[发明专利]超声辅助制备具有有序层状结构的三斜磷钙石及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声辅助制备具有有序层状结构的三斜磷钙石及其制备方法，属于生物医学材料技术领域。

背景技术

三斜磷钙石(CaHPO₄)作为一种生物活性材料已经引起了越来越多的关注。由于它具有良好的生物相容性和生活活性，三斜磷钙石作为一种磷酸钙骨水泥，通常被用来作为可吸收的骨替代材料。然而和真正的骨相比，磷酸钙骨水泥承重较小、机械性能差，这就大大限制了它的应用。有机体内的生物矿物通常都是以一定有序生长的形式来加强组织的机械性能，如牙齿、骨骼和贝壳等，由此可证明有序组装的结构可以提供更好的机械性能。另外，三斜磷钙石是羟基磷灰石(HAp)的一种前驱物。羟基磷灰石的生物活性、生物相容性、稳定性以及机械性能主要受其结构、组成、晶粒尺寸和形貌的控制。而羟基磷灰石通常会形成针状的形貌，因此其形貌很难控制。许多研究表明，通过控制三斜磷钙石的形貌可以制备得到具有特殊形貌的羟基磷灰石。

因为其具有良好的生物学性能和广大的应用前景，人们探索了许多方法来合成普通的三斜磷钙石。目前，主要制备方法有：水热法[Wei，K.；Lai，C.；Wang，Y.J.J.Mater.Sci.2007，42，5340-5346]、电化学沉积[Da Silva，M.H.P；Lima，J.H.C.；Soares，G.A.；Elias，C.N.；de Andrade，M.C.；Best，S.M.；Gibson，I.R.Surf.Coat.Technol.2001，137，270-276]、溶胶—凝胶法[Tokuoka，Y.；Ito，Y.；Kitahara，K.；Niikura，Y.；Ochiai，A.；Kawashima，N.Chem.Lett.2006，35，1220-1221]和微波辅助法[Pena，J.；LeGeros，R.Z.；Rohanizadeh，R.；LeGeros，J.P.Bioceramics 2000，192-1，267-270]等。显然，具有有序层状结构的三斜磷钙石更优于普通的三斜磷钙石，然而，对于具有有序层状结构的三斜磷钙石的制备仍未见报道。

近年来，超声化学被广泛应用于一些具有特殊形貌的纳米材料的合成。超声波作用于液体时可产生大量小气泡，这些气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液体突然冲入气泡而迅速产生高温(4200～5000K)高压(20～50MPa)。气泡破裂时的冷却速度也相当快，这就可以使一些化学反应得以发生。超声波作用于液体时可产生超声射流，超声射流引起纳米片的取向排列和有序组装。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声辅助制备具有有序层状结构的三斜磷钙石及其制备方法。在表面活性剂的作用下，沉淀生成的三斜磷钙石呈纳米片状(厚度为20～300nm)，随后，纳米片在超声辐射的作用下以一定取向组装形成有序的层状结构。

本发明方法的实施方案如下：

(1)以可溶性钙盐和可溶性磷酸盐为原料，以阳离子表面活性剂为模板剂。

可选用的可溶性钙盐有四水硝酸钙、二水氯化钙等；

可选用的可溶性磷酸盐有磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾和磷酸二氢氨等；

可选用的阳离子表面活性剂为胺盐、季铵盐(如十六烷基三甲基溴化铵、双辛烷基二甲基氯化铵、四甲基硫酸氢铵等)。

(2)将表面活性剂溶于蒸馏水中，溶液中表面活性剂的浓度为2～20g/ml。

(3)在含有表面活性剂的溶液中加入四水硝酸钙(作为钙离子源)和磷酸二氢钠(作为磷酸根源)，并搅拌均匀，两者的摩尔比为0.8～2.0。

(4)对反应液进行超声处理。超声的频率为10～35kHz，处理的时间为10～60min，功率为100～800W。

(5)反应结束后，反应液过滤、清洗、干燥，干燥的温度为20～90℃，干燥时间为2～48h。

利用该发明方法可制备纯的三斜磷钙石物相，所得到的三斜磷钙石呈纳米片状，其厚度为20～300nm。纳米片取向组装形成有序的层状结构。

本方法不仅成本低廉、操作简单，而且可以得到有序度高的层状三斜磷钙石，有利于提高其机械性能，扩展其在骨质替代材料方面的应用范围。

结构表征及性能评价

利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对所得到的产物进行表征。

附图说明