羟基磷灰石的制备及表征
一、实验目的
1.掌握纳米羟基磷灰石的制备及原理
2.了解羟基磷灰石的表征方法及生物相容性
二实验原理
羟基磷灰石（hydrrosyapatite,HAP）分子式为Ca10(PO4)6(OH)2是自然骨无机质的主要成分 ，具有良好的生物相容性和生物活性，可以引导骨的生长，并与骨组织形成牢固的骨性结合。HAP是生物活性陶瓷的代表性材料，生物活性材料是指能够在材料和组织界面上诱导生物或化学反应，使材料与组织之间形成较强的化学键，达到组织修复的目的。HAP在组成上与人体骨的相似性，使HAP与人体硬组织以及皮肤、肌肉组织等都有良好的生物相容性，植入体内不仅安全、无毒，还能引导骨生长，即新骨可以从HAP植入体与原骨结合处沿着植入的体表面或内部贯通性空隙攀附生长，材料植入体内后能与骨组织形成良好的化学键结合。HAP主要的生物学应用作骨组织代替材料，磷酸钙类生物陶瓷材料在临床应用中遇到的最大
困难之一是材料强度差，尤其是韧性低，且机械可加工性差，导致其在临床应用中受到了极大的限制。为了改善HAP陶瓷的脆性和强度问题，一般会在其中添加ZrO2和碳纤维或是Al2O3和玻璃等物质进行增韧。纳米级羟基磷灰石的制备方法很多，主要分为固相法和液相法两大类。固相法合成在一定条件下（高温、研磨）让磷酸盐与钙盐充分混合发生固相反应，合成HAP粉末。液相法合成是在水液中，一磷酸盐和钙盐为原料，在一定条件下发生化学反应，生成溶解度较小的HAP晶粒，包括化学沉淀法。水热合成法、溶胶-凝胶法、自然烧法、微乳液法、微波法等。
化学沉淀法因具有实验条件要求不高、反应容易控制，适合制备纳米材料等优点从而得到广泛应用。沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合溶液中加入适量的沉淀剂得到纳米材料的前驱沉淀物，再将此沉淀物结晶进行干燥或煅烧制得相应的纳米材料。金属离子在沉淀过程是不平衡的，需要控制溶液中的沉淀剂的浓度，使沉淀过程缓慢发生，才会使溶液中的沉淀处于平衡状态，使沉淀能均匀的出现在整个溶液中。此法制备纳米HAP大多采用无机钙盐和磷酸盐反应得到。常采用的钙盐有：CaCl2、Ca(OH)2、Ca(NO)2等，常采用的磷酸盐有：K2HPO4、Na3PO4、（NH4)2HPO4、和H3PO4，发生酸碱中和反应反应生成HAP纳米颗粒。沉淀法的影响因素主要有HP值、合成温度、反
应原料纯度、反应原料浓度、反应物的混合步骤、沉淀剂的选择和添加速率等。采用化学沉淀法制备HAP纳米颗粒，需要的设备简单，相应的生产的经济成本也较低，很容易实现工业上大批量的生产。但化学沉淀法制备HAP也存在问题，制备所得的纳米HAP颗粒粒径均匀性差，并且团聚现象严重。化学沉淀法制备HAP的主要原理是在含有可溶性钙盐和磷酸盐的水溶液中，加入适量的沉淀剂，在特定条件，使溶液中两种溶剂发生化学反应，形成不溶性的水合氧化物从溶液中析出，再进行加入脱水对得到的溶液进行离心干燥，进而得到HAP纳米粉体。反应方程式如下：
10Ca(OH)2+6H3PO4 → Ca10(PO4)6(OH)2+18H2O
三实验设备及材料
1.实验设备：电子天平，磁力搅拌器，酸度计，恒温水浴，离心分离机，烘箱，反应釜，超声波清洗仪，X射线分析仪，红外光谱测试仪，透射电子显微镜。
2.实验材料：沉淀法—氨水，磷酸，氢氧化钙，去离子水，乙二醇。
四、实验内容与步骤
（一）羟基磷灰石的制备
首先配制氢氧化钙Ca(OH)2悬浮液。称取(OH)2粉末加入到100ml乙二醇中，用磁力搅拌器强烈搅拌，直至Ca(OH)2完全分散在乙二醇中，形成Ca(OH)2悬浮液。然后按照反应体系钙与磷的比值为的比例，利用分液漏斗，将的磷酸溶液缓慢低加到不断搅拌的Ca(OH)2悬浮液中，至磷酸溶液滴尽，用少许水洗净分液漏斗，并将洗液继续滴加。利用氨水调节溶液的PH值，继续搅拌10min，进行沉淀。将沉淀一定时间所得的沉淀物放入离心管中，进行离心处理，将离心产物用去离子水洗涤3次，除去产物中杂质离子，恒温干燥箱（60℃）进行干燥，经研磨得到HAP的粉末。改变沉淀剂种类，滴加速率，可制备一系列HAP粉末。将HAP压制成片，测试其强度。
（二）性能测试
羟基磷灰石的性能测试可围绕晶体结构，比表面积、粒子尺寸、简单生物相容性测试等方面进行。
1.晶体结构测试：采用X射线衍射研究HAP的晶体结构。
2.比表面积及孔径测试：利用比表面积测仪测定HAP比表面积。
3.粒子尺寸测试：采用透射电镜测试粒子尺寸。
五、实验结果与讨论
1.按上述测定内容书写实验报告。
2.改变原料Ca(NO3)2和（NH4)2HPO4沉淀时间，制备温度等实验条件，研究合成条件对HAP结构和性能的影响，并作图加以讨论。
六问题与讨论
1.影响HAP尺寸，形貌和性能的影响因素都有哪些各影响因素的作用是什么
2.如何理解HAP的生物相容性
3.尝试用水热法制备HAP，比较水热法和共沉淀法制备的HAP形貌上有何区别试着分析这两种方法制备HAP的优点。
