本發(fā)明涉及一種二氧化鈦摻雜的羥基磷灰石及其制備方法。
背景技術(shù)：
羥基磷灰石是構(gòu)成人體硬組織的主要無機成分，占人骨無機成分的77%，齒骨中更高達97%。它與其它生物材料顯著不同之處在于它含有人體組織所必需的鈣和磷元素，且不含其它有害元素。植入體內(nèi)后，在體液的作用下，鈣和磷會游離出材料表面，被機體組織所吸收，并能與人體骨骼組織形成化學鍵結(jié)合，生長出新的組織。因此，羥基磷灰石是目前公認具有良好性能的生物材料。隨著現(xiàn)代醫(yī)學技術(shù)與材料科學的發(fā)展，具有生物相容性和生物活性的人工替代材料被廣泛地用于人體軟硬組織與器官的修復中。近年來的很多研究表明，在由生物材料引發(fā)的感染中，45%的原因是由于生物材料與人體接觸時，在材料表面形成一層蛋白膜，而細菌很容易在這層蛋白膜上粘附，繼而生長繁殖，使用傳統(tǒng)的抗菌治療無法根除。
納米TiO2對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌等具有很強的殺菌作用。其機理是TiO2在光照條件下，產(chǎn)生的氧自由基能破壞細胞壁結(jié)構(gòu)，使細胞壁斷裂、破損，質(zhì)膜解體。然后進入胞體內(nèi)部破壞內(nèi)膜和細胞組分，使細胞質(zhì)凝聚，導致細胞內(nèi)容物溢出，可出現(xiàn)菌體空化現(xiàn)象。高金華的碩士學位論文《二氧化鈦納米粒子對原代培養(yǎng)的成骨細胞增殖、分化及礦化功能的影響》認為，TiO2納米顆粒在促進原代成骨細胞增殖的同時，抑制了其向脂肪細胞橫向分化及其礦化功能，對于堿性磷酸酶活性的影響則兼有促進和抑制作用。亓健偉的發(fā)明專利（201410139015.6）報道了一種為梯度摻雜類金剛石層和Ag、TiO2摻雜羥基磷灰石層多元納米復合涂層的制備方法，其中采用了磁控濺射的方法。虞奇峰等人將平均粒度為5 nm的銳鈦礦納米TiO2粉中摻入羥基磷灰石粉，放入無水乙醇，經(jīng)超聲波粉碎和混合、低溫干燥，通過冷等靜壓制坯、燒結(jié)，制得TiO2羥基磷灰石復合陶瓷，達到自清潔和殺菌的效果，提高材料的組織相容性和生物活性。徐侃等人在論文《二氧化鈦與羥基磷灰石納米復合材料制備與表征》中，采用溶液化學合成方法，將羥基磷灰石包覆在納米二氧化鈦的表面，制備二氧化鈦與羥基磷灰石納米復合材料，達到抑制細菌提高材料安全性的目的。張杭州等人在論文《羥基磷灰石/TiO2納米管復合物的生物相容性》中，將二氧化鈦納米管與納米羥基磷灰石復合，展現(xiàn)出良好的生物相容性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的技術(shù)不足，提供一種二氧化鈦摻雜的羥基磷灰石及其制備方法。該方法工藝設備簡單、顆粒均勻、粒徑大小可控、成本低廉，涉及的化學物質(zhì)少。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用如下技術(shù)方案。
一種可用于生物組織修復的二氧化鈦摻雜的羥基磷灰石的制備方法，包括如下步驟。
1、羥基磷灰石的制備
（1）配制濃度為0.5-0.7 mol/L的鈣鹽水溶液，將質(zhì)量分數(shù)為32%的HNO3溶液滴加至其中，直至溶液的pH值為1.5~3.5；
所述的鈣鹽為Ca(NO3)2、CaCl2、CaCO3或Ca(CH3COO)2；
