CN103466580A - 一种羟基磷灰石微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种羟基磷灰石微球的制备方法。目前,合成球形羟基磷灰石的方法主要二次造粒成型法和直接合成法,二次造粒成型法因其对设备要求较高,反应条件苛刻,能耗大而造成成本高。直接合成法所制备的粒子粒径分布较广,形貌不够规则。该方法以球形碳酸钙作为先驱模板,置于磷酸盐水溶液中,在水热法的基础上辅以微波辐射法,通过阴离子交换反应制备出羟基磷灰石微球。该方法具有反应迅速,操作过程简单,无需去除模板等特点。所得到的羟基磷灰石微球可作为药物缓释的理想载体材料,在生物医学领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于无机生物医用材料领域,具体涉及一种羟基磷灰石微球的制备方法。
背景技术
在组织工程学中,微球技术是一项重要的技术。微球可作为种子细胞和药物等的载体,也可用在组织工程支架制备中。微球载药相对于支架载药具有控释能力强、可实现多种药物顺序释放等优势(崔代超,范田园,2010)。在细胞培养方面,它能够提供三维环境,模拟了细胞在体内的生长环境有利于细胞的表型;另外,传统的纳米材料因为极易团聚,在单纯依靠物理吸附作用下载药时,载药量有限;而微米级球形无机材料具有堆积密度大,流动性好,可加工性好等特点。
羟基磷灰石是人体骨骼和牙齿中一种重要的无机组成部分,由于其具有良好的生物相容性、骨传导性、流动性和吸附性,而广泛应用于骨组织工程技术等方面。近年来,为满足不同的应用需求,研究者们制备出了球状、棒状、片状、晶须状等多种形态的羟基磷灰石材料。在这些形态中,球状羟基磷灰石具有流动性好、比表面积高、亲和性好、填充度高、最小的肿瘤诱发率等优点而受到极大的关注。目前,合成球形羟基磷灰石的方法主要二次造粒成型法和直接合成法,其中二次成型法包括等离子体熔融法、喷雾干燥法。此类方法因其对设备要求较高,反应条件苛刻,能耗大而造成成本高,不利于实际工业应用生产。直接合成法主要分为两种:一种是利用钙盐和磷酸盐作为原料,通过调成反应过程中化学计量比、pH值、离子强度、温度等参数来直接控制合成具有某种特殊形貌、特定尺寸和微结构的颗粒。通常,此种方法所制备的粒子粒径分布较广,形貌不够规则。另一种是以结构可变性大的柔性有机分子作为模板的软模板法和以具有刚性结构的物质作为模板的硬模板法,通过离子交换反应来合成制备出所需结构和形貌的颗粒。碳酸钙作为一种重要的无机材料,因其具有良好的生物相容性和形貌高度可变性,而成为制备羟基磷灰石的理想模板物质,已有相关专利文件。如中国专利(专利号97103827.9)利用天然珊瑚碳酸钙在水热条件下制备出了羟基磷灰石活性材料,而中国专利(专利申请号200310107928.1)则公开了一种利用水热法将珊瑚碳酸钙转化为多孔羟基磷灰石的制备方法。值得指出的是,二者单纯的利用水热法,反应时间均在数天以上,反应过程缓慢,不利于工业快速生产。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供了一种羟基磷灰石微球的制备方法,以球形碳酸钙作为先驱模板,置于磷酸盐水溶液中,在水热法的基础上辅以微波辐射法,通过阴离子交换反应制备出羟基磷灰石微球。
本发明具体方法包括以下步骤:
步骤(1).用碱溶液调节浓度为2.17~27.6g/L的磷酸盐水溶液,直至pH值为10;
所述的碱溶液为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液,其浓度为0.1~1mol/L。
所述的磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠或磷酸二氢钾。
步骤(2).在调节pH值后的磷酸盐水溶液中加入碳酸钙粉末,并在常温下搅拌形成悬浊液;加入的碳酸钙与磷酸盐的摩尔比为1:0.6~7.5。
所述的碳酸钙粉末的颗粒形貌为球形。
步骤(3).将所得的悬浊液置于微波炉中加热反应,微波火力为60~100W,反应时间为5~15min。
所述的微波炉为市售普通微波炉。
步骤(4).将步骤(3)加热后的溶液过滤,并用去离子水、无水乙醇交替冲洗滤饼各3次以上。
所述的过滤是将滤液用孔径为0.1~0.22μm的微孔滤膜抽滤。
