(19)中華人民共和國國家知識產權局
(12)發明專利申請
(10)申請公布號 (43)申請公布日 (21)申請號 202111614857.9
(22)申請日 2021.12.27
(71)申請人 內蒙古工業大學
地址 010051 內蒙古自治區呼和浩特市新
城區愛民街49號
(72)發明人 白玉 李多多 張辰楠 馬文
王家琪
(74)專利代理機構 北京冠榆知識產權代理事務
所(特殊普通合伙) 11666
代理人 王道川
(51)Int.Cl.
A61L 27/32(2006.01)
A61L 27/30(2006.01)
A61L 27/06(2006.01)
A61L 27/50(2006.01)
A61L 27/54(2006.01)C23C 4/134(2016.01)C23C 4/04(2006.01)B82Y 30/00(2011.01)B82Y 40/00(2011.01)B82Y 5/00(2011.01)
(54)發明名稱一種硒代羥基磷灰石涂層及其制備方法和應用(57)摘要本發明公開一種硒代羥基磷灰石涂
層及其制備方法和應用，其制備方法為：將四水硝酸鈣和/或氯化鈣溶于水后，調pH，得到混合溶液A；將磷酸氫二銨和/或磷酸二氫銨、以及亞硒酸鈉和/或亞硒酸鉀依次溶于水并調pH，得到混合溶液B；在水浴條件下，將混合溶液B逐滴加入混合溶液A 中，反應結束后繼續水浴加熱、陳化，用去離子水洗滌沉淀物至上清液為中性，得到粉體沉淀；向粉體沉淀中加入去離子水和分散劑，進行球磨，得到待噴涂懸浮液；將待噴涂懸浮液噴涂到鈦合金基體表面；該涂層可用于氟中毒患者的骨科植入材料。本發明將硒摻雜到HA中并噴涂到骨科植入材料表面，可用于改善氟中毒患者骨損傷部位的微環境，
達到骨損傷修復的目的。權利要求書2頁 說明書6頁 附圖2頁CN 114191611 A 2022.03.18
C N 114191611
A
1.一種硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
步驟A：將四水硝酸鈣和/或氯化鈣溶于水中，溶解后，用氨水調節pH，得到混合溶液A；將磷酸氫二銨和/或磷酸二氫銨、以及亞硒酸鈉和/或亞硒酸鉀依次溶于水中，溶解后攪拌混勻，用氨水調節pH，得到混合溶液B；
步驟B：在水浴條件下，將所述混合溶液B逐滴加入所述混合溶液A中，邊滴加邊攪拌，反應結束后繼續水浴加熱；水浴加熱結束后進行陳化，用去離子水洗滌沉淀物至上清液為中性，倒掉上清液，得到粉體沉淀；
步驟C：向所述粉體沉淀中加入去離子水和分散劑，并進行球磨，球磨后，得到待噴涂懸浮液；
步驟D：對鈦合金基體進行噴砂粗化處理，然后將所述待噴涂懸浮液利用懸浮液等離子噴涂技術噴涂到所述鈦合金基體表面，即制備得到硒代羥基磷灰石涂層，且所述硒代羥基
磷灰石涂層的分子式為Ca
10(PO
4
)
6?x
(SeO
3
)
x
(OH)
2
。
2.根據權利要求1所述的硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，其特征在于，步驟A中，所述混合溶液A和所述混合溶液B的pH均為9.5～10.5，所述混合溶液A中鈣離子的濃度為0.5～0.7mol/L。
3.根據權利要求2所述的硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，其特征在于，步驟A中，在所述混合溶液B中，硒與磷元素的摩爾比為(0.01～0.5):1；步驟A中，氨水的濃度為
4.8～
5.2mol/L。
4.根據權利要求3所述的硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，其特征在于，步驟A中，所述混合溶液A和所述混合溶液B的pH均為10，所述混合溶液A中鈣離子的濃度為0.6mol/L，所述混合溶液B中，硒與磷元素的摩爾比為0.5:1；步驟C中，所述待噴涂懸浮液中硒和磷元素的摩爾總量與鈣元素的摩爾比為1:1.67。
5.根據權利要求1所述的硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，其特征在于，步驟B中，水浴溫度為40～90℃，反應結束后繼續加熱2～4h，陳化時間為12～24h。
