(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202111614857.9
(22)申请日 2021.12.27
(71)申请人 内蒙古工业大学
地址 010051 内蒙古自治区呼和浩特市新
城区爱民街49号
(72)发明人 白玉 李多多 张辰楠 马文
王家琪
(74)专利代理机构 北京冠榆知识产权代理事务
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)发明名称一种硒代羟基磷灰石涂层及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开一种硒代羟基磷灰石涂
层及其制备方法和应用，其制备方法为：将四水硝酸钙和/或氯化钙溶于水后，调pH，得到混合溶液A；将磷酸氢二铵和/或磷酸二氢铵、以及亚硒酸钠和/或亚硒酸钾依次溶于水并调pH，得到混合溶液B；在水浴条件下，将混合溶液B逐滴加入混合溶液A 中，反应结束后继续水浴加热、陈化，用去离子水洗涤沉淀物至上清液为中性，得到粉体沉淀；向粉体沉淀中加入去离子水和分散剂，进行球磨，得到待喷涂悬浮液；将待喷涂悬浮液喷涂到钛合金基体表面；该涂层可用于氟中毒患者的骨科植入材料。本发明将硒掺杂到HA中并喷涂到骨科植入材料表面，可用于改善氟中毒患者骨损伤部位的微环境，
达到骨损伤修复的目的。权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 114191611 A 2022.03.18
C N 114191611
A
1.一种硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：将四水硝酸钙和/或氯化钙溶于水中，溶解后，用氨水调节pH，得到混合溶液A；将磷酸氢二铵和/或磷酸二氢铵、以及亚硒酸钠和/或亚硒酸钾依次溶于水中，溶解后搅拌混匀，用氨水调节pH，得到混合溶液B；
步骤B：在水浴条件下，将所述混合溶液B逐滴加入所述混合溶液A中，边滴加边搅拌，反应结束后继续水浴加热；水浴加热结束后进行陈化，用去离子水洗涤沉淀物至上清液为中性，倒掉上清液，得到粉体沉淀；
步骤C：向所述粉体沉淀中加入去离子水和分散剂，并进行球磨，球磨后，得到待喷涂悬浮液；
步骤D：对钛合金基体进行喷砂粗化处理，然后将所述待喷涂悬浮液利用悬浮液等离子喷涂技术喷涂到所述钛合金基体表面，即制备得到硒代羟基磷灰石涂层，且所述硒代羟基
磷灰石涂层的分子式为Ca
10(PO
4
)
6‑x
(SeO
3
)
x
(OH)
2
。
2.根据权利要求1所述的硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述混合溶液A和所述混合溶液B的pH均为9.5～10.5，所述混合溶液A中钙离子的浓度为0.5～0.7mol/L。
3.根据权利要求2所述的硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于，步骤A中，在所述混合溶液B中，硒与磷元素的摩尔比为(0.01～0.5):1；步骤A中，氨水的浓度为
4.8～
5.2mol/L。
4.根据权利要求3所述的硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述混合溶液A和所述混合溶液B的pH均为10，所述混合溶液A中钙离子的浓度为0.6mol/L，所述混合溶液B中，硒与磷元素的摩尔比为0.5:1；步骤C中，所述待喷涂悬浮液中硒和磷元素的摩尔总量与钙元素的摩尔比为1:1.67。
5.根据权利要求1所述的硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于，步骤B中，水浴温度为40～90℃，反应结束后继续加热2～4h，陈化时间为12～24h。
6.根据权利要求1所述的硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于，步骤C中，所述分散剂为聚丙烯酸铵和/或焦磷酸钠；所述分散剂的质量为所述粉体沉淀质量的0.5～5wt％；所述待喷涂悬浮液的固含量为10～30wt％。
