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纳米羟基磷灰石应用及合成方法

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纳米羟基磷灰石应用及合成方法

潘亚妮;付亚国

【摘 要】The construction and characteristics of hydroxyapatite were

introduced.The application progress of hydroxyapatite was summarized

from sclerous tissues repairing materials,drug carrier and antineoplastic

activity.The main synthetic methods,such as dry synthesis,microemulsion

method,precipitation method,sol-gel method,ultrasonic

synthesis,hydrolysis,self-combustion method,and hydrothermal

method,and research status were summarized.%介绍了羟基磷灰石的结构及特性;分别从硬组织修复材料、药物载体及抗肿瘤活性等三方面综述了纳米羟基磷灰石的应用研究进展;总结了目前纳米HA的主要合成方法,如干法合成、微乳液法、沉淀法、溶胶-凝胶法、超声波合成法、水解法、自燃烧法、水热法等及其研究现状。

【期刊名称】《广州化工》

【年(卷),期】2012(040)024

【总页数】3页(P13-15)

【关键词】纳米羟基磷灰;应用;合成方法

【作 者】潘亚妮;付亚国

【作者单位】健雄职业技术学院生物与化学工程系,江苏太仓215411;中化太仓环保有限公司,江苏太仓215433 【正文语种】中 文

【中图分类】R318.08

羟基磷灰石 (hydroxyapatite，简称HA)，又称羟磷灰石，分子式为Ca5(PO4)3(OH)，但是经常被写成Ca10(PO4)6(OH)2的形式以突出它的结构特征:晶胞是由两分子组成的。性脆，折射率为1.64～1.65，线形热膨胀系数为13.3×10－6K－1，微溶于水，密度3.16 g/cm3，呈弱碱性 (pH=7～9)，理论Ca/P值为1.67，电镜显示骨中HA呈小片状 (1.5～3.5 nm)×(5.01～10.0

nm)×(40.0～50.0 nm)。易溶于酸，难溶于碱。在空间结构上，它常以六方晶系

(Hexagonal P63/m:a=b=9.4302(5)，c=6.8911(2)，γ=120℃)的形式存在，其中钙和氢氧根离子围成的柱状体形成了一个平行c轴的螺旋六重对称性通道。在这些通道中，离子替代很容易发生，这也是为什么天然存在的磷灰石常被其他离子高度替代的原因。其分子中的Ca2+容易被Cd2+、Hg2+等有害金属离子和Sr2+、Ba2+、Pd2+等重金属离子交换，还可与含有羧基的氨基酸、蛋白质、有机酸等发生交换反应，同时，HA中的部分可被取代。HA广泛存在于动物的骨和牙齿中，也存在于人体的一些病态组织 (如唾液结石、脑结石、尿道结石、扁桃体结石、结节结石)中。存在于自然骨中的磷灰石称为骨磷灰石。骨磷灰石是一种晶体结构不完善的羟基磷灰石。同时，由于离子替代的原因，骨磷灰石中的磷灰石结合少量的碳酸根、钠、镁等离子［1］。羟基磷灰石的研究历史很长，日本学者HidekiAoki在1972年成功合成HA。

