一种β-磷酸三钙纳米涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种β‑磷酸三钙纳米涂层的制备方法。该方法包括以下步骤：（1）将分散剂加入钙源溶液中搅拌均匀，滴加磷源溶液后，继续搅拌，陈化，过滤后洗涤，冷冻干燥，煅烧，制得β‑磷酸三钙粉体；（2）将制备好的β‑磷酸三钙粉体加入乙醇中，球磨，静置，配制稳定的β‑磷酸三钙悬浮液；（3）以金片为工作电极，铂电极为对电极，β‑磷酸三钙悬浮液为电解液，电极间施加直流电，在金片表面电泳沉积得到所述β‑磷酸三钙纳米涂层。本发明专利技术方法避免了高温过程引起的相变和脆裂，且增强了基底金属与β‑磷酸三钙纳米涂层的结合力，节约了能源，并可通过控制电泳沉积的电场强度和时间控制β‑磷酸三钙纳米涂层的粗糙度。

A preparation method of beta tricalcium phosphate nano coating

The invention discloses a method for preparing beta tricalcium phosphate nano coating. The method comprises the following steps: (1) the dispersant calcium source solution mixing, drops of phosphorus source solution, stirring, aging, filtering and washing, drying, calcination, prepared beta tricalcium phosphate powder; (2) will be prepared beta tricalcium phosphate powder adding ethanol, milling, static stability, beta tricalcium phosphate suspension; (3) to the piece of gold as a working electrode, a platinum electrode as the counter electrode, beta tricalcium phosphate suspension as electrolyte, electrode DC is applied, the beta tricalcium phosphate nanoparticles coating on gold surfaces by electrophoretic deposition. The method avoids the phase change process caused by high temperature and embrittlement, and enhance the binding force of base metal and beta tricalcium phosphate nano coating, saves energy, and can control the electrophoretic deposition of electric field intensity and time control beta tricalcium phosphate nano coating roughness.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磷酸钙陶瓷涂层的制备，具体涉及一种β-磷酸三钙纳米涂层的制备方法。
技术介绍
β-磷酸三钙(β-TCP)具有良好的生物相容性、骨传导作用和生物降解性，广泛应用于生物医用材料。它的生物相容性好，植入体内后发生降解，降解下来的Ca、P进入生物体循环系统后形成新生骨，经过一定时间后β-TCP逐渐在体内降解消失，为有生命的新生骨所取代。β-TCP在成骨速度上优于羟基磷灰石，是一种理想的、临床应用前景诱人的硬组织缺损修复材料。然而，由于β-TCP陶瓷材料力学性能较差，脆性大，在生理环境中抗疲劳与抗破坏强度不高，难以应用到需要承受负荷的情况中。金属材料具有较高的机械强度，优良的耐腐蚀和耐磨性能，可以用于高负荷部位的植入物，如牙齿、关节、下颚骨等。当金属材料表面制备有β-TCP涂层时，这种复合材料既具有基底金属的强度和韧性，又具有β-TCP涂层优良的生物相容性和生物活性，在临床上具有更好的应用。