（2）配制濃度為0.1-0.2 mol/L的磷酸鹽水溶液；
所述的磷酸鹽為KH2PO4、K2HPO4、(NH4)2HPO4或Na2HPO4；
（3）邊機械攪拌邊將步驟（2）配制的磷酸鹽水溶液逐滴加入到步驟（1）得到的鈣鹽酸性溶液中，加完后劇烈攪拌，使其混合均勻，然后再加入有機硅表面活性劑；
所述的鈣鹽和磷酸鹽的摩爾比為1.67，所述的表面活性劑為邁圖CoatOSil 1211，CoatOSil 7602，CoatOSil 7604，CoatOSil 3573，CoatOSil 7500，CoatOSil 3509，CoatOSil 47，CoatOSil 77，CoatOSil 2400，CoatOSil 2812，CoatOSil 3500，或者Silwet 408、HR-3408；
（4）將一定量的沉淀劑緩慢加入步驟（3）得到的混合溶液中，升溫至70~95℃，不停地機械攪拌，使其反應36-72小時；
所述的沉淀劑為尿素、六次甲基四胺或其混合物，鈣鹽和沉淀劑的摩爾比為1.1-1.5；
（5）將步驟（4）得到的反應液過濾、洗滌數(shù)次后干燥，即可得到所需的羥基磷灰石。
2、二氧化鈦水溶膠的制備
（1）將一定量的鈦鹽溶于去離子水中，通過充分的水解反應，得到黃色的偏鈦酸沉淀；
所述的鈦鹽為硫酸氧鈦、四氯化鈦、鈦酸四異丙酯、鈦酸四正丙酯、鈦酸乙酯或者鈦酸四丁酯；
（2）再向上述偏鈦酸沉淀中加入一定量的雙氧水，然后通過超聲得到淡黃色溶膠；同時加入少量的異丙醇或者乙酰丙酮，進行回流處理，得到穩(wěn)定的銳鈦礦二氧化鈦水溶膠。
3、二氧化鈦摻雜的羥基磷灰石的制備
（1）將羥基磷灰石浸泡于上述制備的二氧化鈦水溶膠中，時間為4~8小時；
（2）然后將所得到的白色產(chǎn)物過濾、干燥，再600度煅燒10~60分鐘即可。
本發(fā)明通過改變反應物濃度、反應時間、溫度、體系pH值、攪拌速度、摻雜濃度等參數(shù)，可實現(xiàn)對羥基磷灰石顆粒粒徑、粒徑分布、摻雜濃度、生物相容性的控制。得到的羥基磷灰石粒徑在76-150微米，如圖1所示。羥基磷灰石粒徑分布均勻，具有良好的生物相容性和殺菌作用，可以用于生物組織的修復。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢之處在于：
1、采用均相沉淀法一次成型，可以直接得到產(chǎn)物，制備工藝簡單，成本低廉。無需進行二次造粒及后期的高溫煅燒處理，制備過程也無需加入任何的絡合劑、氧化劑、模板及摻雜其他金屬離子，有利于保證羥基磷灰石的純度及性能；
2、制備二氧化鈦的工藝簡單，涉及的化學物質(zhì)較少，可以避免有害物質(zhì)的引入。摻雜的工藝簡單、可控，所制備的羥基磷灰石具有良好的生物相容性和殺菌作用。
附圖說明
圖1是實施例1所制備的氧化鈦摻雜的羥基磷灰石掃描電鏡圖。
具體實施方法
下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1。
將HNO3溶液緩慢加入到99.8 ml 0.15 mol/L的KH2PO4溶液中，直至溶液的pH值為2.4，在機械攪拌條件下，將50 ml 0.5 mol/L CaCl2溶液逐滴加入到KH2PO4酸性溶液中，劇烈攪拌使其混合均勻，在混合溶液中加入1.08 g尿素、10滴Silwet 408，升溫至80℃，使其反應48h，將反應液過濾、洗滌數(shù)次后干燥，即可得到所需的羥基磷灰石。