步骤(5).将步骤(4)中冲洗干净的滤饼放入恒温干燥箱中干燥,然后将固体物质研磨成干粉,即得羟基磷灰石微球。
所述的干燥条件为在40~60℃下干燥24~48h。
本发明可以通过控制反应时间、微波火力、钙磷摩尔比来制备粒径分布均匀、球形度高的单一分散羟基磷灰石微球。本发明制备得到的球形羟基磷灰石平均粒径为6.0~7.0μm,颗粒表面由绒毛状纳米粒子交织在一起呈开放的微孔结构,是一种作为药物载体的理想材料。另外,通过改变反应参数,可以制备出残留有一定量碳酸钙的羟基磷灰石微球。
本发明的有益效果是:
本发明以水热法为基础,辅以微波辐射法能够大大缩短反应时间,在短短数分钟内制备出羟基磷灰石微球,从而提高了生产效率。
本发明利用碳酸钙结构、形貌、大小易控的特点,通过微波水热反应将其转化为羟基磷灰石,所得的颗粒保留了碳酸钙的形貌和大小。
碳酸钙是一类生物相容性好的无机材料,利用碳酸钙作为模板来制备羟基磷灰石无需去除模板,从而避免了模板剂对最终样品的污染等问题。相反,由于碳酸钙和磷酸钙降解速率的不同,可以实现对羟基磷灰石降解速率的控制。
本发明反应条件温和,操作过程简单,反应迅速。
附图说明
图1~4为本发明实施例中羟基磷灰石微球的场发射扫描电镜图;其中(a)为低倍扫描电镜图;(b)为高倍扫描电镜图;
图5~7为本发明实施例中羟基磷灰石微球的X-射线衍射图;
图8为本发明实施例中羟基磷灰石微球的傅里叶红外光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
(1)将0.434g磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)溶于200ml去离子水中,配成磷酸盐溶液。
(2)向上述溶液中边搅拌边缓慢滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠,直至pH值达到10。
(3)在步骤(2)的磷酸盐溶液中加入0.2g碳酸钙颗粒,并不断搅拌形成悬浊液。
(4)将所得的悬浊液放入微波炉中,调节微波火力为80W,反应时间为15min,进行微波加热反应。
(5)将反应后的溶液用孔径为0.1μm的微孔滤膜进行抽滤,得到的滤饼用去离子水、无水乙醇交替冲洗各3次,然后放入40 oC的恒温干燥箱中干燥24h后得羟基磷灰石微球。
经检测:实施例1所制备的微球主相为羟基磷灰石,粒径约为6.8μm,微球表面薄层由棒状纳米粒子组成,这些纳米粒子交织在一起呈现出致密的微孔结构(如图1),且残留的碳酸钙衍射峰较多(如图5)。以分析纯碳酸钙和分析纯羟基磷灰石作为标样制定标准曲线,利用X-射线衍射定量分析方法中的外标法分析所得颗粒中物相含量。由分析结果可知颗粒中碳酸钙的转化率为12.3﹪。
实施例2
(1)将1.808g磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)溶于200ml去离子水中,配成磷酸盐溶液。
(2)向上述溶液中边搅拌边缓慢滴加1mol/L的氢氧化钠,直至pH值达到10。
(3)在步骤(2)的磷酸盐溶液中加入0.2g碳酸钙颗粒,并不断搅拌形成悬浊液。
(4)将所得的悬浊液放入微波炉中,调节微波火力为100W,反应时间为5min,进行微波加热反应。
(5)将加热后的溶液用孔径为0.1μm的微孔滤膜进行抽滤,得到的滤饼用去离子水、无水乙醇交替冲洗各4次,然后放入40℃的恒温干燥箱中干燥48h后得羟基磷灰石微球。
经检测:实施例2所制备的微球主相为羟基磷灰石,粒径约为6.5μm,微球表面薄层由梭状纳米粒子组成,这些纳米粒子交织在一起呈现出致密的微孔结构(如图2)。对这些颗粒进行的物相分析表明:颗粒中碳酸钙的残留量仍较高(如图6),利用如实施例1中的X射线衍射外标法分析所得颗粒中碳酸钙含量可知:此条件下制备的颗粒中碳酸钙转化率为50.1﹪。
实施例3
(1)将3.616g磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)溶于200ml去离子水中,配成磷酸盐溶液。
(2)向上述溶液中边搅拌边缓慢滴加0.1mol/L的氢氧化钠,直至pH值达到10。
(3)在步骤(2)的磷酸盐溶液中加入0.2g碳酸钙颗粒,并不断搅拌形成悬浊液。
(4)将所得的悬浊液放入微波炉中,调节微波火力为60W,反应时间为15min,进行微波加热反应。