而当金属表面制备有β-TCP纳米涂层时，更有助于在体外研究β-TCP的蛋白吸附性能和生物矿化性能。因此研究金属表面β-TCP涂层的制备具有现实意义。常见制备β-TCP涂层的方法包括等离子喷涂、物理和化学气相沉积、电泳沉积、粉末冶金等，然而等离子喷涂、物理和化学气相沉积、粉末冶金等方法存在设备价高、涂层稳定性差、制备环境条件要求高、操作复杂等不足。相比较而言，电泳沉积具有许多显著的优点。首先，电泳沉积技术是一种温和的表面涂覆方法，可避免高温过程引起的相变和脆裂，有利于增强基底金属与陶瓷涂层之间的结合力；其次，电泳沉积过程是非直线过程，可以在形状复杂和表面多孔的金属材料表面制备均匀的功能陶瓷沉积层；另外，电泳沉积方法还具有所需设备简单、操作方便、沉积工艺易控制等优点。金是一种耐腐蚀、耐磨等性能优良的金属材料。本专利技术在常温下利用电泳沉积技术在金片表面制备β-TCP纳米涂层。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种β-TCP纳米涂层的制备方法，并通过控制电泳沉积的时间和电场强度得到不同粗糙度的β-TCP纳米涂层。为实现上述目的，本专利技术通过如下技术方案实现。一种β-磷酸三钙纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)β-磷酸三钙粉体的制备：将分散剂加入钙源溶液中搅拌均匀，强烈搅拌下，滴加磷源溶液；滴加完毕后，继续搅拌，陈化，过滤后洗涤，冷冻干燥，煅烧，得到β-磷酸三钙粉体；(2)配制β-磷酸三钙悬浮液：将制备好的β-磷酸三钙粉体加入乙醇中，球磨，静置，得到稳定的β-磷酸三钙悬浮液；(3)电泳沉积β-磷酸三钙纳米涂层：以金片为工作电极，铂电极为对电极，β-磷酸三钙悬浮液为电解液，在电极间施加直流电进行电泳沉积，电泳沉积结束后取出金片，在无水乙醇中超声处理，洗掉表面结合不牢的颗粒，在金片表面得到所述β-磷酸三钙纳米涂层。进一步地，步骤(1)中，所述分散剂为聚乙二醇，所述聚乙二醇的分子量为6000g/mol。进一步地，步骤(1)中，所述聚乙二醇的用量为钙源溶液中水质量的1.5％。进一步地，步骤(1)中，所述钙源溶液为Ca(NO3)2·4H2O溶液，Ca(NO3)2·4H2O溶液的浓度为0.45mol/L。进一步地，步骤(1)中，所述磷源溶液为(NH4)2HPO4溶液，(NH4)2HPO4溶液的浓度为0.5mol/L，磷源溶液在滴加前采用氨水调节pH至9.0。进一步地，步骤(1)中，所述钙源溶液和磷源溶液的用量满足摩尔比Ca/P为1.5。进一步地，步骤(1)中，所述强烈搅拌的转速为400r/min。进一步地，步骤(1)中，滴加磷源溶液的过程中，保持反应溶液体系的pH在7.0。进一步地，步骤(1)中，所述继续搅拌的时间为10h。进一步地，步骤(1)中，所述陈化的时间为2天。进一步地，步骤(1)中，所述洗涤是用去离子水洗涤至洗涤液呈中性。进一步地，步骤(1)中，所述煅烧是在800℃煅烧3h。进一步地，步骤(2)中，所述球磨的时间为12h，球磨的转速为774r/min。进一步地，步骤(2)中，所述静置的时间为6h。进一步地，步骤(2)中，所述β-磷酸三钙悬浮液的浓度为1wt％。进一步地，步骤(3)中，所述金片包括商品牌号为QSX301石英芯片的金片。进一步地，步骤(3)中，所述直流电的电场强度为25V/cm～100V/cm，优选为25V/cm和100V/cm。进一步地，步骤(3)中，所述电泳沉积的时间为1-10min。进一步地，步骤(3)中，所述超声处理的时间为1min，超声频率为28kHz，超声功率为100W。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术在常温下利用电泳沉积技术在金片上制备β-TCP纳米涂层，避免了高温过程引起的相变和脆裂，且增强了基底金属与β-TCP纳米涂层的结合力，同时节约了能源。(2)本专利技术在QSX301石英芯片的金片上制备β-TCP纳米涂层，可用于QCM-D技术，研究蛋白质在β-TCP纳米涂层上动态吸附过程。(3)本专利技术在金片表面制备β-TCP纳米涂层，并通过控制电泳沉积的电场强度和时间控制β-TCP纳米涂层的粗糙度。