7.根据权利要求1所述的硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于，步骤C中，球磨机转速为80～200r/min，球磨时间为0.5～6h，所述待喷涂悬浮液的黏度为1.3～3.2mm2/s，所述待喷涂悬浮液的表面张力为51～67mN/m。
8.根据权利要求1所述的硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，其特征在于，步骤D中，喷砂处理的方法为：先将所述钛合金基体依次用洗涤剂和酒精超声清洗，超声时间各20min，再用16#金刚砂对所述钛合金基体的表面进行喷砂处理；
喷涂功率为35～45kW，喷涂距离为40～80cm，雾化压力为0.8～1.5bar，送液速率为30～60mL/min，所述钛合金基体的预热温度150～300℃；喷枪的横移速度700mm/s，喷枪的纵向步长为1.5mm。
9.一种硒代羟基磷灰石涂层，其特征在于，采用如权利要求1～8任一所述的硒代羟基磷灰石涂层的制备方法制备得到。
10.一种硒代羟基磷灰石涂层的应用，其特征在于，将权利要求9所述的硒代羟基磷灰
石涂层在制备用于氟中毒患者的骨科植入材料中的应用。
一种硒代羟基磷灰石涂层及其制备方法和应用
技术领域
[0001]本发明涉及硒代羟基磷灰石涂层技术领域。具体地说是一种硒代羟基磷灰石涂层及其制备方法和应用。
背景技术
[0002]羟基磷灰石[Ca
10(PO
4
)
6
(OH)
2
，HA]是人体和动物骨骼、牙齿的主要无机成分，具有
良好的生物活性和骨组织引导性，能与人体骨组织形成化学键合，因此被广泛应用于钛和钛合金植入体表面涂层材料。但是，虽然HA材料本身具有优异的生物活性，但对一些代谢性疾病患者(如氟骨症)的骨损伤修复没有针对性，修复效果欠佳。与正常生理状态的患者相比，氟中毒患者的病理状态会对骨损伤修复产生不良影响，严重影响骨科植入材料的临床使用效果。
[0003]等离子喷涂技术是制备涂层的常用方法之一。等离子喷涂技术制备HA涂层是利用高温等离子火
焰将HA颗粒加热熔融，熔化的颗粒高速撞击金属基体表面急速冷却沉积形成表面涂层的工艺。常规等离子喷涂由于喂料为纳米颗粒，要先将粉末制成流动性好的颗粒才能进行喷涂，粉料输送困难。
[0004]硒是维持人体健康所必须的微量元素之一。硒的摄取可以积极调节器官功能，减少炎症，调节骨组织代谢，还可通过提高细胞膜的完整性和免疫功能来实现对氟的拮抗能力。机体给予适量的硒，可促使过量的氟从体内排出，减少氟在机体内的蓄积量，表明补硒可拮抗体内高氟。但若直接口服补硒，不但口服有机硒价格昂贵，而且靶向性不强。因此基于适量硒对氟的拮抗作用以及氟中毒患者骨损伤部位骨微环境的改变，发展硒掺杂改性的HA材料，有望提高病理状态下骨科植入材料的临床使用效果。目前关于硒元素掺杂改性HA 材料的研究已有相关报道，但主要集中在粉体制备，应用主要集中在抗肿瘤和抗菌方面。虽然理论上硒掺杂HA材料可以改善氟中毒患者骨损伤部位的微环境，但对于如何将硒掺杂用于改性HA材料才能适用于氟中毒骨患者的骨修复以及如何使用硒改性HA材料才能使硒充分发挥其对氟的拮抗作用仍旧是亟待解决的问题。
发明内容
[0005]为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种硒代羟基磷灰石涂层及其制备方法，该法可将硒掺杂到HA材料中并将其喷涂到骨科植入材料的表面，通过涂层来改善氟中毒疾病患者骨损伤部位的骨微环境，从而达到骨损伤修复的目的；可将这种硒代羟基磷灰石涂层用于修复氟中毒疾病患者的骨损伤。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
[0007]一种硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤A：将四水硝酸钙和/或氯化钙溶于水中，溶解后，用氨水调节pH，得到混合溶液A；将磷酸氢二铵和/或磷酸二氢铵、以及亚硒酸钠和/或亚硒酸钾依次溶于水中，溶解后搅拌混匀，用氨水调节pH，得到混合溶液B；