1 纳米HA的应用研究

目前，对纳米羟基磷灰石的应用研究，主要集中在以下几个方面，即硬组织修复材料、药物载体及抗肿瘤活性等。下面介绍其主要的应用研究。 1.1 硬组织修复材料

纳米HA－高分子复合材料通过对天然硬组织的模仿，解决了常规HA生物陶瓷脆性大、抗弯强度低、在生理环境下抗疲劳性不好等临床应用中遇到的问题，因此在硬组织修复领域有着广阔的应用前景。崔福斋等［2］将采用仿生沉淀法制得的纳米HA/胶原骨修复材料植入新西兰大耳白兔骨髓腔中发现，植入体的界面层可发生溶解－沉积的动态快速更新过程，巨噬细胞可在种植体表面或深入种植体内通过吞噬和胞外降解吸收种植体材料，种植体表面及内部被吸收后伴随有新骨的沉积，种植体与骨组织可形成化学键合。Itoh［3］通过动物实验研究了载有骨形态发生蛋白(rhBMP)－2的纳米 HA/胶原复合材料的性能，结果表明，载有rhBMP的HA/胶原复合材料具有较高的骨诱导性，加速骨重塑过程，将其植入承重部位，能够有效缩短骨整合时间。为了提高HA生物材料的强度和韧性，从20世纪80年代开始国内外许多学者从磷灰石分子结构及仿生学等角度出发，以人工合成的磷灰石为基础，采用离子置换法或有机、无机材料掺杂、复合等方法，改进材料的物理机械性能，以期得到力学性能与骨匹配，兼有生物活性的骨修复或骨替代HA复合材料。

1.2 药物载体

Aoki等［4］将羟基磷灰石纳米微晶用作药物载体，对其吸附和释放药物的性能进行了细致的研究。体外动物细胞培养实验证明，粒子大小为40 nm×15 nm×10

nm的纳米羟基磷灰石溶液对阿霉素的最大吸附量为0.2～1 mg;阿霉素和阿霉素－羟基磷灰石对癌细胞均有抑制作用，但阿霉素－羟基磷灰石的抑制作用明显长于阿霉素。Ijntema K等［5］采用共沉淀法将蛋白类药物BSA包裹于纳米HA晶粒中获得了具有缓释功能的药物释放体系。体外缓释实验结果表明，药物的释放速率由HA的溶解过程控制。

1.3 抗肿瘤活性 Aoki等［4］采用体外细胞培养的方法研究发现纳米羟基磷灰石对正常细胞增殖基本无影响。Aoki等［6］将纳米羟基磷灰石微晶作为抗癌药物的载体，在进行体外细胞培养的实验中发现，用作空白对照的羟基磷灰石对Ca－9癌细胞的增殖也有明显的抑制。同时还发现，羟基磷灰石对癌细胞增殖的抑制效应需要一定的时间才可以表现出来，培养液的pH值发生变化，大量纳米HA进入细胞内部，引起细胞空胞变形，导致细胞大量死亡。大量的研究表明，人体骨磷灰石的结构长约40～60 nm，宽约20 nm，主要基本单元是针状和柱状的磷灰石晶体，它们或定向和卷排列，或相互缠结，构成多种织构。不同的织构形成了骨在纳米尺寸上的功能单元，如束状结构和团聚结构适于承受高强度，而卷曲和疏状交织结构具有很好的韧性，并有利于营养物质的传递。因此近年来人们逐渐认识到许多材料细化到纳米量级性能可能发生突变，包括某些机械性能，并做了大量研究。Wang等［7］发现

HA颗粒越小，骨植入体的扭转模量、拉伸模量和拉伸强度就越高，疲劳抗力也相应提高。所以，合成纳米级HA将有利于骨植入体的力学性能，并有望提高骨缺陷填充的愈合速度。

2 HA的合成方法及研究现状

2.1 干法合成

有文献报道［8－9］，CaO与CaHPO4在乙醇中研磨生成 HA;Ca2P2O7与CaCO3在丙酮和水中研磨生成 HA。也有文献报道［10］，不需要乙醇、酮和水作溶剂，CaHPO4与CaCO3研磨60 h可生成HA粉体。由于干法合成难以达到分子尺度的混合，烧结温度较高，研磨过程耗能大，所得粒子尺寸很大程度上取决于机械设备的性能，常规的研磨法难以得到平均粒径小于100 nm的超细颗粒，故一般不用干法合成纳米HA。

2.2 微乳液法

利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相。Lim G K等［11］以CaCl2－(NH)2HPO4环己烷HP5+NP9为原料制成微乳液，可得20～40 nm的HA粉体。任卫等［12］用AOT－异辛烷－Ca(H2PO4)2·H2O水溶液体系的微乳液与AOT－异辛烷－Ca(OH)2饱和溶液体系的微乳液反应，制备出了平均颗粒尺寸107 nm的HA。

