鍶摻雜納米羥基磷灰石的制備

林 雪，王 晴，李云飛，周國強(qiáng)

（河北大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,河北 保定 071002）

在研制適合臨床應(yīng)用的人工骨移植材料的過程中，類似骨礦物成分的材料受到了研究者們廣泛的關(guān)注。羥基磷灰石（Ca10(PO4)6(OH2）作為人體骨骼中最常見的磷酸鈣鹽，是人體骨骼和牙齒的主要無機(jī)成分。羥基磷灰石與骨骼中礦物相的化學(xué)成分類似，具有優(yōu)異的生物相容性、骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性而被廣泛用作整形外科和牙種植體的移植替代物[1]。羥基磷灰石的化學(xué)結(jié)構(gòu)允許其摻雜一些離子以增強(qiáng)組織工程應(yīng)用相關(guān)的物理化學(xué)及生物特性[2]。骨骼中含有包括硅（Si）、鋅（Zn）、鈰 （Ce） 和鍶 （Sr） 在內(nèi)的多種微量元素，這些元素多骨細(xì)胞的代謝調(diào)控具有明顯的生物學(xué)效應(yīng)。將這些元素?fù)诫s到羥基磷灰石晶格中可以促進(jìn)植入材料的骨重建效果。

離子摻雜可改善羥基磷灰石涂層的生物活性和穩(wěn)定性[3]，研究表明硅摻雜羥基磷灰石可以提高成骨細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞的粘附和增殖，硅的存在提高了羥基磷灰石的生物活性和溶解速率[4,5]。鋅的摻入可以抑制破骨細(xì)胞的分化并刺激成骨細(xì)胞的活性[6]，鈰摻雜羥基磷灰石具有與銀相似的抗菌性能[7]。鍶可以摻入羥基磷灰石晶格并在骨形成和礦化中起重要作用，鍶元素對骨形成和骨吸收具有積極的調(diào)節(jié)作用，并直接影響膠原的形成[8,9]。本文采用水熱法以EDTA二鈉為模板合成鍶摻雜納米羥基磷灰石（Sr-HAP）。并采用XRD、SEM、EDS、FT-IR等手段表征了樣品的形貌和組成。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

試劑：四水硝酸鈣、乙二胺四乙酸二鈉、氨水、磷酸氫二銨、硝酸鍶、無水乙醇。

儀器：電子天平、反應(yīng)釜、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、高速冷凍離心機(jī)、超聲清洗儀、X射線粉末衍射儀、掃描電子顯微鏡、能譜儀、傅立葉變換紅外光譜儀。

1.2 鍶摻雜羥基磷灰石的制備

利用水熱法以EDTA二鈉為模板劑和穩(wěn)定劑合成了Sr-HAP。以EDTA二鈉為分散劑和模板，(NH4)2HPO4和 Ca(NO3)2(H2O)4為原料，NH3·H2O 用于調(diào)節(jié)pH，合成Sr-HAP。

1.3 材料表征

X射線衍射分析：取一定量制備的Sr-HAP粉末，均勻地鋪在樣品板上，用玻璃片壓實(shí)，待樣品平整后，上機(jī)檢測。

形貌分析：取適量的Sr-HAP粉末超聲分散在去離子水中，用移液器在硅片上滴液制樣，真空干燥后通過掃描電子顯微鏡進(jìn)行樣品的形貌分析。

元素分析：用移液器的槍頭取一定量的Sr-HAP粉末，粘到導(dǎo)電膠上，用吸耳球吹掉未粘牢的納米粉末，上鏡觀察到合適的放大倍數(shù)后，進(jìn)行元素檢測。

紅外光譜測試：利用溴化鉀制作背景薄片，利用Sr-HAP與溴化鉀制作樣品薄片，通過傅立葉變換紅外光譜儀進(jìn)行樣品的紅外分析。

2 結(jié)果與討論

從圖1的XRD圖看出，合成的Sr-HAP具有明顯的HA特征峰，與標(biāo)準(zhǔn)卡片PDF#09-0432的特征峰符合良好。XRD圖中沒有雜峰出現(xiàn)，說明合成的納米材料物相純度好。

圖1 鍶摻雜羥基磷灰石的X射線衍射圖譜分析

對納米材料進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM） 分析，以確定Sr-HAP的表面形貌。圖2的SEM結(jié)果顯示，所合成的樣品為表面平滑的納米級實(shí)心棒狀納米材料，長度約為170 nm左右，直徑約為50 nm左右。

圖2 鍶摻雜羥基磷灰石的掃描電子顯微鏡分析

從EDS圖譜（圖3） 看出，水熱法合成的Sr-HAP中含有Sr、Ca、P、O元素，表明鍶已成功復(fù)合到HA中，即成功制備出了鍶摻雜納米HA。

從圖4的傅里葉變換紅外光譜圖可以看出，Sr-HAP的紅外光譜由564 cm-1、604 cm-1和633 cm-1處磷酸根（PO43-）的彎曲振動(dòng)及1033～1093 cm-1處磷酸根（PO43-）的反對稱伸縮振動(dòng)和3571 cm-1處羥基（OH-）的伸縮振動(dòng)組成，說明鍶摻雜沒有改變HA的結(jié)構(gòu)。

圖3 鍶摻雜羥基磷灰石的元素分析

圖4 鍶摻雜羥基磷灰石的紅外光譜分析

3 結(jié)論

本文采用水熱法以EDTA二鈉成功合成了鍶摻雜納米HA，并采用XRD、SEM、EDS、FT-IR等手段表征了鍶摻雜HA的形貌特征和組成結(jié)構(gòu)。SEM實(shí)驗(yàn)表明，Sr-HAP是納米級的實(shí)心棒狀，XRD和FT-IR數(shù)據(jù)證明了合成的納米材料沒有其它物相的雜質(zhì)，結(jié)晶度和純度較好。EDS數(shù)據(jù)證明了納米材料中存在應(yīng)有的元素。