(5)将反应后的溶液用孔径为0.15μm的微孔滤膜进行抽滤,得到的滤饼用去离子水、无水乙醇交替冲洗各3次,然后放入60 oC的恒温干燥箱中干燥24h后得羟基磷灰石微球。
经检测:实施例3所制备的微球主相为羟基磷灰石,粒径约为6.0μm,微球表面由针状纳米粒子组成,这些纳米粒子交织在一起呈现出较为开放的微孔结构。利用如实施例1中的X射线衍射外标法分析所得颗粒中碳酸钙含量可知:此条件下制备的颗粒中碳酸钙转化率为71.7﹪。
实施例4
(1)将5.52g磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)溶于200ml去离子水中,配成磷酸盐溶液。
(2)向上述溶液中边搅拌边缓慢滴加1mol/L的氢氧化钠,直至pH值达到10。
(3)在步骤(2)的磷酸盐溶液中加入0.2g碳酸钙颗粒,并不断搅拌形成悬浊液。
(4)将所得的悬浊液放入微波炉中,调节微波火力为80W,反应时间为10min,进行微波加热反应。
(5)将反应后的溶液用孔径为0.2μm的微孔滤膜进行抽滤,得到的滤饼用去离子水、无水乙醇交替冲洗各3次,然后放入60 oC的恒温干燥箱中干燥48h后得羟基磷灰石微球。
经检测:实施例4所制备的微球主相为羟基磷灰石(如图3),粒径约为6.5μm,微球表面由绒毛状纳米粒子交织在一起呈现出开放的微孔结构(如图3)。对这些颗粒进行的物相分析表明:颗粒中碳酸钙的残留量较高(如图7),利用如实施例1中的X射线衍射外标法分析所得颗粒中碳酸钙含量可知:此条件下制备的颗粒中碳酸钙转化率为94.5﹪。
实施例5
(1)将5.52g磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)溶于200ml去离子水中,配成磷酸盐溶液。
(2)向上述溶液中边搅拌边缓慢滴加1mol/L的氢氧化钠,直至pH值达到10。
(3)在步骤(2)的磷酸盐溶液中加入0.2g碳酸钙颗粒,并不断搅拌形成悬浊液。
(4)将所得的悬浊液放入微波炉中,调节微波火力为80W,反应时间为5min,进行微波加热反应。
(5)将反应后的溶液用孔径为0.22μm的微孔滤膜进行抽滤,得到的滤饼用去离子水、无水乙醇交替冲洗各3次,然后放入60 oC的恒温干燥箱中干燥48h后得羟基磷灰石微球。
经检测:实施例5所制备的微球主相为羟基磷灰石,粒径约为6.3μm,微球表面薄层由针状纳米粒子交织在一起呈现出致密的微孔结构(如图4)。利用如实施例1中的X射线衍射外标法分析所得颗粒中碳酸钙含量可知:此条件下制备的颗粒中碳酸钙转化率为76﹪。
实施例6
(1)将5.52g磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)溶于200ml去离子水中,配成磷酸盐溶液。
(2)向上述溶液中边搅拌边缓慢滴加1mol/L的氢氧化钠,直至pH值达到10。
(3)在步骤(2)的磷酸盐溶液中加入0.2g碳酸钙颗粒,并不断搅拌形成悬浊液。
(4)将所得的悬浊液放入微波炉中,调节微波火力为80W,反应时间为10min,进行微波加热反应。
(5)将反应后的溶液用孔径为0.22μm的微孔滤膜进行抽滤,得到的滤饼用去离子水、无水乙醇交替冲洗各3次,然后放入60 oC的恒温干燥箱中干燥48h后得羟基磷灰石微球。
经检测:实施例6所制备的微球主相为羟基磷灰石,粒径约为7μm,微球表面薄层由绒毛状纳米粒子交织在一起呈现出开放的微孔结构。利用如实施例1中的X射线衍射外标法分析所得颗粒中碳酸钙含量,可知此条件下制备的颗粒中碳酸钙转化率为79.8﹪。
实施例7
(1)将5.52g磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)溶于200ml去离子水中,配成磷酸盐溶液。
(2)向上述溶液中边搅拌边缓慢滴加1mol/L的氢氧化钠,直至pH值达到10。
(3)在步骤(2)的磷酸盐溶液中加入0.2g碳酸钙颗粒,并不断搅拌形成悬浊液。
(4)将所得的悬浊液放入微波炉中,调节微波火力为60W,反应时间为15min,进行微波加热反应。
(5)将反应后的溶液用孔径为0.22μm的微孔滤膜进行抽滤,得到的滤饼用去离子水、无水乙醇交替冲洗各3次,然后放入60 oC的恒温干燥箱中干燥48h后得羟基磷灰石微球。