微乳液法制备纳米粉体已受到重视，所得粉体粒度分布窄，且容易控制。用该法合成纳米HA要选择合适的微乳液及彻底清除颗粒表面的油相和表面活性剂。

2.3 沉淀法

将不同的含Ca和P的化合物在水溶液中发生反应，生成HA沉淀。Ca(NO3)2·4H2O和(NH)2HPO4发生复分解反应生成 HA［13］，Ca(OH)2和

H3PO4发生酸碱中和反应生成 HA［14］。常用的钙盐有CaCl2、CaO、Ca(OC2H5)2等;常用磷酸盐还有K2HPO4、Na H2PO4、(CH3O)3PO 等。

沉淀法生成的HA颗粒尺寸分布范围宽，且颗粒分散度低。用添加剂钙型或冷冻干燥可以减小颗粒尺寸及改善颗粒分散度。江昕等［15］利用十二烷基硫酸钠作添加剂制备出粒径为80 nm的HA。Lu Hui等［16］用一般热处理得到平均粒径为40 nm的HA，而用冷冻干燥可以得到平均粒径为33 nm的HA。

2.4 溶胶－凝胶法

溶胶－凝胶法是利用金属无机盐或金属醇盐，在水或醇溶剂中发生水解或醇解反应，形成均匀的溶胶，经过干燥或脱水转化成凝胶，再经过热处理得到所需要的超细粉体、纤维或薄膜的化学方法。M.Ashok等［17］采用CaCl2·2H2O，Na2HPO4和Na2SO3·9H2O为原料，首先配制比重为1.03的 Na2SO3·9H2O的溶液，用乙酸和Na2HPO4调节其pH值至7.4，然后使该溶液在(37±1)℃的恒温箱中转化成凝胶。将1 mol/L的CaCl2·2H2O溶液覆盖于凝胶表面，使其充分陈化，然后洗涤、干燥，最后在1200℃锻烧。可以得到27 μm×2 μm的片状HA晶粒。

2.5 超声波合成法 超声波在水介质中引起气穴现象，在水中形成微泡，使其生长和破裂。这能激活化学物种的反应活性，从而有效地加速液体和固体反应物之间非均相化学反应的速度。因而可用超声波来合成HA，但是反应机理还不十分清楚。Kim等［18］采用把H3PO4和Ca(OH)2按Ca/P=1.67的比例混合，把混合物加人到蒸馏水中配成悬浮液，用铁制的集音器浸入悬浮液中传导超声波，选择合适的放射时间及温度，可以在常压下合成单相的HA，检测悬浮液的pH值，把平衡值做为反应结束的标志。超声波法合成的HA粉未非常细、粒径分布范围窄，而且这种合成方法在某些方面比其它加热的方法更为有效。

2.6 水解法

日本学者Monma于1976年提出了水解a－Ca3PO4制备HA的方法。1987年又发展了用磷酸氢钙水解并用氯化钙熟化的方法制备HA粉末。陈明源等［19］也采用磷酸氢钙，使其在最佳的pH值、温度和水解时间等条件下水解，得到HA结晶粉末，不用再进行高温锻烧。王友法等［20］选用可溶性的硝酸钙和磷酸氢二铵，在尿素用作添加剂的条件合成了含部分碳酸根的长度为50～150 μm，长径比为40～100的针状HA单晶。反应温度为82～95℃，在该温度下尿素逐渐水解，产生OH－，为沉淀HA提供必要条件。醇盐水解法可以制备HA薄片。将

