[发明专利]一种高度取向纳米羟基磷灰石晶体阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高度取向纳米羟基磷灰石晶体阵列的制备方法，属于纳米制造领域，可用于材料表面改性、生物信息检测及疾病诊断等方面。

背景技术

同其它天然材料一样，自然骨组织的基本组成、形状、尺寸和空间位置决定了骨内在结构和性能的各向异性。自然骨是由纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite，nHA)为主的无机相与胶原为主的有机相有序组合的复合材料。在骨质中，纳米羟基磷灰石的c轴方向沿胶原纤维的延伸方向择优排列，这种有序结构保证最大限度的力学性能。正常骨比脱钙骨拥有更高抗压强度的根本原因在于纳米羟基磷灰石粒子的各向异性可促进骨受力时的能量耗散。因此从结构仿生的角度制备高度取向纳米羟基磷灰石晶体阵列将为揭示体内骨组织矿化过程提供基础科学信息。

关于纳米羟基磷灰石结晶已有广泛研究，但由于羟基磷灰石晶体结构的复杂性，如何控制纳米羟基磷灰石晶体取向生长仍是当前一大难题。近年来取向磷灰石晶体研究多见于牙釉质晶体和金属表面活性涂层的设计和制备，其生长条件为在牙釉蛋白与氟的调控下，在铁、钛、云母、硅钢片基体上合成呈六方柱体成簇生长的磷灰石晶体。在制备方法的选择上，国内厦门大学林昌健等人申请的专利《纳米有序羟基磷灰石涂层的电化学制备方法》报道了采用电化学方法制备了纳米有序羟基磷灰石涂层，但电化学方法对基体材料有一定的要求(基体须导电)，在纳米磷灰石规整度以及大规模生产方面还有待进一步考证。无机材料表面制备纳米磷灰石晶体阵列大都选择水热法或溶胶-凝胶法，这种制备方法需要经受高温等苛刻条件，且稳定性不够。在生长调控的选择上，部分学者利用蛋白调控或高磁场调控，蛋白的选择存在成本高、免疫原性的缺点，而附加高磁场成本较高，且对纳米磷灰石形貌控制效果不佳。本专利不借助细胞和蛋白的作用，仅通过化学方法在普通玻璃基体上成功诱导生长出取向纳米羟基磷灰石晶体阵列，获得了结构规整、高表面活性、高生物适应性材料。本发明相关的制备方法未见国内外专利申请和授权。更重要的是，采用这种方法制备的纳米磷灰石阵列(002)端面能与化学分子或生物分子产生特异性的牢固结合，使这种阵列薄膜更具有广泛的实用意义，可以用于生物信号检测和疾病诊断方面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在温和条件下，通过化学方法在基体表面构筑与自然骨结构相似的高度取向的纳米羟基磷灰石晶体阵列。

本发明所述的高度取向纳米羟基磷灰石晶体阵列制备方法如下：

(1)将经过清洗干净的基底材料浸入到热碱溶液中，热碱溶液处理一定时间后，取出基底材料并用去离子水清洗，烘干；

(2)将烘干的基底材料浸入到钙盐溶液中，反应一定时间后取出，不经清洗直接烘干；

(3)将再次烘干的基底材料垂直浸入到磷酸盐溶液中，在一定pH下，一定温度下保温一定时间，将基底材料取出用去离子水清洗，烘干，得到高度取向的纳米羟基磷灰石晶体阵列。

步骤(1)中所述的基底材料为普通玻璃、石英玻璃、钢化玻璃、光学玻璃、导电玻璃其中的一种；碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，浓度为1.0～15.0mol/L，优选浓度为4mol/L，加热温度为45～100℃，优选温度为60℃，热碱处理时间为6～24h。

步骤(2)中所述的钙盐溶液为钙盐化合物的水溶液，所述的钙盐化合物为氢氧化钙、氯化钙、硝酸钙、氟化钙及乙酸钙中的一种，浓度为0.2～6.0mol/L，优选浓度为1.0mol/L，反应温度为30～90℃，优选温度为60℃，反应时间为1～12h。

步骤(3)所述的磷酸盐溶液为碱金属或氨的磷酸盐类化合物的水溶液，浓度范围为0.005～0.1mol/L，优选浓度为0.02mol/L，所述的pH值利用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水及尿素中的一种调节，pH值范围为8～12，优选pH值为10，所述的反应温度范围30～95℃，优选温度为90℃，保温时间1～24h。

经过以上工艺步骤，玻璃基体表面的纳米羟基磷灰石为短棒状、针状、片状阵列，垂直于基体表面，沿c轴方向择优排列。