附图说明图1为实施例1合成的β-TCP粉体的XRD图；图2为实施例1合成的β-TCP粉体的SEM图图3为实施例1所使用金片的AFM形貌图；图4为实施例1在电场强度为25V/cm下电泳沉积1min得到的β-TCP纳米涂层AFM形貌图；图5为实施例1在电场强度为25V/cm下电泳沉积5min得到的β-TCP纳米涂层AFM形貌图；图6为实施例1在电场强度为25V/cm下电泳沉积10min得到的β-TCP纳米涂层AFM形貌图；图7为实施例2在电场强度为100V/cm下电泳沉积1min得到的β-TCP纳米涂层AFM形貌图；图8为实施例2在电场强度为100V/cm下电泳沉积5min得到的β-TCP纳米涂层AFM形貌图；图9为实施例3中将QCM-D技术用于研究牛血清白蛋白在β-TCP纳米涂层上的吸附行为得到的频率Δf随时间变化图；图10为实施例3中将QCM-D技术用于研究牛血清白蛋白在β-TCP纳米涂层上的吸附行为得到的耗散值ΔD随时间变化图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术实施方式不限于此。实施例1本实施例的β-TCP纳米涂层的制备，包括以下步骤：(1)以0.45mol/LCa(NO3)2·4H2O溶液为钙源，0.5mol/L(NH4)2HPO4溶液为磷源，调节钙源和磷源的用量控制Ca/P的摩尔比为1.5；将分散剂聚乙二醇加入钙源中搅拌均匀；用氨水调节磷源溶液pH为9.0；将调节pH后的磷源溶液在400r/min搅拌的条件下滴加到钙源溶液中，滴加过程中使反应溶液体系的pH保持在7.0，滴加完毕后，继续搅拌10h，陈化2d，过滤，用去离子水洗涤，直到上清液pH为7.0，冷冻干燥，800℃煅烧3h，得到β-TCP粉体；图1为合成的β-TCP粉体XRD图，由图可知，合成的粉体为纯相β-TCP粉体，不含其他杂相；图2为合成的β-TCP粉体SEM图，由图可知，合成的β-TCP粉体为大小不一的类球状纳米颗粒。(2)称取制备好的β-TCP粉体加入乙醇中配制成1wt％悬浮液，以774r/min的速度球磨12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种β‑磷酸三钙纳米涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)β‑磷酸三钙粉体的制备：将分散剂加入钙源溶液中搅拌均匀，强烈搅拌下，滴加磷源溶液；滴加完毕后，继续搅拌，陈化，过滤后洗涤，冷冻干燥，煅烧，得到β‑磷酸三钙粉体；(2)配制β‑磷酸三钙悬浮液：将制备好的β‑磷酸三钙粉体加入乙醇中，球磨，静置，得到稳定的β‑磷酸三钙悬浮液；(3)电泳沉积β‑磷酸三钙纳米涂层：以金片为工作电极，铂电极为对电极，β‑磷酸三钙悬浮液为电解液，在电极间施加直流电进行电泳沉积，电泳沉积结束后取出金片，在无水乙醇中超声处理，洗掉表面结合不牢的颗粒，在金片表面得到所述β‑磷酸三钙纳米涂层。

【技术特征摘要】
1.一种β-磷酸三钙纳米涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)β-磷酸三钙粉体的制备：将分散剂加入钙源溶液中搅拌均匀，强烈搅拌下，滴加磷源溶液；滴加完毕后，继续搅拌，陈化，过滤后洗涤，冷冻干燥，煅烧，得到β-磷酸三钙粉体；(2)配制β-磷酸三钙悬浮液：将制备好的β-磷酸三钙粉体加入乙醇中，球磨，静置，得到稳定的β-磷酸三钙悬浮液；(3)电泳沉积β-磷酸三钙纳米涂层：以金片为工作电极，铂电极为对电极，β-磷酸三钙悬浮液为电解液，在电极间施加直流电进行电泳沉积，电泳沉积结束后取出金片，在无水乙醇中超声处理，洗掉表面结合不牢的颗粒，在金片表面得到所述β-磷酸三钙纳米涂层。2.根据权利要求1所述的一种β-磷酸三钙纳米涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散剂为聚乙二醇，所述聚乙二醇的分子量为6000g/mol；所述聚乙二醇的用量为钙源溶液中水质量的1.5％。3.根据权利要求1所述的一种β-磷酸三钙纳米涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钙源溶液为Ca(NO3)2·4H2O溶液，Ca(NO3)2·4H2O溶液的浓度为0.45mol/L；所述磷源溶液为(NH4)2HPO4溶液，(NH4)2HPO4溶液的浓度为0.5mol/L，磷源溶液在滴加前采用氨水调节pH至9.0。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓春林，庞栋文，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44