[發明專利]一種羥基磷灰石納米晶摻雜金屬離子的方法

有效

• 申請號: 201710943557.2
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107585751B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 徐翔星;惠俊峰;陳高宇;范代娣
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: C01B25/32
• 分類號: C01B25/32;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 毛雨田

本發明公開了一種羥基磷灰石納米晶可控摻雜金屬離子的方法。將待摻雜的羥基磷灰石納米晶和摻雜金屬離子前驅體按一定比例加入到無水有機溶劑中，在一定溫度下反應一段時間，通過摻雜金屬離子與羥基磷灰石納米晶中的鈣離子發生離子交換，并向羥基磷灰石納米晶的內部擴散，得到金屬離子摻雜的羥基磷灰石納米晶。摻雜濃度可通過溫度、各反應物濃度和反應時間進行調控。該方法能夠實現羥基磷灰石納米晶的單一金屬離子摻雜和多種金屬離子共摻雜，具有較為廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種在無水溶劑條件下后摻雜方法，屬于羥基磷灰石納米晶的離子摻雜方法領域。通過該摻雜方法可以獲得一種或多種金屬離子摻雜的羥基磷灰石納米晶，且可對摻雜濃度進行調控。

技術背景

對納米材料進行摻雜是實現對其性質和功能進行設計和優化的一種有效的常用的策略。羥基磷灰石(HAp)是一種常見的堿式磷酸鹽，它是鈣磷灰石的自然礦化物，其分子式為Ca₅(PO₄)₃(OH)，經常被寫成Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂的形式以突出它的晶體結構特征。在空間結構上，最常見的是六方晶系(P63/m空間群，晶胞常數)，這種結構中的Ca²⁺分布在由PO₄^3-的四面體組成的點陣中。羥基磷灰石微溶于水，呈弱堿性，難溶于堿而易溶于酸。羥基磷灰石是人體骨骼和牙齒的主要無機質成分，通常以納米晶的形式純在，由于其良好的生物相容性和生物活性，在人工骨、催化劑、藥物緩釋、藥物載體、生物標記等方面具有廣泛的用途。為了進一步拓展羥基磷灰石納米晶的應用范圍，可采用離子的摻雜來豐富其功能，提升其性能。例如可以通過摻雜氟離子來提升羥基磷灰石納米晶的抗酸性能；對羥基磷灰石納米晶摻雜銅離子或者銀離子可以賦予其抗菌性能；對羥基磷灰石納米晶進行硒摻雜，可以賦予其抗癌的性能等等。常見的納米晶摻雜方法有離子交換法、共成核摻雜法、擴散摻雜法等。特殊地，對羥基磷灰石納米晶進行有效可控摻雜純在仍存在不少挑戰，例如，當被摻雜金屬離子具有水解性質時，或與摻雜的金屬離子半徑相差較大時，往往難以實現高效可控的摻雜，從而導致羥基磷灰石納米晶形貌和尺寸發生變化，或有雜質相生成。為了解決這些問題，我們發明了一種羥基磷灰石納米晶后摻雜金屬離子的方法，通過將摻雜金屬離子與羥基磷灰石納米晶中的鈣離子進行離子交換，同時向羥基磷灰石納米晶的內部擴散，從而實現摻雜，并可通過溫度、時間、濃度等條件來對離子摻雜濃度進行調控。

發明內容

本發明的目的是對羥基磷灰石納米晶進行多種金屬離子的單獨或共摻雜以提高羥基磷灰石納米晶的各種性能。其方法是將摻雜金屬離子的前驅體(如油酸鹽)溶于無水溶劑中(如十八烯)，加入一定量的羥基磷灰石納米晶，將此混合物在一定反應溫度和濃度下反應一定的時間，獲得一定摻雜含量的羥基磷灰石納米晶。摻雜離子在無水且不生成水的條件下通過離子交換和擴散的形式進入羥基磷灰石納米晶，實現可控摻雜。通過離心、洗滌、干燥得到最終摻雜產物。由于本發明中所采用的摻雜方法是在羥基磷灰石納米晶已經預先合成的基礎上進行的后摻雜，所以可以在預先設計調控羥基磷灰石納米晶的形貌和尺寸，而此摻雜方法能夠有效保持羥基磷灰石納米晶形貌和尺寸在摻雜前后不發生明顯變化。本發明的方法可以對羥基磷灰石納米晶進行多種離子和較高濃度的摻雜，摻雜金屬離子可以為非Ca²⁺的任何金屬離子的一種或多種，包括但不限于Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Sr²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Ba²⁺、Eu³⁺等。