件，產(chǎn)品形貌易于控制，適合工業(yè)生產(chǎn)。

2.由于產(chǎn)品的粒徑小，其比表面積相對于傳統(tǒng)生產(chǎn)的羥基磷灰石大幅增加，使其生物活性顯著提升，是潛在的快速骨修復(fù)材料，在對骨組織工程領(lǐng)域具有非凡前景。

3.反應(yīng)所用的原材料及反應(yīng)過程中的所有中間產(chǎn)物無毒性，且合成過程無需任何有機(jī)溶劑，節(jié)能環(huán)保。

附圖說明：

圖1是樣品HA的合成機(jī)理圖。

圖2中A和B分別是實施例1制備得到的樣品HA和商品羥基磷灰石的紅外光譜圖。

圖3中A和B分別是實施例1制備得到的樣品HA和無糖情況下合成的HA的掃描電鏡照片。

具體實施方式：

實施例1：

A、準(zhǔn)確稱取20g葡萄糖和1.5g氫氧化鈉置于三口玻璃瓶中，加水溶解。稱取1.11g氯化鈣和0.792g磷酸氫二銨分別配置成100mL溶液。將上述鈣磷溶液混合，使用鹽酸調(diào)節(jié)至微酸性pH＝6。將混合均勻的鈣磷溶液逐滴滴加至葡萄糖的氫氧化鈉溶液中。

B、上述反應(yīng)完成并經(jīng)離心分離后所得到的固體，經(jīng)過水洗滌10次后，置于鼓風(fēng)干燥箱中，于80℃下烘干，得終產(chǎn)物記為樣品HA。

合成樣品HA的紅外吸收光譜見圖2，透射電鏡照片見圖3。

實施例2：

A、準(zhǔn)確稱取30g葡萄糖和1g氫氧化鈉置于三口玻璃瓶中，加水溶解。稱取1.64g硝酸鈣和0.852g磷酸氫二鈉分別配置成100mL溶液。將上述鈣磷溶液混合，使用鹽酸調(diào)節(jié)至pH＝5。將混合均勻的鈣磷溶液逐滴滴加至葡萄糖的氫氧化鈉溶液中。

B、上述反應(yīng)完成并經(jīng)離心分離后所得到的固體，經(jīng)過水洗滌15次后，置于鼓風(fēng)干燥箱中，于80℃下烘干，得終產(chǎn)物記為樣品HA。

所合成樣品的分子結(jié)構(gòu)組成與實施例1相同，合成樣品的紅外吸收圖，透射電鏡照片基本與實施例1相同。

實施例3：

A、準(zhǔn)確稱取10g葡萄糖和1g氫氧化鈉置于三口玻璃瓶中，加水溶解。稱取1.11g氯化鈣和0.72g磷酸二氫鈉分別配置成100mL溶液。將上述鈣磷溶液混合，使用鹽酸調(diào)節(jié)至pH＝6.5。將混合均勻的鈣磷溶液逐滴滴加至葡萄糖的氫氧化鈉溶液中。

B、上述反應(yīng)完成并經(jīng)離心分離后所得到的固體，經(jīng)過水洗滌10次后，置于鼓風(fēng)干燥箱中，于80℃下烘干，得終產(chǎn)物記為樣品HA。

所合成樣品的分子結(jié)構(gòu)組成與實施例1相同，合成樣品的紅外吸收圖，透射電鏡照片基本與實施例1相同。

實施例4：

A、準(zhǔn)確稱取20g蔗糖和1.5g氫氧化鈉置于三口玻璃瓶中，加水溶解。稱取1.11g氯化鈣和0.792g磷酸氫二銨分別配置成100mL溶液。將上述鈣磷溶液混合，使用鹽酸調(diào)節(jié)至pH＝6。將混合均勻的鈣磷溶液逐滴滴加至蔗糖的氫氧化鈉溶液中。

B、上述反應(yīng)完成并經(jīng)離心分離后所得到的固體，經(jīng)過水洗滌10次后，置于鼓風(fēng)干燥箱中，于80℃下烘干，得終產(chǎn)物記為樣品HA。

所合成樣品的分子結(jié)構(gòu)組成與實施例1相同，合成樣品紅外吸收圖，透射電鏡照片基本與實施例1相同。

實施例5：

A、準(zhǔn)確稱取30g蔗糖和1g氫氧化鈉置于三口玻璃瓶中，加水溶解。稱取1.64g硝酸鈣和0.69g磷酸二氫銨分別配置成100mL溶液。將上述鈣磷溶液混合，使用鹽酸調(diào)節(jié)至pH＝5。將混合均勻的鈣磷溶液逐滴滴加至蔗糖的氫氧化鈉溶液中。

B、上述反應(yīng)完成并經(jīng)離心分離后所得到的固體，經(jīng)過水洗滌15次后，置于鼓風(fēng)干燥箱中，于80℃下烘干，得終產(chǎn)物記為樣品HA。

所合成樣品的分子結(jié)構(gòu)組成與實施例1相同，合成樣品的紅外吸收圖，透射電鏡照片基本與實施例1相同。

實施例6：

A、準(zhǔn)確稱取10g蔗糖和1g氫氧化鈉置于三口玻璃瓶中，加水溶解。稱取1.11g氯化鈣和0.852g磷酸氫二鈉分別配置成100mL溶液。將上述鈣磷溶液混合，使用鹽酸調(diào)節(jié)至pH＝6.5。將混合均勻的鈣磷溶液逐滴滴加至蔗糖的氫氧化鈉溶液中。

B、上述反應(yīng)完成并經(jīng)離心分離后所得到的固體，經(jīng)過水洗滌10次后，置于鼓風(fēng)干燥箱中，于80℃下烘干，得終產(chǎn)物記為樣品HA。

所合成樣品的分子結(jié)構(gòu)組成與實施例1相同，合成樣品的紅外吸收圖，透射電鏡照片基本與實施例1相同。