鍶摻雜納米羥基磷灰石的制備

林 雪，王 晴，李云飛，周國強

（河北大學化學與環境科學學院,河北 保定 071002）

在研制適合臨床應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成分。羥基磷灰石與骨骼中礦物相的化學成分類似，具有優異的生物相容性、骨傳導性和骨誘導性而被廣泛用作整形外科和牙種植體的移植替代物[1]。羥基磷灰石的化學結構允許其摻雜一些離子以增強組織工程應用相關的物理化學及生物特性[2]。骨骼中含有包括硅（Si）、鋅（Zn）、鈰 （Ce） 和鍶 （Sr） 在內的多種微量元素，這些元素多骨細胞的代謝調控具有明顯的生物學效應。將這些元素摻雜到羥基磷灰石晶格中可以促進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定性[3]，研究表明硅摻雜羥基磷灰石可以提高成骨細胞和間充質干細胞的粘附和增殖，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胞的分化并刺激成骨細胞的活性[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節作用，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 實驗部分

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、反應釜、電熱恒溫鼓風干燥箱、高速冷凍離心機、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 用于調節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，待樣品平整后，上機檢測。

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后，進行元素檢測。

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行樣品的紅外分析。

2 結果與討論

從圖1的XRD圖看出，合成的Sr-HAP具有明顯的HA特征峰，與標準卡片PDF#09-0432的特征峰符合良好。XRD圖中沒有雜峰出現，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結果顯示，所合成的樣品為表面平滑的納米級實心棒狀納米材料，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-）的彎曲振動及1033～1093 cm-1處磷酸根（PO43-）的反對稱伸縮振動和3571 cm-1處羥基（OH-）的伸縮振動組成，說明鍶摻雜沒有改變HA的結構。

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構。SEM實驗表明，Sr-HAP是納米級的實心棒狀，XRD和FT-IR數據證明了合成的納米材料沒有其它物相的雜質，結晶度和純度較好。EDS數據證明了納米材料中存在應有的元素。