將2ml四氯化鈦溶于50ml去離子水中，通過充分的水解反應，得到黃色的偏鈦酸沉淀。再向上述偏鈦酸沉淀中加入5ml的雙氧水，雙氧水的濃度為65%。然后通過功率為50W超聲波進行超聲30分鐘，得到淡黃色溶膠。同時加入1ml異丙醇，在70度回流處理50分鐘，得到穩(wěn)定的銳鈦礦二氧化鈦水溶膠。
將羥基磷灰石浸泡于上述制備的二氧化鈦水溶膠中，時間為4小時。然后將所得到的白色產(chǎn)物過濾、干燥，再600度煅燒40分鐘即可。
實施例2。
將HNO3溶液緩慢加入到50 ml 0.3 mol/L的KH2PO4溶液中，直至溶液的pH值為2.4，在機械攪拌條件下，將100 ml 0.25 mol/L CaCl2溶液逐滴加入到KH2PO4酸性溶液中，劇烈攪拌使其混合均勻，在混合溶液中加入1.2 g尿素、15滴HR-3408，升溫至90℃，使其反應48h，將反應液過濾、洗滌數(shù)次后干燥，即可得到所需的羥基磷灰石。
將2ml鈦酸四丁酯溶于50ml去離子水中，通過充分的水解反應，得到黃色的偏鈦酸沉淀。再向上述偏鈦酸沉淀中加入8ml的雙氧水，雙氧水的濃度為65%。然后通過功率為80W超聲波進行超聲10分鐘，得到淡黃色溶膠。同時加入1ml乙酰丙酮，在90度回流處理20分鐘，得到穩(wěn)定的銳鈦礦二氧化鈦水溶膠。
將羥基磷灰石浸泡于上述制備的二氧化鈦水溶膠中，時間為4小時。然后將所得到的白色產(chǎn)物過濾、干燥，再600度煅燒40分鐘即可。
實施例3。
將HNO3溶液緩慢加入到50 ml 0.3mol/L的NaH2PO4溶液中，直至溶液的pH值為2.6，在機械攪拌條件下，將50 ml 0.5 mol/L Ca(CH3COO)2溶液逐滴加入到NaH2PO4酸性溶液中，劇烈攪拌使其混合均勻，在混合溶液中加入1.08 g尿素、10滴CoatOSil 77，升溫至85℃，使其反應50h，將反應液過濾、洗滌數(shù)次后干燥，即可得到所需的羥基磷灰石。
將1.5ml鈦酸四正丙酯溶于40ml去離子水中，通過充分的水解反應，得到黃色的偏鈦酸沉淀。再向上述偏鈦酸沉淀中加入4ml的雙氧水，雙氧水的濃度為65%。然后通過功率為90W超聲波進行超聲30分鐘，得到淡黃色溶膠。同時加入1ml異丙醇，在70度回流處理50分鐘，得到穩(wěn)定的銳鈦礦二氧化鈦水溶膠。
將羥基磷灰石浸泡于上述制備的二氧化鈦水溶膠中，時間為4小時。然后將所得到的白色產(chǎn)物過濾、干燥，再600度煅燒40分鐘即可。
實施例4。
將HNO3溶液緩慢加入到99.8 ml 0.15 mol/L的(NH4)2HPO4溶液中，直至溶液的pH值為2.4，在機械攪拌條件下，將50 ml 0.5 mol/L Ca(NO3)2溶液逐滴加入到(NH4)2HPO4酸性溶液中，劇烈攪拌使其混合均勻，在混合溶液中加入1.08 g尿素、10滴Silwet 408，升溫至80℃，使其反應48h，將反應液過濾、洗滌數(shù)次后干燥，即可得到所需的羥基磷灰石。
將2ml四氯化鈦溶于50ml去離子水中，通過充分的水解反應，得到黃色的偏鈦酸沉淀。再向上述偏鈦酸沉淀中加入5ml的雙氧水，雙氧水的濃度為65%。然后通過功率為30W超聲波進行超聲100分鐘，得到淡黃色溶膠。同時加入1ml異丙醇，在70度回流處理50分鐘，得到穩(wěn)定的銳鈦礦二氧化鈦水溶膠。
將羥基磷灰石浸泡于上述制備的二氧化鈦水溶膠中，時間為4小時。然后將所得到的白色產(chǎn)物過濾、干燥，再600度煅燒40分鐘即可。