6.根據權利要求1所述的硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，其特征在于，步驟C中，所述分散劑為聚丙烯酸銨和/或焦磷酸鈉；所述分散劑的質量為所述粉體沉淀質量的0.5～5wt％；所述待噴涂懸浮液的固含量為10～30wt％。
7.根據權利要求1所述的硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，其特征在于，步驟C中，球磨機轉速為80～200r/min，球磨時間為0.5～6h，所述待噴涂懸浮液的黏度為1.3～3.2mm2/s，所述待噴涂懸浮液的表面張力為51～67mN/m。
8.根據權利要求1所述的硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，其特征在于，步驟D中，噴砂處理的方法為：先將所述鈦合金基體依次用洗滌劑和酒精超聲清洗，超聲時間各20min，再用16#金剛砂對所述鈦合金基體的表面進行噴砂處理；
噴涂功率為35～45kW，噴涂距離為40～80cm，霧化壓力為0.8～1.5bar，送液速率為30～60mL/min，所述鈦合金基體的預熱溫度150～300℃；噴槍的橫移速度700mm/s，噴槍的縱向步長為1.5mm。
9.一種硒代羥基磷灰石涂層，其特征在于，采用如權利要求1～8任一所述的硒代羥基磷灰石涂層的制備方法制備得到。
10.一種硒代羥基磷灰石涂層的應用，其特征在于，將權利要求9所述的硒代羥基磷灰
石涂層在制備用于氟中毒患者的骨科植入材料中的應用。
一種硒代羥基磷灰石涂層及其制備方法和應用
技術領域
[0001]本發明涉及硒代羥基磷灰石涂層技術領域。具體地說是一種硒代羥基磷灰石涂層及其制備方法和應用。
背景技術
[0002]羥基磷灰石[Ca
10(PO
4
)
6
(OH)
2
，HA]是人體和動物骨骼、牙齒的主要無機成分，具有
良好的生物活性和骨組織引導性，能與人體骨組織形成化學鍵合，因此被廣泛應用于鈦和鈦合金植入體表面涂層材料。但是，雖然HA材料本身具有優異的生物活性，但對一些代謝性疾病患者(如氟骨癥)的骨損傷修復沒有針對性，修復效果欠佳。與正常生理狀態的患者相比，氟中毒患者的病理狀態會對骨損傷修復產生不良影響，嚴重影響骨科植入材料的臨床使用效果。
[0003]等離子噴涂技術是制備涂層的常用方法之一。等離子噴涂技術制備HA涂層是利用高溫等離子火
焰將HA顆粒加熱熔融，熔化的顆粒高速撞擊金屬基體表面急速冷卻沉積形成表面涂層的工藝。常規等離子噴涂由于喂料為納米顆粒，要先將粉末制成流動性好的顆粒才能進行噴涂，粉料輸送困難。
[0004]硒是維持人體健康所必須的微量元素之一。硒的攝取可以積極調節器官功能，減少炎癥，調節骨組織代謝，還可通過提高細胞膜的完整性和免疫功能來實現對氟的拮抗能力。機體給予適量的硒，可促使過量的氟從體內排出，減少氟在機體內的蓄積量，表明補硒可拮抗體內高氟。但若直接口服補硒，不但口服有機硒價格昂貴，而且靶向性不強。因此基于適量硒對氟的拮抗作用以及氟中毒患者骨損傷部位骨微環境的改變，發展硒摻雜改性的HA材料，有望提高病理狀態下骨科植入材料的臨床使用效果。目前關于硒元素摻雜改性HA 材料的研究已有相關報道，但主要集中在粉體制備，應用主要集中在抗腫瘤和抗菌方面。雖然理論上硒摻雜HA材料可以改善氟中毒患者骨損傷部位的微環境，但對于如何將硒摻雜用于改性HA材料才能適用于氟中毒骨患者的骨修復以及如何使用硒改性HA材料才能使硒充分發揮其對氟的拮抗作用仍舊是亟待解決的問題。
發明內容
[0005]為此，本發明所要解決的技術問題在于提供一種硒代羥基磷灰石涂層及其制備方法，該法可將硒摻雜到HA材料中并將其噴涂到骨科植入材料的表面，通過涂層來改善氟中毒疾病患者骨損傷部位的骨微環境，從而達到骨損傷修復的目的；可將這種硒代羥基磷灰石涂層用于修復氟中毒疾病患者的骨損傷。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：
[0007]一種硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，包括如下步驟：
[0008]步驟A：將四水硝酸鈣和/或氯化鈣溶于水中，溶解后，用氨水調節pH，得到混合溶液A；將磷酸氫二銨和/或磷酸二氫銨、以及亞硒酸鈉和/或亞硒酸鉀依次溶于水中，溶解后攪拌混勻，用氨水調節pH，得到混合溶液B；
