一种仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料及其制备方法和应用。所述仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料的化学式为Ca10‑a‑bZnaSrb(PO4)6(OH)2‑cFc，其中，0.004≤a≤0.006、0.005≤b≤0.007和0.04≤c≤0.08。其促进生物矿化以及成骨细胞粘附，使其在硬组织修复材料方面具有重要的应用价值。 1

Bionic three element ion doped hydroxyapatite bioceramic powder material and preparation method and application thereof

The invention provides a bionic three element ion doped hydroxyapatite bioceramic powder material and a preparation method and application thereof. The chemical formula of the biomimetic three element ion doped hydroxyapatite bioceramic powder material is Ca10 a bZnaSrb (PO4) 6 (OH) 2 cFc, among which 0.004 < < a < 0.006 \u3001 0.005 < B < 0.007 and 0.04 less than C < 0.08 < 0.08. It promotes biomineralization and osteoblast adhesion, and has important application value in hard tissue repair materials. One

【技术实现步骤摘要】
一种仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷材料及其制备方法和应用，属于化学领域和生物医用材料领域。
技术介绍
硬组织植入材料是硬组织损伤修复和重建的重要生物医用材料。由于疾病、老龄化、交通事故频发等因素的影响，硬组织植入材料需求量日益增加。羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2(HAP)是一种生物活性材料，是人体硬组织的主要成分，目前临床应用最广泛的硬组织替代材料之一。然而，纯羟基磷灰石植入人体后无法与人体的软硬组织快速形成结合，从而诱导新骨组织在表面生成，所以需要添加一些其他因素来更好的提高材料的生物活性。目前羟基磷灰石材料主要是引入生命因子从而提高材料的生物活性，例如：授权公告号为ZL201210555876的中国专利技术专利中提供了一种碳纳米管增强羟基磷灰石复合材料的制备方法。授权公告号为ZL201110435318的中国专利技术专利中提供了一种丝素蛋白/羟基磷灰石纳米纤维材料的制备方法。授权公告号为ZL201610850122的中国专利技术专利中提供了一种壳聚糖/羟基磷灰石复合纤维的制备方法。目前已见报道的成分仿生三元掺杂羟基磷灰石材料很少。公开号为CN104399126A的中国专利技术专利中提供了碳酸根离子掺杂羟基磷灰石与聚甲基丙烯酸甲酯共混纳米复合材料的制备工艺，专利技术中材料的合成工艺复杂，并且非常容易引进杂质。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷材料及其制备方法和应用。第一方面，本专利技术提供了一种仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料，所述仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷材料的化学式为Ca10-a-bZnaSrb(PO4)6(OH)2-cFc，其0.004≤a≤0.006、0.005≤b≤0.007、0.04≤c≤0.08。本专利技术中，所述仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料的化学式为Ca10-a-bZnaSrb(PO4)6(OH)2-cFc，其0.004≤a≤0.006、0.005≤b≤0.007、0.04≤c≤0.08时，在此含量范围内和人体骨的成分含量比较接近，可达到仿生的结果，具有较好的生物学性能，能够有效的促进细胞粘附与增殖分化。在本专利技术中，仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷材料合成工艺简单，经过反应物的设计，锌，锶，氟三元掺杂使得陶瓷粉体材料可以在溶液中析出有益的化学元素(Zn2+、Sr2+及F-)，从而可以更好的促进成骨细胞增殖分化；并且氟离子通过等价取代羟基磷灰石结构中的氢氧根，造成材料溶解性降低，表面钙离子浓度变小，从而使得材料表面呈负电性，提高了对正电性的钙离子的静电吸附能力，从而促进生物矿化以及成骨细胞粘附，使其在硬组织修复材料方面具有重要的应用价值。较佳地，a＝0.005，b＝0.006和c＝0.06，在该含量值时所得材料最接近人体含量，可极大程度上促进细胞粘附与增殖分化。第二方面，本专利技术还提供了一种如上所述的仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料的制备方法，包括：按照Ca10-a-bZnaSrb(PO4)6(OH)2-cFc称取锶源、锌源、氟源、钙源、磷源并与水混合，然后在0～250℃下水热反应10～76小时，再经抽滤、烘干后得到，陶瓷粉体；将所得陶瓷粉体压制成型后，在1000～1500℃下烧结一定时间，得到所述仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷材料。较佳地，所述钙源为氢氧化钙、氧化钙、磷酸钙、磷酸一氢钙、磷酸二氢钙中的至少一种；所述磷源为磷酸、磷酸钙、磷酸一氢钙、磷酸二氢钙中的至少一种；所述锶源为氧化锶、氢氧化锶、氟化锶中的至少一种；所述锌源为氧化锌、磷酸二氢锌、氟化锌中的至少一种；所述氟源为氟化钙、氟化锶、氟化锌中的至少一种。较佳地，所述水热反应的温度为0～200℃。较佳地，将磷源与水混合，得到磷源前驱悬浮液；再将锶源，锌源，氟源加入到磷源前驱悬浮液混合均匀；最后再加入钙源并混合均匀。由于钙源用料多，会先跟磷源反应，所以需要最后加入。第三方面，本专利技术还提供了一种仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷块体材料，将上述的仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料压制成型，然后在1000～1500℃下烧结1～3小时，得到所述仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷块体材料。本专利技术将上述仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料压制成型并烧结(烧结温度为1000～1500℃，时间可为1～3小时)，得到所述仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷块体材料，块体材料有利于成骨细胞在表面进行粘附增殖。较佳地，利用模具进行压制成型，所述模具为直径10～20mm的圆柱形模具。较佳地，所述成型的方式为干压成型或/等静压成型，所述干压成型的压力为8～10MPa，时间为1～3分钟，所述等静压成型的压力为8～10MPa，时间为1～3分钟。第四方面，本专利技术还提供了一种如上所述的仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷块体材料在制备硬组织修复材料中的应用。第五方面，本专利技术还提供了一种如上所述的仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料在制备硬组织修复材料中的应用。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术制备方法操作简单，产量较大。所使用的原料成本低廉，适用于规模化生产，具有工业应用前景和价值；(2)本专利技术的制备选用的锶源(氧化锶、氢氧化锶、氟化锶等)，锌源(氧化锌，磷酸二氢锌，氟化锌等)，氟源(氟化钙，氟化锌，氟化锶等)即能够提供了锌锶氟，又能作为反应物参与反应，更有利于锌，锶，氟离子进入到羟基磷灰石HA晶格中；(3)本专利技术的副产物只有水，产物羟基磷灰石结构中不会引入除了锌，锶，氟以外的外源离子，不会由反应物带进来的外源离子如Cl-、CO32-、Na+、NO3-、NH4+等掺杂进入HA晶体结构，因而可以消除杂质离子的影响；(4)本专利技术所述的仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷块体材料或生物陶瓷块体粉体材料：首先锌，锶，氟三元掺杂使得材料可以在溶液中析出有益的生命元素，从而可以更好的促进成骨细胞增殖分化；并且氟离子通过等价取代羟基磷灰石结构中的氢氧根，造成材料溶解性降低，表面钙离子浓度变小，从而使得材料表面呈负电性，提高了对正电性的钙离子的静电吸附能力，从而促进生物矿化以及成骨细胞粘附。在硬组织修复材料方面具有重要的应用价值。附图说明图1为HAP、Zn/HAP、ZnSr/HAP和ZnSrF/HAP陶瓷粉体样品的XRD图(a)和FTIR图谱(b)；图2为HAP((a)-(c))、Zn/HAP((d)-(f))、ZnSr/HAP((g)-(i))和ZnSrF/HAP((j)-(l))陶瓷粉体的SEM图像；图3为HAP、Zn/HAP、ZnSr/HAP和ZnSrF/HAP陶瓷块体样品的XRD图谱；图4为HAP、Zn/HAP、ZnSr/HAP和ZnSrF/HAP陶瓷块体样品的SEM图像，其中(a)为HAP、(b)为Zn/HAP、(c)为ZnSr/HAP、(d)为ZnSrF/HAP；图5为HAP、Zn/HAP、ZnSr/HAP和ZnSrF/HAP陶瓷块体样品表面的接触角图像，其中(I)为HAP、(II)为Zn/HAP、(III)为ZnSr/HAP、(IV)为ZnSrF/HAP；图6为Ca9.989Zn0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料，其特征在于，所述仿生三元