Ca(NO3)2·4H2O和磷酸三甲酯(CH3O)3PO溶于乙醇或甲酰胺中，当溶剂蒸发后，加热到500～1000℃，即可得到结晶良好的HA。

2.7 自燃烧法

自燃烧法是以溶胶－凝胶法为基础，将Sol－Gel湿化学合成法和自蔓延燃烧合成法结合，利用硝酸盐与狡酸反应，在低温下即可实现原位氧化，自发燃烧快速合成产物的初级粉末，大大缩短了制备周期。更重要的是，它利用了Sol－Gel工艺各元素在分子级别混合，凝胶离子活性大，反应物在合成过程中处于高度均匀分散状态，反应时原子只需经过短程扩散或重排即可进入晶格位点，加之反应速度快，前

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羟基磷灰石的制备,实验报告

羟基磷灰石的制备,实验报告

羟基磷灰石的制备,实验报告 实验报告 实验名称：纳米羟基磷灰石的制备与表征 一、实验目的 了解纳米羟基磷灰石的制备及其性质，熟悉其表征方法，了解相关原理和操作流程。 二、实验原理 羟基磷灰石，又称羟磷灰石，是钙磷灰石（Ca5(PO4)3(OH)）的自然矿物化。 羟基磷 灰石（HAP）是脊椎动物骨骼和牙齿的主要组成，人的牙釉质中羟基磷灰石的含量在96%以上。羟基磷灰石具有优良的生物相容性，并可作为一种骨骼或牙齿的诱导因子，在口腔保健领域中对牙齿具有较好的再矿化、脱敏以及美白作用。实验证明HAP粒子与牙釉质生物相容性好，亲和性高，其矿化液能够有效形成再矿化沉积，阻止钙离子流失，解决牙釉质脱矿问题，从根本上预防龋齿病。含有HAP材料的牙膏对唾液蛋白、葡聚糖具有强吸附作用，能减少患者口腔的牙菌斑，促进牙龈炎愈合，对龋病、牙周病有较好的防治作用。以Ca(N03)2.4H2O NH4H2 PO4 为原料，采用化学沉淀法制备HA,CA/P=1.67 三、仪器与试剂 材料：Ca(N03)2 4H2O 、NH4H2 PO4 、氨水仪器：磁力搅拌机 四、实验步骤

（1）.称取6.9g 磷酸氢二铵和23.6g 硝酸钙。 （2）溶入250ml的蒸馏水中，硝酸钙用 1000ml烧杯，磷酸氢二铵溶入250ml蒸馏水，用氨水分别调节PH值10-11。 （3）将磷酸氢二铵滴加到硝酸钙溶液中 ，控制滴加速度和搅拌速度，反应过程中检测反应的PH值以便及时做出调整。 （4）溶液滴加完后，继续搅拌加热维持1h，反应结束后陈化8h，薄膜覆盖烧杯口。 （5）蒸馏水清洗至中性，40。C下干燥，研磨成粉状。 五、数据处理 表征 红外谱 图1 图1是HA标准红外光谱图。HA有两个阴离子基团， P043-四面体阴离子基团和OH-基团。图中P043-的吸收谱线571、602、963、1050和1089cm-1都出现了，OH-基团的谱线则出现在631、3570 cm-1处，证明所制备的晶体是HA晶体。 XRD 羟基磷灰石标准 PDF卡片(JCPDSNo.74-0566)的特征峰，主要衍射峰为2θ=32.175°、32.5°、33.221、26.177°、34.374°、40.1°、46.977°、49.777°、11.126、53.315° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 标准图谱PDF 2θ/degree 1(转 载于: 写 论文 网:羟基磷灰石的制备,实验报

