鈣鎂磷酸鹽納米結構材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈣鎂磷酸鹽納米結構材料及其制備方法，具體涉及一種采用水溶性鈣鹽作為鈣源、水溶性鎂鹽作為鎂源、含磷生物分子作為磷源，通過加熱反應體系獲得所述鈣鎂磷酸鹽納米結構材料的制備方法，屬于生物材料制備領域。
【背景技術】
[0002]鈣和鎂是人體主要元素之一，是細胞生長所必需的營養(yǎng)元素，并對人體各種生命活動起著重要的調節(jié)作用，例如鎂能調節(jié)骨組織的代謝，影響骨組織中礦物的礦化和結晶過程。鈣元素主要以無定形磷酸鈣、羥基磷灰石、磷酸三鈣等礦物的形式存在于人體硬組織如骨骼和牙齒之中，而鎂元素則通常與鈣元素一起以磷酸鹽礦物的形式共同存在于骨骼之中，例如硬組織中的白磷鈣石即為一種鈣鎂磷酸鹽礦物。
[0003]鈣元素與鎂元素共同形成的鈣鎂磷酸鹽材料具有十分優(yōu)越的生物相容性和生物可降解性。與純的磷酸鈣或者磷酸鎂材料相比，鈣鎂磷酸鹽材料具有更加優(yōu)越的生物學性能。例如鎂摻雜的磷酸鈣材料與純磷酸鈣材料相比，更容易促進成骨細胞的粘附和生長。鎂摻雜的磷酸鈣骨水泥具有可控的機械性能以及降解速率。因此鈣鎂磷酸鹽材料在臨床醫(yī)學中具有良好的應用前景。
[0004]近年來，科研人員努力制備各種鈣鎂磷酸鹽陶瓷或骨水泥材料，并探索其在生物醫(yī)學領域的應用。例如 Klammert 等人(Acta B1materialia 7，3469 - 3475 (2011))按照摩爾比為 2:1:6:3 混合 CaHPO4, CaCO3, MgHPO4.3H20 及 Mg (OH) 2粉體，并在 1100°C下燒結 6小時制備出鈣鎂磷酸鹽陶瓷材料，并研宄了該材料在體內的降解行為。Lu等人(J.Mater.Sc1.:Mater.Med.22,607 - 615(2011))將氧化鎂與磷酸二氫鈣混合料直接摻入羥基磷灰石骨水泥中，制備出鈣鎂磷酸鹽骨水泥，并研宄了該骨水泥的細胞相容性、降解和骨再生性會K。
[0005]雖然目前文獻已有報道制備鈣鎂磷酸鹽的方法，但大多采用將鈣鹽、鎂鹽以及無機磷源直接混合并通過燒結等方式來獲得鈣鎂磷酸鹽陶瓷或水泥材料，很少有人直接合成鈣鎂磷酸鹽納米粉體。另外，使用無機磷酸鹽作為磷源，在反應的初期，溶液中的鈣離子、鎂離子與磷酸根離子均處于過飽和狀態(tài)，容易結晶長大，尺寸和形貌難以控制。

【發(fā)明內容】

[0006]面對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種制備穩(wěn)定的鈣鎂磷酸鹽納米結構材料的方法。本發(fā)明人經過研宄認識到含磷生物分子作為磷源具有優(yōu)勢，例如磷酸肌酸鈉鹽，在加熱條件下水解能產生磷酸根離子，與溶液中加入的鈣離子和鎂離子反應形成鈣鎂磷酸鹽納米結構材料。通過調節(jié)反應初期加入的鈣鹽與鎂鹽的摩爾比，可以獲得不同物相和不同形貌的鈣鎂磷酸鹽納米結構材料。含磷生物分子作為磷源及其水解后的產物可引入到鈣鎂磷酸鹽納米結構中，還可以改善其生物學性能。
[0007]在此，本發(fā)明提供一種鈣鎂磷酸鹽納米結構材料的制備方法，以水溶性鈣鹽作為鈣源、水溶性鎂鹽作為鎂源、含磷生物分子作為磷源，通過水熱反應獲得鈣鎂磷酸鹽納米結構材料，其中，通過調節(jié)鈣源與鎂源的摩爾比來調控鈣鎂磷酸鹽納米結構材料的物相和形貌。
[0008]本發(fā)明以含磷生物分子作為磷源，一方面利用其在加熱條件下的水解特性產生磷酸根離子，并與溶液中存在的鈣離子和鎂離子反應形成鈣鎂磷酸鹽納米結構材料，同時還可利用含磷生物分子及其水解后的產物對所產生的鈣鎂磷酸鹽納米結構進行調控并自組裝，形成多級結構。而且，還可以調節(jié)鈣源與鎂源的摩爾比來調控鈣鎂磷酸鹽納米結構材料的物相和形貌，從而可以通過同一種方法獲得具有不同物相和形貌的鈣鎂磷酸鹽納米結構材料。此外，含磷生物分子本身生物降解性能好，環(huán)境友好。本發(fā)明制得的鈣鎂磷酸鹽納米結構材料有望應用于生物醫(yī)學以及組織工程等領域。
[0009]較佳地，鈣源和鎂源的摩爾比為1:1000?1000:1，優(yōu)選為1:100?100:1，更優(yōu)選為 1:10 ?10:1。
