纳米羟基磷灰石的制备及其在医学领域的应用

纳米羟基磷灰石的制备及其在医学领域的应用

漳州师范学院

化学与环境科学系

08科学教育

摘要：

生物陶瓷纳米羟基磷灰石在自然界中以自然骨、牙中的无机矿物成分为主要形式。人工合成的纳米羟基磷灰石材料具有与自然矿物相似的结构、形态、成分，表现出良好的生物相容性和生物活性，广泛应用于医学领域。本文综合论述了纳米羟基磷灰石在物理化学方面的应用并对其在医学领域的应用进行了详细的论述和展望。

关键词：纳米羟基磷灰石、医学领域、合成方法及应用

Abstract：

Biological nanometer hydroxyapatite ceramics in nature to natural bone and tooth the inorganic mineral composition as the main form. Synthetic nano hydroxyapatite orbital implant material has and natural mineral similar structure、shape、composition、show good biocompatibility and biological activity，widely used in medical field. The paper discusses the nano hydroxyapatite in physical chemistry and its application in medical field of applied discussed in detail and prospected.

Keywords: nano hydroxyapatite，medical field，synthesis method and application

1.n-HA简介

羟基磷灰石的化学式为Ca10 ( PO4) 6 (OH)2，简称HA，属六方晶系，晶格参数为a = b = 0 .9421nm、c = 0 . 6882nm。密度为3.16g/cm3，性脆，折射率是1.64～1.65。微溶于纯水，呈弱碱性(pH = 7～9)，易溶于酸而难溶于碱。HA是强离子交换剂，分子中Ca2 +易被Cd2 +、Hg2 +等有害金属离子和Sr2 +、Ba2 +、Pd2 +等重金属置换，还可与含羧基(COOH)的氨基酸、蛋白质、有机酸等交换反应。按照分子式计算HA的理论Ca/P 值为1.67[1]。羟基磷灰石晶体为六方晶系，属L6PC对称型和P63/m空间群，其结构为六角柱体，与C轴垂直的面是一个六边形，a、b轴夹角120°，晶胞参数a0=0.943~938 nm，c0=0.688~0.686 nm，单位晶胞含有10个Ca2+、6个PO43-和2个OH-。其中OH-位于晶胞的4个角上，10个Ca2+分别占据2种位置，4个Ca2+占据CaⅠ位置，即z=0和z=1/2位置各2个，该位置处于6个O组成的Ca-O八面体的中心。6个Ca2+处于CaⅡ位置，即z=1/4和z=3/4位置各有3个，位置处于3个O组成的三配位体中心。6个

PO43-四配位体分别位于

z=1/4和z=3/4的平面

上，这些PO43-四面体的

网络使得羟基磷灰石结

构具有较好的稳定性，

如图1[2]。

羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）是动物和人体骨骼的要无机矿物成分，具有良好的生物活性和生物相容性。当羟基磷灰石的尺寸达到纳米级时将现出一系列的独特性能，如具有较高的降解和可吸收性。研究表明：超细羟基磷灰石颗粒对多种癌细胞的生长具有抑制作用，而对正常细胞无影响。因此纳米羟基磷灰石的制备方法及应用研究已成为生物医学领域中一个非常重要的课题，引起国内外学者的广泛关注[4]。2.纳米羟基磷灰石的合成

2.1合成方法简介：

纳米羟基磷灰石的制备方法纳米羟基磷灰石的制备方法有许多种，通常可分为湿法和干法。湿法包括沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、超声波合成法及微乳液法等。干法为固态反应法等[2 ]。

2.2 纳米HA的制备[3]

2.2 .1 实验药品

磷酸:北京化工厂;氢氧化钙:上海凌峰化学试剂有限公司;溴化钾、乙醇:北京化工厂。以上均为分析纯。

2.2.2 实验仪器

数显电动搅拌机: D SX290 型，杭州仪表电机有限公司;恒流泵:

Sxl23278 型，金坛市金城国胜实验仪器厂;

透射电子显微镜: HITACHI2800型，日本日立公司生产;

X 射线衍射仪: D/ ma x .2500 . PC 型，日本Ri ga k u公司生产;

红外光谱仪: Pre sti ge221型，美国尼高丽公司;

冷冻干燥机: D55053 型，美国西蒙公司。

2.2.3 n-HA 制备

称取一定量的Ca(OH)2加入到500mL蒸馏水中，用搅拌器强烈搅拌使之混合均匀直至Ca(OH)2在蒸馏水中不团聚，而呈更细小颗粒分布，形成0 . 25 mol/ L 石灰水悬浮液。设定反应体系n( Ca )∶n ( P) > 1 .

67 的情况下，用恒流泵将200 mL C( H

3PO

4

)= 0.3 mol/L的磷酸水溶液

以1mL / min的速度滴入高速搅拌的C Ca ( O H )2= 0.25mol/L的500mL氢氧化钙/水悬浊液中，整个反应体系恒温在50～55℃。反应中控制加料速度

以维持一定的 pH 值，待全部滴加完毕后再恒温搅拌10h ，然后将反应液的温度降至室温陈化 12h 。将白色胶状沉淀过 滤后用去离子水洗涤3次

完全除去残留的可溶性杂质

(PO 43-和Ca 2+等)，过滤后在-50℃ 的冷冻干燥机中冻干48 h ，得到白色的 n-H A 。

反应方程式 : 10Ca(OH)2+6H 3PO 4=Ca 10 ( PO 4 ) 6 (OH) 2+18H 2O

2.3测试表征[3]

X 射线衍射(XRD)测试条件为:铜靶K α射线(λ= 0.154 nm)，管压40 kV ，管流 200 mA ，扫描速5°/ min ，测量范围为10°～60°;傅立叶变换红外光谱:采用溴化钾压片法，分辨率 4cm -1，扫描范围为400～4000cm - 1;扫描电镜电子显微镜:将n-HA 粉末喷金处理，在扫描电子显微镜进行观察并拍照。

图2为不同搅拌速

率下合成的HA 粉末的

FT-IR 谱图。3430cm -1

处的吸收峰是由氢键

缔合的OH -伸缩振动

峰，566、604和 1040

cm -1处的强吸收峰源于 PO 4 3 -基团振动引起的 ，而吸收峰的强度非常强。1630和3640cm - 1附近的吸收峰归属于HA 表面吸附的水引起的，这可能是由于纳米HA 表面容易吸收空气中的水分。值得注意的是，图2(a) (b)中 876 cm- 1处的吸收峰是 PO 42-造成的，1430 cm -1附近出现了CO 32-的吸收峰，表明CO 32-进入了 HA 晶格，取代了 HA 晶格中的PO 4 3 -基团 ，但含量很少天然骨中的无机组分HA 晶体是含有CO 32-的碳酸盐磷灰石(CHA) ，这说明实验中制得的 HA 纳米晶体与人骨的组分更为相似。有研究发现晶格中图2 不同搅拌熟虑下合成HA 的FT-IR 谱图 a=700r/min b=1000r/min c=2000r/min