[發明專利]一種納米銅、納米氧化鋅雙相沉積銅鋅共摻雜納米羥基磷灰石及其制備方法

在審

• 申請號: 202010511511.5
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111807341A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 郭超;牛藝;董寅生;儲成林;盛曉波;黃志海
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C01B25/32
• 分類號: C01B25/32;A01N59/20;A01N59/16;A01P3/00;A01P1/00;B22F1/00;B22F9/24;C23C18/40;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 鄭立發

本發明公開了一種納米銅、納米氧化鋅雙相沉積銅鋅共摻雜納米羥基磷灰石及其制備方法，先利用離子交換原理制得銅鋅共摻雜納米羥基磷灰石，然后采用化學沉積工藝在其表面依次沉積納米氧化鋅和納米銅即得到納米銅、納米氧化鋅雙相沉積銅鋅共摻雜納米羥基磷灰石。本發明在羥基磷灰石表面沉積納米銅、納米氧化鋅的同時實現了銅和鋅的共摻雜，銅能夠提高羥基磷灰石的抗菌活性和生物學性能，維護骨骼結構；鋅可以誘導成骨細胞增殖，提高羥基磷灰石的生物活性和抗菌性能。銅鋅的共摻雜對納米銅和納米氧化鋅在羥基磷灰石表面的沉積起到促進作用，多離子之間能夠產生協同抗菌效果，兩種改性方法相結合可以加強抗菌能力、延長抗菌離子的釋放時間。

技術領域

本發明涉及一種納米銅、納米氧化鋅雙相沉積銅鋅共摻雜納米羥基磷灰石及其制備方法，屬于生物醫用材料制備領域。

背景技術

羥基磷灰石是哺乳動物體內骨和牙釉質等礦化組織的主要無機成分，羥基磷灰石和摻雜CO₃^2-形成的碳酸磷灰石約占骨總質量的65％。人工合成的納米羥基磷灰石與骨骼中羥基磷灰石在元素組成、晶形和結構等方面都十分相似。大量生物學實驗表明，納米羥基磷灰石具有無毒、無刺激、不破壞生物組織等優點，特別是其優異的生物活性、生物相容性和骨傳導性，在臨床上被廣泛用作骨組織修復材料和牙釉質再礦化材料。

然而，納米羥基磷灰石抗菌性能較差，其表面易吸附蛋白質、氨基酸和其他有機質，這為細菌的生長提供了豐富的營養物質。細菌在納米羥基磷灰石表面形成生物膜，繼而生長繁殖并引發感染，在破壞植入材料結構的同時使其喪失功能。近十幾年來為解決抗菌性能問題，通過離子摻雜或表面沉積等方法，將有效成分為銀、鋅、銅等金屬離子及化合物的無機抗菌劑固定在羥基磷灰石晶格內或表面上，利用抗菌劑有效成分的緩釋作用以提高抗菌活性。但有研究發現高濃度下的納米銀具有一定的細胞毒性，植入人體后不易被吸收代謝。而銅和鋅分別是人體含量第二、第三的必需微量元素，在人體新陳代謝過程中具有重要作用，植入人體后能很好的被人體代謝。此外，鋅對于成骨細胞的增殖有特殊的直接刺激作用，銅能促進血管內皮細胞生長、維護骨骼正常組成和結構，兩者均具有一定抗菌能力，尤其銅對革蘭氏陽性菌和陰性菌均具有良好的抗菌效果。鑒于鋅和銅等金屬離子之間具有協同抗菌活性，采用銅離子代替銀離子、與鋅離子共同摻雜可以在發揮銅元素本身的強抗菌性能的同時具備協調抗菌能力，能夠降低甚至消除細胞毒性。而銅鋅共摻雜的納米羥基磷灰石，其抗菌性能也會明顯優于鋅摻雜或銅摻雜羥基磷灰石。

目前已有研究表明，對納米羥基磷灰石進行摻雜改性處理可以有效促進相同元素的納米顆粒在其表面的沉積附著。針對這一現象，可以將這兩種改性方法結合，在共摻雜銅鋅后于納米羥基磷灰石表面沉積納米銅和納米氧化鋅。此時，沉積的納米顆粒同樣可以釋放出銅和鋅離子，延續兩離子間的協同抗菌作用，增大銅和鋅離子的負載能力，使其具有更好的抗菌性能和生物活性。此外，摻雜改性受限于摻雜量，當摻雜過多時，羥基磷灰石結晶穩定性明顯降低，易生成磷酸三鈣等雜質相；沉積的納米級抗菌粒子則因比表面積較大，離子釋放速度過快，當沉積量過大時易誘發細胞毒性。

發明內容

發明目的：為了解決上述技術問題，本發明提供了一種能夠同時具備長期強效抗菌能力的納米銅、納米氧化鋅雙相沉積銅鋅雙摻雜納米羥基磷灰石生物醫用材料的制備方法。經測試表征，該材料抗菌活性長久持續且效果明顯，能有效解決納米羥基磷灰石無抗菌能力、抗菌效果受濃度限值等不足和缺陷。

技術方案：為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種納米銅、納米氧化鋅雙相沉積銅鋅共摻雜納米羥基磷灰石的制備方法，包括以下步驟：

(1)銅鋅離子共摻雜：將含有硫酸銅和硝酸鋅的磷酸溶液逐滴加入到氫氧化鈣懸濁液中進行反應，邊反應邊攪拌，反應后通過離心、球磨、陳化、洗滌、烘干、煅燒處理，制得銅鋅共摻雜納米羥基磷灰石粉末；