[0010]較佳地，通過調控鈣源與鎂源的摩爾比，使所獲得的鈣鎂磷酸鹽納米結構材料的物相為羥基磷灰石/白磷鈣石復合相、白磷鈣石相、白磷鈣石/無定形復合相、無定形相、或無定形/五水合磷酸鎂復合相。
[0011]較佳地，通過調控鈣源與鎂源的摩爾比，使所獲得的鈣鎂磷酸鹽納米結構材料的形貌為納米棒/納米片組裝空心微球、納米顆粒組裝空心微球、亞微米實心微球、微米實心微球、或納米片。
[0012]較佳地，所述含磷生物分子為磷酸肌酸、和/或磷酸肌酸鹽和/或其水合物，優(yōu)選為磷酸肌酸鈉鹽和/或其水合物；所述水溶性鈣鹽為氯化鈣和/或其水合物、硝酸鈣和/或其水合物、和/或乙酸鈣和/或其水合物；所述水溶性鎂鹽為氯化鎂和/或其水合物、硝酸鎂和/或其水合物、和/或乙酸鎂和/或其水合物。
[0013]較佳地，在所述混合水溶液中，所述鈣源的摩爾濃度為0.001?5摩爾/升，優(yōu)選為0.005?0.1摩爾/升；所述鎂源的摩爾濃度為0.001?5摩爾/升，優(yōu)選為0.005?0.1摩爾/升；所述磷源的摩爾濃度為0.001?5摩爾/升，優(yōu)選為0.005?0.1摩爾/升。
[0014]較佳地，在所述混合水溶液中，鈣源和鎂源的摩爾量總和與磷源的摩爾比為1:10 ?10:1，優(yōu)選為 1:2 ?5:1。
[0015]較佳地，所述混合水溶液的pH為4?11。
[0016]較佳地，所述水熱反應的反應溫度為100?200°C，反應時間為I?48小時。
[0017]另一方面，本發(fā)明還提供由上述制備方法制備的鈣鎂磷酸鹽納米結構材料，所述鈣鎂磷酸鹽納米結構材料的物相包括羥基磷灰石/白磷鈣石復合相、白磷鈣石相、白磷鈣石/無定形復合相、無定形相、以及無定形/五水合磷酸鎂復合相；所述鈣鎂磷酸鹽納米結構材料的形貌包括納米棒/納米片組裝空心微球、納米顆粒組裝空心微球、亞微米實心微球、微米實心微球以及納米片。
[0018]本發(fā)明的制備工藝簡單、操作方便，不需要昂貴復雜的設備，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產。通過本發(fā)明所述制備方法制備的鈣鎂磷酸鹽納米結構材料作為生物醫(yī)用材料在藥物輸運、基因轉染、硬組織修復等領域具有良好的應用前景。本發(fā)明的制備方法對擴展磷酸鈣以及磷酸鎂類生物材料的種類及應用范圍具有重要的科學意義和應用價值。
【附圖說明】
[0019]圖1為不同實驗條件下制得樣品的X射線衍射(XRD)圖；
圖2為實施例1中樣品的掃描電鏡(SEM)照片和透射電鏡(TEM)照片(插入小圖)； 圖3為實施例2中樣品的掃描電鏡(SEM)照片和透射電鏡(TEM)照片(插入小圖)； 圖4為實施例3中樣品的掃描電鏡(SEM)照片和透射電鏡(TEM)照片(插入小圖)； 圖5為實施例4中樣品的掃描電鏡(SEM)照片和透射電鏡(TEM)照片(插入小圖); 圖6為實施例5中樣品的掃描電鏡(SEM)照片和透射電鏡(TEM)照片(插入小圖); 圖7為實施例6中樣品的掃描電鏡(SEM)照片和透射電鏡(TEM)照片(插入小圖); 圖8為實施例7中樣品的掃描電鏡(SEM)照片和透射電鏡(TEM)照片(插入小圖)。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖及下述【具體實施方式】進一步說明本發(fā)明，應理解，下述實施方式和/或附圖僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0021]本發(fā)明以水溶性鈣鹽作為鈣源、水溶性鎂鹽作為鎂源、含磷生物分子作為磷源，即以水溶性鈣鹽作為鈣源、水溶性鎂鹽作為鎂源、含磷生物分子作為磷源，以水為溶劑，通過加熱使含磷生物分子水解而緩慢產生磷酸根離子并與溶液中的鈣離子和鎂離子反應形成鈣鎂磷酸鹽納米結構材料。
[0022]作為鈣源，可采用常用的水溶性鈣鹽，例如氯化鈣、硝酸鈣、乙酸鈣等，應理解可采用一種水溶性鈣鹽，也可采用兩種或兩種以上的水溶性鈣鹽；此外還應理解可以采用水溶性鈣鹽水合物，例如CaCl2.2H20o
[0023]作為鎂源，可采用常用的水溶性鎂鹽，例如氯化鎂、硝酸鎂、乙酸鎂等，應理解可采用一種水溶性鎂鹽，也可采用兩種或兩種以上的水溶性鎂鹽；此