经检测:实施例7所制备的微球主相为羟基磷灰石,粒径约为6.3μm,微球表面由棒状纳米粒子交织在一起呈现出致密的微孔结构。利用如实施例1中的X射线衍射外标法分析所得颗粒中碳酸钙含量,可知此条件下制备的颗粒中碳酸钙转化率为40.4﹪。
实施例8
(1)将5.52g磷酸氢二钾(K2HPO4·12H2O)溶于200ml去离子水中,配成磷酸盐溶液。
(2)向上述溶液中边搅拌边缓慢滴加0.1mol/L的氢氧化钾,直至pH值达到10。
(3)在步骤(2)的磷酸盐溶液中加入0.2g碳酸钙颗粒,并不断搅拌形成悬浊液。
(4)将所得的悬浊液放入微波炉中,调节微波火力为60W,反应时间为15min,进行微波加热反应。
(5)将反应后的溶液用孔径为0.22μm的微孔滤膜进行抽滤,得到的滤饼用去离子水、无水乙醇交替冲洗4次,然后放入60 oC的恒温干燥箱中干燥48h,得到羟基磷灰石微球。
实施例9
(1)将5.04g磷酸二氢钠(NaH2PO4·12H2O)溶于200ml去离子水中,配成磷酸盐溶液。
(2)向上述溶液中边搅拌边缓慢滴加0.1mol/L的氢氧化钠,直至pH值达到10。
(3)在步骤(2)的磷酸盐溶液中加入0.2g碳酸钙颗粒,并不断搅拌形成悬浊液。
(4)将所得的悬浊液放入微波炉中,调节微波火力为100W,反应时间为5min,进行微波加热反应。
(5)将反应后的溶液用孔径为0.22μm的微孔滤膜进行抽滤,得到的滤饼用去离子水、无水乙醇交替冲洗5次,然后放入60 oC的恒温干燥箱中干燥48h,得到羟基磷灰石微球。
实施例10
(1)将5.04g磷酸二氢钠(KH2PO4·12H2O)溶于200ml去离子水中,配成磷酸盐溶液。
(2)向上述溶液中边搅拌边缓慢滴加1mol/L的氢氧化钾,直至pH值达到10。
(3)在步骤(2)的磷酸盐溶液中加入0.2g碳酸钙颗粒,并不断搅拌形成悬浊液。
(4)将所得的悬浊液放入微波炉中,调节微波火力为80W,反应时间为10min,进行微波加热反应。
(5)将反应后的溶液用孔径为0.22μm的微孔滤膜进行抽滤,得到的滤饼用去离子水、无水乙醇交替冲洗3次,然后放入60 oC的恒温干燥箱中干燥48h,得到羟基磷灰石微球。
实施例1~10所用的碳酸钙粉末的颗粒形貌为球形。
实施例结合图3:所制备的羟基磷灰石微球经扫描电镜检测,颗粒粒径均匀,分散性好,球形度理想,颗粒表面由绒毛状晶体交织在一起构成开放的微孔结构。
实施例结合图7:说明所制备的颗粒主相为羟基磷灰石,还含有少量方解石,为微球内部未反应完的碳酸钙。
实施例结合图8:所得结论与图7一致。
最后,值得注意的是,以上所举的仅是本发明的具体实施案例。
显然,本发明不仅仅限于以上实施例子,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1. 一种羟基磷灰石微球的制备方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤(1).用碱溶液调节浓度为2.17~27.6g/L的磷酸盐水溶液,直至pH值为10;
步骤(2).在调节pH值后的磷酸盐水溶液中加入碳酸钙粉末,并在常温下搅拌形成悬浊液;加入的碳酸钙与磷酸盐的摩尔比为1:0.6~7.5;
步骤(3).将所得的悬浊液置于微波炉中加热反应,微波火力为60~100W,反应时间为5~15min;
步骤(4).将步骤(3)加热后的溶液过滤,并用去离子水、无水乙醇交替冲洗滤饼各3次以上;
步骤(5).将步骤(4)中冲洗干净的滤饼放入恒温干燥箱中,在40~60℃下干燥24~48h,然后将固体物质研磨成干粉,即得羟基磷灰石微球。
2.如权利要求所述的一种羟基磷灰石微球的制备方法,其特征在于所述的碱溶液为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液,其浓度为0.1~1mol/L。
3.如权利要求所述的一种羟基磷灰石微球的制备方法,其特征在于步骤(2)所述的磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠或磷酸二氢钾。
4.如权利要求所述的一种羟基磷灰石微球的制备方法,其特征在于步骤(2)所述的碳酸钙粉末的颗粒形貌为球形。
5.如权利要求所述的一种羟基磷灰石微球的制备方法,其特征在于步骤(4)所述的过滤是将滤液用孔径为0.1~0.22μm的微孔滤膜抽滤。
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