羟基磷灰石的制备及表征

羟基磷灰石的制备及表征

羟基磷灰石的制备及表征

一、实验目的

1。掌握纳米羟基磷灰石的制备及原理

2.了解羟基磷灰石的表征方法及生物相容性

二实验原理

羟基磷灰石（hydrrosyapatite，HAP）分子式为Ca10（PO4）6（OH)2是自然骨无机质的主要成分，具有良好的生物相容性和生物活性，可以引导骨的生长，并与骨组织形成牢固的骨性结合。HAP是生物活性陶瓷的代表性材料，生物活性材料是指能够在材料和组织界面上诱导生物或化学反应，使材料与组织之间形成较强的化学键,达到组织修复的目的。HAP在组成上与人体骨的相似性,使HAP与人体硬组织以及皮肤、肌肉组织等都有良好的生物相容性，植入体内不仅安全、无毒，还能引导骨生长,即新骨可以从HAP植入体与原骨结合处沿着植入的体表面或内部贯通性空隙攀附生长,材料植入体内后能与骨组织形成良好的化学键结合。HAP主要的生物学应用作骨组织代替材料，磷酸钙类生物陶瓷材料在临床应用中遇到的最大困难之一是材料强度差,尤其是韧性低,且机械可加工性差，导致其在临床应用中受到了极大的限制。为了改善HAP陶瓷的脆性和强度问题，一般会在其中添加ZrO2和碳纤维或是Al2O3和玻璃等物质进行增韧。纳米级羟基磷灰石的制备方法很多，主要分为固相法和液相法两大类。固相法合成在一定条件下（高温、研磨)让磷酸盐与钙盐充分混合发生固相反应，合成HAP粉末。液相法合成是在水液中，一磷酸盐和钙盐为原料,在一定条件下发生化学反应，生成溶解度较小的HAP晶粒，包括化学沉淀法.水热合成法、溶胶—凝胶法、自然烧法、微乳液法、微波法等。

化学沉淀法因具有实验条件要求不高、反应容易控制,适合制备纳米材料等优点从而得到广泛应用。沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合溶液中加入适量的沉淀剂得到纳米材料的前驱沉淀物，再将此沉淀物结晶进行干燥或煅烧制得相应的纳米材料。金属离子在沉淀过程是不平衡的，需要控制溶液中的沉淀剂的浓度，使沉淀过程缓慢发生,才会使溶液中的沉淀处于平衡状态,使沉淀能均匀的出现在整个溶液中。此法制备纳米HAP大多采用无机钙盐和磷酸盐反应得到。常采用的钙盐有：CaCl2、Ca(OH）2、Ca（NO)2等，常采用的磷酸盐有：K2HPO4、Na3PO4、（NH4）2HPO4、和H3PO4，发生酸碱中和反应反应生成HAP纳米颗粒。沉淀法的影响因素主要有HP值、合成温度、反应原料纯度、反应原料浓度、反应物的混合步骤、沉淀剂的选择和添加速率等.采用化学沉淀法制备HAP纳米颗粒，需要的设备简单,相应的生产的经济成本也较低，很容易实现工业上大批量的生产。但化学沉淀法制备HAP也存在问题，制备所得的纳米HAP颗粒粒径均匀性差，并且团聚现象严重.化学沉淀法制备HAP的主要原理是在含有可溶性钙盐和磷酸盐的水溶液中，加入适量的沉淀剂,在特定条件,使溶液中两种溶剂发生化学反应，形成不溶性的水合氧化物从溶液中析出，再进行加入脱水对得到的溶液进行离心干燥，进而得到HAP纳米粉体.反应方程式如下：

(完整word版)羟基磷灰石的制备及其表征实验方案(word文档良心出品)

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实验方案

课题六

纳米羟基磷灰石的制备与表征

小组成员

段东斑、陆文心、耿明宇

1.背意义景

羟基磷灰石（Hydroxyapatite，简称HA，化学分子式:(Ca10 (PO4)6(OH)2)是人体和动物骨骼的主要无机成份。在人体骨中，HA 大约占60%，它是一种长度为20~40nm，厚1.5~3.0nm

