一种镁元素部分取代的羟基磷灰石纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种镁元素部分取代的羟基磷灰石纤维及其制备方法和应用。所述的羟基磷灰石纤维中的钙元素由镁元素部分取代，钙元素与镁元素的摩尔比为(85：15)～(99：1)，单根纤维为带状有序结构，纤维宽度为3～10微米，厚度为0.1～3微米，长度为40～230微米。本发明专利技术是采用水溶性镁盐、水溶性钙盐和水溶性磷酸盐为原料，以乙酰胺为均相沉淀剂，采用无模板剂水热均相沉淀方法制备得到。应用该纤维作为力学增强剂可制得高强度生物活性骨修复陶瓷、骨水泥或生物高分子基复合骨修复材料；同时，本发明专利技术方法具有容易调控微量元素镁的掺杂含量，制备工艺环保、简单易行、成本低廉且易于工业化实施等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及一种镁元素部分取代的羟基磷灰石纤维及其制备方法和应用，属于生物材料

技术介绍
羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,HAp)是人体骨骼、牙齿的主要无机成分。人工合成的HAp材料由于与骨骼、牙齿的无机成分相似，因而具有良好的生物相容性和生物活性，并在临床骨修复领域得到广泛应用。然而，传统颗粒状HAp粉体经高温烧结后制备得到的HAp生物陶瓷材料尚存在明显的缺点，如降解性和力学强度差，尤其是断裂韧性显著低于人体的天然骨组织；此外，高温烧结得到的HAp产品还缺乏诱导成骨的活性，使得这类材料在大段骨缺损修复领域、骨再生差的修复领域受到极大限制[MaterialsScienceandEngineering:R:Reports,2010,70；225]。近年来，研究开发高力学性能的HAp生物活性骨修复材料越来越受到重视。研究表明，材料的组成和结构显著影响了材料的生物活性和力学性能，进而直接影响到材料的临床应用效果。研究表明：功能性无机微量元素的掺杂是提高HAp生物陶瓷材料的成骨活性的重要途径；此外，通过掺杂还能引起HAp晶格的畸变，进而改善HAp材料的降解速率。同复合有机类生长因子以促进生物活性和成骨性能的方法相比，无机元素掺杂具有极低的制备成本、易规模化和批量制备、且产品质量稳定等诸多优点。大量的研究发现镁(Mg)元素在改善骨修复材料的生物学性能方面起到重要的作用。Mg元素能直接影响并调控骨骼的钙化过程及形成矿化骨，它是人体中矿物质新陈代谢的主要影响因素，它直接影响甚至控制着新生骨中矿物质的晶化及形成过程[ColloidsandsurfacesB:Biomaterials,2005,42:205]。Ilich等人证实镁通过骨矿表面反应调节骨的形成和重塑[JournalofAmericanCollegeofNutrition,2000,19(6):715]。Mg元素的掺杂还有利于成骨细胞附着在HAp表面[RareMetalMaterialsandEngineering，2007，36(6):1102]。此外，Mg与Ca是同族元素，Mg能够容易掺杂并取代HAp中的钙位点，并引起HAp晶格发生畸变，从而加快其降解速率[人工晶体学报，2014，43(3)：648]。因此，开发制备含镁羟基磷灰石生物陶瓷材料在骨修复材料领域具有重要的意义和临床应用价值。近年来，由于一维材料(如微纳米线、微纳米管和微纳米棒等)具备优良的力学性能，如超高的韧性和抗弯强度，而超长一维材料的力学性能尤其突出。因此，超长一维材料的制备及其应用引起了学术和产业界的广泛关注。目前一维结构HAp生物陶瓷粉体材料也已经引起生物材料和骨科临床医生的广泛关注，并被广泛应用于制备高强度HAp生物陶瓷，以及用于与生物高分子材料复合以制备高力学性能的复合骨修复材料。例如，在生物材料领域，研究证实了采用碳纳米管纤维可以显著增强高分子及生物陶瓷的力学性能[MaterialsScienceandEngineering:C,2012,32；1727]。因此，开发制备含镁的超长一维HAp材料有望获得既具备良好促成骨活性又具有优良力学性能的新型骨修复材料，在临床应用领域有重要的科学意义和应用价值。迄今，一维结构HAp材料主要采用水热法[JournalofCrystalGrowth,2012,361；73]、溶剂热方法[MaterialsLetters,2008,62；1642]、水热微乳液法[Materialsletters,2007；61(8～9):1683]、前躯体水热转化法[Nanoscale,2011；3(8):3052]等方法制备获得。