[发明专利]一种高分子网络凝胶法制备纳米β‑TCP粉体的方法及其纳米β‑TCP粉体

说明书

技术领域

本发明属于生物医用陶瓷粉体技术领域，特别涉及一种高分子网络凝胶法制备纳米β-TCP粉体的方法及其纳米β-TCP粉体。

背景技术

β-磷酸三钙(β-tricalcium phosphate，β-TCP)是磷酸三钙的低温相，主要是由钙、磷组成，其成分与骨基质的无机成分相似，与骨结合性好，具有良好的生物相容性、生物活性以及生物降解性，是理想的人体硬组织修复和替代材料，在生物医学工程学领域一直受到人们的密切关注。

β-TCP粉体的合成方法主要有固相法和液相法，液相法主要包括化学沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。固相法是在无氧条件下进行的，这种方法制备的β-TCP粉体往往符合化学计量，且结晶完整，但这种方法需要较高的反应温度和较长的热处理时间，而且得到的粉体的可烧结性差。化学沉淀法工艺简单，产物纯度高，可制备纳米级尺寸的β-TCP粉体，但粉体的团聚现象严重，合成周期长；用水热法获得的β-TCP粉体结晶度较高，但反应过程需要高温高压的环境，产量低；溶胶-凝胶法可以在室温下制备高纯度的、Ca/P摩尔比接近化学计量值的纳米级的β-TCP粉体，而且粉体的颗粒形貌及粒径可控，使用的设备简单，但是这种方法化学过程复杂、粉体团聚现象严重、反应后的溶剂容易污染环境。

高分子网络凝胶法采用“溶液-凝胶-煅烧”的途径，以无机盐水溶液为原料，利用溶液中有机单体的聚合反应以及交联剂活性基团间的交联反应，原位交联聚合形成三维网络状聚合物水凝胶。由于凝胶的形成，将溶液中的组分离子原位固定在其中，金属离子在溶液中的移动受到限制。在以后的干燥和锻烧过程中，陶瓷颗粒接触和聚集的机会减少，有利于形成粒径小、团聚少、化学均匀性好的超细陶瓷粉体。

高分子网络凝胶法最早是在合成多组分高温超导氧化物时采用的一种新方法。该法目前已在高温超导材料、氧化物热电材料、纳米荧光材料、固体燃料电池材料、微晶玻璃材料等的多组分氧化物及复合粉体合成中广泛应用，但该方法还未用于生物活性陶瓷粉体β-TCP的合成。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种高分子网络凝胶法制备纳米β-TCP粉体的方法。本发明方法工艺简单、可重复性好，合成速度快，可得到纯度高、分散性好的纳米级β-TCP粉体。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的纳米β-TCP粉体。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种高分子网络凝胶法制备纳米β-TCP粉体的方法，包括以下步骤：

(1)将钙源和络合剂于水中混合均匀，按照Ca/P＝1.5的摩尔比加入磷源，调节混合液的pH为2～3；

(2)体系中加入单体、交联剂、催化剂和引发剂，搅拌均匀后，将体系加热处理，得到水凝胶；

(3)水凝胶干燥后，热处理，得到纳米β-TCP粉体。

步骤(1)中所述钙源为本领域常规使用的钙源即可，如四水硝酸钙、碳酸钙、醋酸钙等，优选为四水硝酸钙。

步骤(1)中所述的络合剂为本领域常规使用的络合剂即可，如柠檬酸、乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸等，优选为柠檬酸。

步骤(1)中所述的磷源为本领域常规使用的磷源即可，如磷酸氢二铵、磷酸、亚磷酸三甲酯等，优选为磷酸氢二铵。

步骤(1)中所用钙源、络合剂的摩尔比可为1:1～1:2，优选为1:1。

步骤(1)反应体系中钙源的浓度优选为0.2～0.6M。

步骤(1)中所述混合液的pH可通过硝酸和氨水进行调节。

步骤(2)中所述的单体可为丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种。

步骤(2)中所述的交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺。

步骤(2)中所述单体的用量为步骤(1)的水质量的5～40％。

步骤(2)中所述单体和交联剂的质量比为5:1～15:1。

步骤(2)中所述的催化剂为本领域常规的催化剂即可，如四甲基乙二胺，其用量为催化量即可，优选为步骤(1)的水体积的0.1～0.3％。

步骤(2)中所述的引发剂为过硫酸铵、双氧水中的至少一种。其用量优选为为步骤(1)的水质量的0.2～0.5％。

步骤(2)中所述的加热处理优选为在70～95℃反应10～60min。所述加热处理优选为在水浴加热下进行。

步骤(3)中所述的热处理优选为在700～1000℃下处理120～240min。

步骤(3)中所述干燥的方式优选为微波干燥或冷冻干燥。