羥基磷灰石的制備及表征
一、實驗目的
1.掌握納米羥基磷灰石的制備及原理
2.了解羥基磷灰石的表征方法及生物相容性
二實驗原理
羥基磷灰石（hydrrosyapatite,HAP）分子式為Ca10(PO4)6(OH)2是自然骨無機質的主要成分 ，具有良好的生物相容性和生物活性，可以引導骨的生長，并與骨組織形成牢固的骨性結合。HAP是生物活性陶瓷的代表性材料，生物活性材料是指能夠在材料和組織界面上誘導生物或化學反應，使材料與組織之間形成較強的化學鍵，達到組織修復的目的。HAP在組成上與人體骨的相似性，使HAP與人體硬組織以及皮膚、肌肉組織等都有良好的生物相容性，植入體內不僅安全、無毒，還能引導骨生長，即新骨可以從HAP植入體與原骨結合處沿著植入的體表面或內部貫通性空隙攀附生長，材料植入體內后能與骨組織形成良好的化學鍵結合。HAP主要的生物學應用作骨組織代替材料，磷酸鈣類生物陶瓷材料在臨床應
用中遇到的最大困難之一是材料強度差，尤其是韌性低，且機械可加工性差，導致其在臨床應用中受到了極大的限制。為了改善HAP陶瓷的脆性和強度問題，一般會在其中添加ZrO2和碳纖維或是Al2O3和玻璃等物質進行增韌。納米級羥基磷灰石的制備方法很多，主要分為固相法和液相法兩大類。固相法合成在一定條件下（高溫、研磨）讓磷酸鹽與鈣鹽充分混合發生固相反應，合成HAP粉末。液相法合成是在水液中，一磷酸鹽和鈣鹽為原料，在一定條件下發生化學反應，生成溶解度較小的HAP晶粒，包括化學沉淀法。水熱合成法、溶膠-凝膠法、自然燒法、微乳液法、微波法等。
化學沉淀法因具有實驗條件要求不高、反應容易控制，適合制備納米材料等優點從而得到廣泛應用。沉淀法通常是在溶液狀態下將不同化學成分的物質混合，在混合溶液中加入適量的沉淀劑得到納米材料的前驅沉淀物，再將此沉淀物結晶進行干燥或煅燒制得相應的納米材料。金屬離子在沉淀過程是不平衡的，需要控制溶液中的沉淀劑的濃度，使沉淀過程緩慢發生，才會使溶液中的沉淀處于平衡狀態，使沉淀能均勻的出現在整個溶液中。此法制備納米HAP大多采用無機鈣鹽和磷酸鹽反應得到。常采用的鈣鹽有：CaCl2、Ca(OH)2、Ca(NO)2等，常采用的磷酸鹽有：K2HPO4、Na3PO4、（NH4)2HPO4、和H3PO4，發生酸堿中和反應反應生成HAP納米顆粒。沉淀法的影響因素主要有HP值、合成溫度、反
應原料純度、反應原料濃度、反應物的混合步驟、沉淀劑的選擇和添加速率等。采用化學沉淀法制備HAP納米顆粒，需要的設備簡單，相應的生產的經濟成本也較低，很容易實現工業上大批量的生產。但化學沉淀法制備HAP也存在問題，制備所得的納米HAP顆粒粒徑均勻性差，并且團聚現象嚴重。化學沉淀法制備HAP的主要原理是在含有可溶性鈣鹽和磷酸鹽的水溶液中，加入適量的沉淀劑，在特定條件，使溶液中兩種溶劑發生化學反應，形成不溶性的水合氧化物從溶液中析出，再進行加入脫水對得到的溶液進行離心干燥，進而得到HAP納米粉體。反應方程式如下：
10Ca(OH)2+6H3PO4 → Ca10(PO4)6(OH)2+18H2O
三實驗設備及材料
1.實驗設備：電子天平，磁力攪拌器，酸度計，恒溫水浴，離心分離機，烘箱，反應釜，超聲波清洗儀，X射線分析儀，紅外光譜測試儀，透射電子顯微鏡。
2.實驗材料：沉淀法—氨水，磷酸，氫氧化鈣，去離子水，乙二醇。
四、實驗內容與步驟
（一）羥基磷灰石的制備
首先配制氫氧化鈣Ca(OH)2懸浮液。稱取1.8gCa(OH)2粉末加入到100ml乙二醇中，用磁力攪拌器強烈攪拌，直至Ca(OH)2完全分散在乙二醇中，形成Ca(OH)2懸浮液。然后按照反應體系鈣與磷的比值為1.67的比例，利用分液漏斗，將1.47g的磷酸溶液緩慢低加到不斷攪拌的Ca(OH)2懸浮液中，至磷酸溶液滴盡，用少許水洗凈分液漏斗，并將洗液繼續滴加。利用氨水調節溶液的PH值，繼續攪拌10min，進行沉淀。將沉淀一定時間所得的沉淀物放入離心管中，進行離心處理，將離心產物用去離子水洗滌3次，除去產物中雜質離子，恒溫干燥箱（60℃）進行干燥，經研磨得到HAP的粉末。改變沉淀劑種類，滴加速率，可制備一系列HAP粉末。將HAP壓制成片，測試其強度。
（二）性能測試
羥基磷灰石的性能測試可圍繞晶體結構，比表面積、粒子尺寸、簡單生物相容性測試等方面進行。
1.晶體結構測試：采用X射線衍射研究HAP的晶體結構。
2.比表面積及孔徑測試：利用比表面積測儀測定HAP比表面積。
3.粒子尺寸測試：采用透射電鏡測試粒子尺寸。
五、實驗結果與討論
1.按上述測定內容書寫實驗報告。
2.改變原料Ca(NO3)2和（NH4)2HPO4沉淀時間，制備溫度等實驗條件，研究合成條件對HAP結構和性能的影響，并作圖加以討論。
六問題與討論
1.影響HAP尺寸，形貌和性能的影響因素都有哪些？各影響因素的作用是什么？
2.如何理解HAP的生物相容性？
3.嘗試用水熱法制備HAP，比較水熱法和共沉淀法制備的HAP形貌上有何區別？試著分析這兩種方法制備HAP的優點。