【技术特征摘要】
1.一种仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料，其特征在于，所述仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料的化学式为Ca10-a-bZnaSrb(PO4)6(OH)2-cFc，其中，0.004≤a≤0.006、0.005≤b≤0.007和0.04≤c≤0.08。2.根据权利要求1所述的仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料，其特征在于，a=0.005，b=0.006和c=0.06。3.一种如权利要求1或2所述的仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料的制备方法，其特征在于，包括：按照Ca10-a-bZnaSrb(PO4)6(OH)2-cFc称取锶源、锌源、氟源、钙源、磷源并与水混合，然后在0～250℃下水热反应10～76小时，再经抽滤、烘干后得到所述仿生三元离子掺杂羟基磷灰石生物陶瓷粉体材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钙源为氢氧化钙、氧化钙、磷酸钙、磷酸一氢钙、磷酸二氢钙中的至少一种；所述磷源为磷酸、磷酸钙、磷酸一氢钙、磷酸二氢钙中的至少一种；所述锶源为氧化锶、氢氧化锶、氟化锶中的至少一种；所述锌源为氧化锌、磷酸二氢锌、氟化锌中的至少一种；所述氟源为氟化钙、氟化锶、氟化锌中的至少一种。5.根据权利要求3或4...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝迎春，肖胜杰，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31