其中，常规的水热方法只能获得短棒状HAp材料；溶剂热法和水热微乳液方法虽然能够获得较长的HAp纤维，但需要用到大量的有毒有害溶剂和表面活性剂；近期的研究报道采用前躯体水热转化法也能获得一维HAp纤维，但该方法需要多步化学反应过程，因此制备效率较低，同时获得的产物通常团聚严重[MaterialsSciencesandEngineeringC,2014；37:286]。此外,采用常规的尿素作为水热均相沉淀剂,难以获得分散性良好的HAp粉体,产物通常为纳米结构团聚材料[CrystalGrowth&Design,2009；9:177]。分散性差的团聚体材料的烧结性能差、作为力学增强剂的力学增强效果也不理想。可见，开发一种绿色环保、工艺技术简单、成本低廉、分散均匀的镁元素部分取代的羟基磷灰石纤维的工艺技术具有非常重要的意义。从而构思出本专利技术的目的，以克服上面所述的常规通用的水热法、溶剂热方法、水热微乳液法、前躯体水热转化法等方法的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提出镁元素部分取代的羟基磷灰石纤维，该羟基磷灰石纤维中的钙元素由镁元素部分取代，钙元素与镁元素的摩尔比为(85：15)～(99：1)，单根纤维为带状有序结构，纤维宽度为3～10微米，厚度为0.1～3微米，长度为40～230微米。作为优选方案，该羟基磷灰石纤维中的钙元素与镁元素的摩尔比为(90：10)～(97.5：2.5)。本专利技术的目的之二在于提供所述的镁元素部分取代的羟基磷灰石纤维的制备方法。本专利技术所述的制备镁元素部分取代的羟基磷灰石纤维的方法，是采用无模板剂水热均相沉淀方法，以水溶性钙盐为钙源、水溶性镁盐为镁源、水溶性磷酸盐作为磷源，依次溶解于水中形成水溶液，以乙酰胺为水热沉淀剂制备获得产物；其中，乙酰胺的摩尔数为钙源与镁源总摩尔数的3～20倍；钙元素与镁元素的摩尔比为(85：15)～(99：1)。作为优选方案，钙元素与镁元素的摩尔比为(90：10)～(97.5：2.5)。作为优选方案，钙元素和镁元素的总摩尔数与磷元素的摩尔数之比为1.67：1。作为优选方案，所述的水溶性钙盐为硝酸钙或氯化钙，溶液中的钙离子浓度为0.001～1mol/L；所述的水溶性镁盐为硝酸镁或氯化镁，溶液中的镁离子浓度为0.001～1mol/L；所述的水溶性磷盐为磷酸钠或磷酸铵，溶液中的磷酸根离子浓度为0.001～1mol/L。作为优选方案，在搅拌下调控水溶液的pH值为2～4。作为进一步优选方案，通过加入浓度为0.05～0.5mol/L的氨水和0.05～0.5mol/L的硝酸水溶液调控水溶液的pH值。作为优选方案，所述的无模板剂水热均相沉淀反应是在120～200℃水热处理10～36小时。作为进一步优选方案，所述的无模板剂水热均相沉淀反应是在密闭高压反应釜中进行。作为优选方案，无模板剂水热均相沉淀反应的产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁元素部分取代的羟基磷灰石纤维，其特征在于：该羟基磷灰石纤维中的钙元素由镁元素部分取代，钙元素与镁元素的摩尔比为(85：15)～(99：1)，单根纤维为带状有序结构，纤维宽度为3～10微米，厚度为0.1～3微米，长度为40～230微米。

【技术特征摘要】
1.一种镁元素部分取代的羟基磷灰石纤维，其特征在于：该羟基磷灰石纤维中的钙元
素由镁元素部分取代，钙元素与镁元素的摩尔比为(85：15)～(99：1)，单根纤维为带
状有序结构，纤维宽度为3～10微米，厚度为0.1～3微米，长度为40～230微米。
2.一种制备权利要求1所述的镁元素部分取代的羟基磷灰石纤维的方法，其特征在于：
采用无模板剂水热均相沉淀方法，以水溶性钙盐为钙源、水溶性镁盐为镁源、水溶性磷酸
盐作为磷源，依次溶解于水中形成水溶液，以乙酰胺为水热沉淀剂制备获得产物；其中，
乙酰胺的摩尔数为钙源与镁源总摩尔数的3～20倍；钙元素与镁元素的摩尔比为(85：15)～
(99：1)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：钙元素和镁元素的总摩尔数与磷元素的摩
尔数之比为1.67：1。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的水溶性钙盐为硝酸钙或氯化钙，溶
液中的钙离子浓度为0.001～1mol/L；所述的水溶性镁盐为硝酸镁或氯化镁，溶液中的镁离
子浓度为0.001～1mol/L；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈宇辉，张伟滨，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属瑞金医院，
类型：发明
国别省市：上海;31