锶掺杂纳米羟基磷灰石的制备

林 雪，王 晴，李云飞，周国强

（河北大学化学与环境科学学院,河北 保定 071002）

在研制适合临床应用的人工骨移植材料的过程中，类似骨矿物成分的材料受到了研究者们广泛的关注。羟基磷灰石（Ca10(PO4)6(OH2）作为人体骨骼中最常见的磷酸钙盐，是人体骨骼和牙齿的主要无机成分。羟基磷灰石与骨骼中矿物相的化学成分类似，具有优异的生物相容性、骨传导性和骨诱导性而被广泛用作整形外科和牙种植体的移植替代物[1]。羟基磷灰石的化学结构允许其掺杂一些离子以增强组织工程应用相关的物理化学及生物特性[2]。骨骼中含有包括硅（Si）、锌（Zn）、铈 （Ce） 和锶 （Sr） 在内的多种微量元素，这些元素多骨细胞的代谢调控具有明显的生物学效应。将这些元素掺杂到羟基磷灰石晶格中可以促进植入材料的骨重建效果。

离子掺杂可改善羟基磷灰石涂层的生物活性和稳定性[3]，研究表明硅掺杂羟基磷灰石可以提高成骨细胞和间充质干细胞的粘附和增殖，硅的存在提高了羟基磷灰石的生物活性和溶解速率[4,5]。锌的掺入可以抑制破骨细胞的分化并刺激成骨细胞的活性[6]，铈掺杂羟基磷灰石具有与银相似的抗菌性能[7]。锶可以掺入羟基磷灰石晶格并在骨形成和矿化中起重要作用，锶元素对骨形成和骨吸收具有积极的调节作用，并直接影响胶原的形成[8,9]。本文采用水热法以EDTA二钠为模板合成锶掺杂纳米羟基磷灰石（Sr-HAP）。并采用XRD、SEM、EDS、FT-IR等手段表征了样品的形貌和组成。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

试剂：四水硝酸钙、乙二胺四乙酸二钠、氨水、磷酸氢二铵、硝酸锶、无水乙醇。

仪器：电子天平、反应釜、电热恒温鼓风干燥箱、高速冷冻离心机、超声清洗仪、X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、傅立叶变换红外光谱仪。

1.2 锶掺杂羟基磷灰石的制备

利用水热法以EDTA二钠为模板剂和稳定剂合成了Sr-HAP。以EDTA二钠为分散剂和模板，(NH4)2HPO4和 Ca(NO3)2(H2O)4为原料，NH3·H2O 用于调节pH，合成Sr-HAP。

1.3 材料表征

X射线衍射分析：取一定量制备的Sr-HAP粉末，均匀地铺在样品板上，用玻璃片压实，待样品平整后，上机检测。

形貌分析：取适量的Sr-HAP粉末超声分散在去离子水中，用移液器在硅片上滴液制样，真空干燥后通过扫描电子显微镜进行样品的形貌分析。

元素分析：用移液器的枪头取一定量的Sr-HAP粉末，粘到导电胶上，用吸耳球吹掉未粘牢的纳米粉末，上镜观察到合适的放大倍数后，进行元素检测。

红外光谱测试：利用溴化钾制作背景薄片，利用Sr-HAP与溴化钾制作样品薄片，通过傅立叶变换红外光谱仪进行样品的红外分析。

2 结果与讨论

从图1的XRD图看出，合成的Sr-HAP具有明显的HA特征峰，与标准卡片PDF#09-0432的特征峰符合良好。XRD图中没有杂峰出现，说明合成的纳米材料物相纯度好。

图1 锶掺杂羟基磷灰石的X射线衍射图谱分析

对纳米材料进行扫描电子显微镜（SEM） 分析，以确定Sr-HAP的表面形貌。图2的SEM结果显示，所合成的样品为表面平滑的纳米级实心棒状纳米材料，长度约为170 nm左右，直径约为50 nm左右。

图2 锶掺杂羟基磷灰石的扫描电子显微镜分析

从EDS图谱（图3） 看出，水热法合成的Sr-HAP中含有Sr、Ca、P、O元素，表明锶已成功复合到HA中，即成功制备出了锶掺杂纳米HA。

从图4的傅里叶变换红外光谱图可以看出，Sr-HAP的红外光谱由564 cm-1、604 cm-1和633 cm-1处磷酸根（PO43-）的弯曲振动及1033～1093 cm-1处磷酸根（PO43-）的反对称伸缩振动和3571 cm-1处羟基（OH-）的伸缩振动组成，说明锶掺杂没有改变HA的结构。

图3 锶掺杂羟基磷灰石的元素分析

图4 锶掺杂羟基磷灰石的红外光谱分析

3 结论

本文采用水热法以EDTA二钠成功合成了锶掺杂纳米HA，并采用XRD、SEM、EDS、FT-IR等手段表征了锶掺杂HA的形貌特征和组成结构。SEM实验表明，Sr-HAP是纳米级的实心棒状，XRD和FT-IR数据证明了合成的纳米材料没有其它物相的杂质，结晶度和纯度较好。EDS数据证明了纳米材料中存在应有的元素。