的针状结晶，其周围规则地排列着骨胶原纤维[36]。齿骨的结构也类似于自然骨，但齿骨中HA 的含量高达97%。医学领域长期以来广泛使用的金属和有机高分子等生物医学材料，其成分和自然骨完全不同，用来作为齿骨的代材料(人工骨、人工齿)填补骨缺损材料，其生物相容性和人体适应性尚不令人满意。而羟基磷灰石具有无毒、无刺激性、无致敏性、无致突变性和致癌性，是一种生物相容性材料，可与骨发生化学作用，有很好的骨传导性。因此，近二十年来，研究接近或类似于自然骨成份的无机生物医学材料极其活跃，其中特值得重视的是与骨组织生物相容性最好的HA 活性材料的研究、临床应用。近年来，随着人们对纳米领域的认识与关注，医学界也相继开始了对纳米HA 粒子(或称超细HA 粉)的研究，HA 纳米粒子与普通的HA 相比具有不同的理化性能：如溶解度较高、表面能较大、生物活性更好、具有抑癌作用等，可以作为药物载体用于疾病的治疗，是一种生物相容性良好的治疗材料。

目前，人们已经开发出多种方法来制备纳米HA，如水解法、水热反应法、溶胶一凝胶法及最近发展的微乳液法等，其中化学沉淀法是各种水溶性的化合物经混合、反应生成不溶性的沉淀，然后将沉淀物过滤、洗涤、煅烧处理，得到符合要求的粉体。化学沉淀法因工艺简单、成本低、颗粒小等优点被广泛应用。但是目前对这种方法的研究还处于初级阶段，制备出的纳米粒子粒径不均一，分散性差且有易团聚的现象。为此，我们希望对化学沉淀法制备HA纳米粒子的条件的进行深入研究，分析各种因素对纳米HA晶型与粒径的影响，为HA的工业化生产提供依据。

羟基磷灰石

羟基磷灰石

中文名：羟基磷灰石

英文名：Hydroxyapatite

简称：HAP

分子式：Ca10(PO4)6(OH)2

分子量：1004

理化性质：熔点：1650°C，比重：3.16g/cm，溶解度：0.4ppm，Ca/P：1.67

结晶构造：六角晶系

产品规格：粉末、多孔颗粒、块状（非标定型）产品

应用领域：骨替代材料、整形和整容外科、齿科、层析纯化、补钙剂

羟基磷灰石，又称羟磷灰石，是钙磷灰石（Ca5(PO4)3(OH)）的自然矿物化。但是经常被写成（Ca10(PO4)6(OH)2）的形式以突出它是由两部分组成的：羟基与磷灰石。-OH基能被氟化物、氯化物和碳酸根离子代替，生成氟基磷灰石或氯基磷灰石。 羟基磷灰石（HAP）是脊椎动物骨骼和牙齿的主要组成，人的牙釉质中羟基磷灰石的含量在96%以上。羟基磷灰石具有优良的生物相容性，并可作为一种骨骼或牙齿的诱导因子，在口腔保健领域中对牙齿具有较好的再矿化、脱敏以及美白作用。实验证明HAP粒子与牙釉质生物相容性好，亲和性高，其矿化液能够有效形成再矿化沉积，阻止钙离子流失，解决牙釉质脱矿问题，从根本上预防龋齿病。含有HAP材料的牙膏对唾液蛋白、葡聚糖具有强吸附作用，能减少患者口腔的牙菌斑，促进牙龈炎愈合，对龋病、牙周病有较好的防治作用。

*高达50%的骨骼都是由均匀成分的无机羟基磷灰石构成。

*目前广泛应用于制造认同牙齿或骨骼成份的尖端新素材

功能效果：

*健康亮白

*去除牙菌斑

*改善牙龈问题

*防止蛀牙

*清新口气

制法：可由Ca(PO4)2和CaCO3按拟定比例在高温下反应同时注入高压水蒸气，粉末经NH4Cl水溶液洗涤后干燥而成，分多孔型和致密型两种，前者是粉料发泡后于1250℃烧结制备，后者成型后于1250℃烧结而成。

分布：广泛存在于人体和牛乳中，人体内主要分布于骨骼和牙齿中，牛乳内主要分布于酪蛋白胶粒和乳清中。