[发明专利]一步合成Fe掺杂羟基磷灰石的制备方法与应用

说明书

本发明涉及一步合成Fe掺杂羟基磷灰石及制备方法与应用，属于医用生物功能材料领域。本发明提供一种操作简便、对环境友好的Fe掺杂羟基磷灰石的制备方法，具体地，以Ca源、P源和Fe源作为微弧氧化电解液，纯钛或钛合金作为阳极，惰性电极为阴极，通过一步微弧氧化过程在阳极表面原位生成表面一种外层为易剥离的片状Fe掺杂羟基磷灰石，内层为多孔TiO₂的复合膜层。本发明采取一步微弧氧化的方法制备的复合膜层的外层Fe掺杂羟基磷灰石富含Ca、P元素，有利于诱导成骨细胞附着增殖，且Fe‑HA释放的铁离子也具有一定的抗菌作用；并且，易剥离下来的磁性Fe‑HA可作为药物载体，在外加磁场的控制下可实现靶向药物释放。

技术领域

本发明属于医用生物功能材料领域，更具体地，涉及一步合成Fe掺杂羟基磷灰石及制备方法与应用，基于简洁的微弧氧化一步法制备兼具成骨活性及抗菌性能的Fe-HA/TiO₂复合膜层以及易剥离获取的Fe-HA。

背景技术

羟基磷灰石是人体骨骼、牙齿的主要无机成分。人工合成的羟基磷灰石(HA)由于优异的生物活性和生物相容性广泛被用于骨组织工程、组织再生、牙科植入物以及药物和蛋白质载体，还被用作生物显像剂、癌症热疗剂和髋关节金属植入体物的表面涂层。然而羟基磷灰石具有机械强度低、抗菌性能差等特点，为了拓宽HA的应用范围，从仿生学原理出发，可通过在HA中掺杂Fe元素提高其综合性能。有研究表明，铁可能是提高HA强度的元素之一，美洲果狸切牙外层牙釉质中Fe元素的存在就使得其牙釉质硬度更高、更耐酸蚀；并且Fe³⁺对HA的溶解过程具有一定的抑制作用，可以有效延长其服役时间。

此外，Fe掺杂的纳米级HA具有顺磁性，利用Fe-HA作为药物载体，施加特定的外部磁场将药物运送至指定位置，不影响正常细胞的情况下实现药物精准释放，目前已广泛应用于治疗骨感染和治疗恶性肿瘤的靶向药物给药系统。Fe掺杂的羟基磷灰石在生物体内作用过程中可以释放微量铁离子，Fe³⁺、Fe²⁺可以通过Fenton反应和Haber-Weiss反应生成大量羟基自由基，这些羟基自由基会造成细胞膜脂质过氧化，蛋白质和DNA损伤，甚至细胞死亡，从而实现抗菌。铁元素也是人体必不可少的元素，在人体的代谢过程中可以被反复利用。因此，本发明合成的Fe掺杂的羟基磷灰石比单纯的羟基磷灰石在生物医药领域更具有应用前景。

目前，合成Fe掺杂的羟基磷灰石的方法主要有溶胶凝胶法、水热合成法、回流法、激光沉积法等。溶胶凝胶法虽然可以得到化学均一性较高的产物，但是受原料价格高、高温热处理时颗粒容易快速团聚分解及有机溶剂毒性等因素的制约；水热合成法操作较为简单，但是其对高温高压的仪器设备要求较高，成本较高；回流法制备Fe掺杂羟基磷灰石是将合适的 Ca源与铁掺杂剂合溶解，再和含有P源的溶液逐滴混合，通入氨水溶液维持反应pH约为10，并且反应过程涉及需要加热维持反应温度为70℃，过程繁琐且具有一定的危险性；激光沉积法可以制得优异钙磷比的羟基磷灰石，但是同样对设备要求高，工艺流程复杂，难以实现大规模量产。

公开号为CN112281199A的发明专利，是本申请课题组先前的研究成果，该研究中的超声是为了优化溶液体系(从悬浮液变为澄清溶液体系)，并且其反应机制也和本发明不同，得到的是TiO₂陶瓷膜结合力非常好的 TiO₂/HA复合膜层，主要应用于骨科植入材料；而本发明是为了利用超声微弧氧化技术实现一个Ca、P、Fe元素溶解度剧变的环境，以此在TiO₂陶瓷膜表面析出沉积Fe-HA，只是利用TiO₂陶瓷膜附近溶液的溶解度剧变，得到的Fe-HA也非常易于剥离，主要应用于药物载体领域。

发明内容