[0009]步驟B：在水浴條件下，將所述混合溶液B逐滴加入所述混合溶液A中，邊滴加邊攪拌，反應結束后繼續水浴加熱；水浴加熱結束后進行陳化，用去離子水洗滌沉淀物至上清液為中性，倒掉上清液，得到粉體沉淀；將混合溶液B逐滴加入所述混合溶液A中的原因是：逐滴加入有利于小粒徑沉淀粉體的生成，且生成的粉體都在納米尺度范圍內，這種納米尺寸下的粉體有利于使得通過懸浮液等離子噴涂技術制備的涂層為納米結構涂層；如果反過來滴加，即將混合溶液A滴加到混合溶液B中，則容易生成亞硒酸鈣沉淀和磷酸鈣沉淀；[0010]步驟C：向所述粉體沉淀中加入去離子水和分散劑，并進行球磨，球磨后，得到待噴涂懸浮液；球磨的目的是使待噴涂懸浮液中的粉體粒徑進一步減小，這對增加待噴涂懸浮液的均勻性和穩定性十分有利；
[0011]步驟D：對鈦合金基體進行噴砂粗化處理，然后將所述待噴涂懸浮液利用懸浮液等離子噴涂技術噴涂到所述鈦合金基體表面，即制備得到硒代羥基磷灰石涂層，且所述硒代
羥基磷灰石涂層的分子式為Ca
10(PO
4
)
6?x
(SeO
3
)
x
(OH)
2
。
[0012]上述硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，步驟A中，所述混合溶液A和所述混合溶液B 的pH均為9.5～10.5，所述混合溶液A中鈣離子的濃度為0.5～0.7mol/L。本發明制備的硒代
羥基磷灰石分子式為Ca
10(PO
4
)
6?x
(SeO
3
)
x
(OH)
2
，含有OH?，因此，羥基磷灰石粉體的合成需要
控制反應環境在弱堿性條件下以保證生成的沉淀的穩定性，但如果pH過高，容易大量生成Ca(OH)
2
沉淀，不利于目標產物的生成，而當pH為10時最有利于目標產物的生成。
[0013]上述硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，步驟A中，在所述混合溶液B中，硒與磷元素的摩爾比為(0.01～0.5):1；步驟A中，氨水的濃度為4.8～5.2mol/L。選擇上述比例的原因是：如果硒元素過少，則制備得到的涂層上硒的摻雜太少，對氟骨癥患者的骨損傷修復效果不明顯；若硒元素的添加量高于這個上限，一方面會導致亞硒酸根不能全部摻入到羥基磷灰石當中，而會有亞硒酸鈣的生成；另一方面，硒摻雜量的選擇也是基于人體內微量元素硒的含量設計的，含硒量太多的話，對人體有害。
[0014]上述硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，步驟A中，所述混合溶液A和所述混合溶液B 的pH均為10，所述混合溶液A中鈣離子的濃度為0.6mol/L；所述混合溶液B中，硒與磷元素的摩爾比為0.5:1；步驟C中，所述待噴涂懸浮液中硒和磷元素的摩爾總量與鈣元素的摩爾比為1:1.67。
[0015]上述硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，步驟B中，水浴溫度為40～90℃，反應結束后繼續加熱2～4h，陳化時間為12～24h。在試驗中發現，當水浴溫度低于40℃或高于90℃，亞硒酸根離子不能很好的取代磷酸根離子，無法實現摻雜，導致不能生成目標產物。反應結束后繼續加熱是為了使反應進行的更完全，但如果繼續加熱時間過長，則有可能導致納米粉體的團聚，不利于待噴涂懸浮液的制備及噴涂。
[0016]上述硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，步驟C中，所述分散劑為聚丙烯酸銨和/或焦磷酸鈉；所述分散劑的質量為所述粉體沉淀質量的0.5～5wt％；所述待噴涂懸浮液的固含量為10～30wt％。分散劑添加量過多，一方面會降低粉體的分散效果，使懸浮液的粘度增大，不利于等離子噴涂時的送液；若分散劑添加量過少，則起不到分散劑的作用。
[0017]上述硒代羥基磷灰石涂層的制備方法，步驟C中，球磨機轉速為80～200r/min，球磨時間為0.5～6h，所述待噴涂懸浮液的黏度為1.3～3.2mm2/s，所述待噴涂懸浮液的表面張力為51～67mN/m。球磨可以降低粉體的中位粒徑，有利于噴涂懸浮液的均一和穩定。對于