[0009]步骤B：在水浴条件下，将所述混合溶液B逐滴加入所述混合溶液A中，边滴加边搅拌，反应结束后继续水浴加热；水浴加热结束后进行陈化，用去离子水洗涤沉淀物至上清液为中性，倒掉上清液，得到粉体沉淀；将混合溶液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径沉淀粉体的生成，且生成的粉体都在纳米尺度范围内，这种纳米尺寸下的粉体有利于使得通过悬浮液等离子喷涂技术制备的涂层为纳米结构涂层；如果反过来滴加，即将混合溶液A滴加到混合溶液B中，则容易生成亚硒酸钙沉淀和磷酸钙沉淀；[0010]步骤C：向所述粉体沉淀中加入去离子水和分散剂，并进行球磨，球磨后，得到待喷涂悬浮液；球磨的目的是使待喷涂悬浮液中的粉体粒径进一步减小，这对增加待喷涂悬浮液的均匀性和稳定性十分有利；
[0011]步骤D：对钛合金基体进行喷砂粗化处理，然后将所述待喷涂悬浮液利用悬浮液等离子喷涂技术喷涂到所述钛合金基体表面，即制备得到硒代羟基磷灰石涂层，且所述硒代
羟基磷灰石涂层的分子式为Ca
10(PO
4
)
6‑x
(SeO
3
)
x
(OH)
2
。
[0012]上述硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，步骤A中，所述混合溶液A和所述混合溶液B 的pH均为9.5～10.5，所述混合溶液A中钙离子的浓度为0.5～0.7mol/L。本发明制备的硒代
羟基磷灰石分子式为Ca
10(PO
4
)
6‑x
(SeO
3
)
x
(OH)
2
，含有OH‑，因此，羟基磷灰石粉体的合成需要
控制反应环境在弱碱性条件下以保证生成的沉淀的稳定性，但如果pH过高，容易大量生成Ca(OH)
2
沉淀，不利于目标产物的生成，而当pH为10时最有利于目标产物的生成。
[0013]上述硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，步骤A中，在所述混合溶液B中，硒与磷元素的摩尔比为(0.01～0.5):1；步骤A中，氨水的浓度为4.8～5.2mol/L。选择上述比例的原因是：如果硒元素过少，则制备得到的涂层上硒的掺杂太少，对氟骨症患者的骨损伤修复效果不明显；若硒元素的添加量高于这个上限，一方面会导致亚硒酸根不能全部掺入到羟基磷灰石当中，而会有亚硒酸钙的生成；另一方面，硒掺杂量的选择也是基于人体内微量元素硒的含量设计的，含硒量太多的话，对人体有害。
[0014]上述硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，步骤A中，所述混合溶液A和所述混合溶液B 的pH均为10，所述混合溶液A中钙离子的浓度为0.6mol/L；所述混合溶液B中，硒与磷元素的摩尔比为0.5:1；步骤C中，所述待喷涂悬浮液中硒和磷元素的摩尔总量与钙元素的摩尔比为1:1.67。
[0015]上述硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，步骤B中，水浴温度为40～90℃，反应结束后继续加热2～4h，陈化时间为12～24h。在试验中发现，当水浴温度低于40℃或高于90℃，亚硒酸根离子不能很好的取代磷酸根离子，无法实现掺杂，导致不能生成目标产物。反应结束后继续加热是为了使反应进行的更完全，但如果继续加热时间过长，则有可能导致纳米粉体的团聚，不利于待喷涂悬浮液的制备及喷涂。
[0016]上述硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，步骤C中，所述分散剂为聚丙烯酸铵和/或焦磷酸钠；所述分散剂的质量为所述粉体沉淀质量的0.5～5wt％；所述待喷涂悬浮液的固含量为10～30wt％。分散剂添加量过多，一方面会降低粉体的分散效果，使悬浮液的粘度增大，不利于等离子喷涂时的送液；若分散剂添加量过少，则起不到分散剂的作用。
[0017]上述硒代羟基磷灰石涂层的制备方法，步骤C中，球磨机转速为80～200r/min，球磨时间为0.5～6h，所述待喷涂悬浮液的黏度为1.3～3.2mm2/s，所述待喷涂悬浮液的表面张力为51～67mN/m。球磨可以降低粉体的中位粒径，有利于喷涂悬浮液的均一和稳定。对于
