CN107376795A - 一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法，属于油包水型乳液体系复合微球的制备方法。采用PVA和HA前驱体为原料，配制成澄清、透明的混合溶液；将该溶液分散到含有表面活性剂的油相中，形成均匀的油包水型微乳液；再依次经过酸催化条件下的交联反应、碱性条件下HA的沉积、产物离心、洗涤、干燥等过程，最终获得PVA/HA复合微球。本发明工艺简单，重复性好，能耗和成本低，且有效解决了无机纳米粒子在微球中易团聚而导致结构不均匀、综合性能差等问题。该方法制备的复合微球形貌规则，分散性高，微观结构均匀，且具有良好的生物相容性、生物活性和吸附性能，可作为药物载体材料、骨修复材料、环境水处理材料、化妆品或食品添加剂等使用。

Description

一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法
技术领域
本发明涉及一种油包水型乳液体系中复合微球的制备方法，特别是一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法。
背景技术
羟基磷灰石(HA)是一种具有与生物体硬组织(骨骼、牙齿)相类似的组成、结构和性质的无机生物材料，其化学式Ca10(PO4)6(OH)2具有准确的化学当量Ca/P＝1.67。HA材料具有良好的骨粘附性、生物活性和优异的生物相容性等特性，即使HA降解，也不会释放有毒的离子。然而，HA材料单独使用时存在脆性大、机械性能差和不易成型等缺陷，因此尚不能得到很好的应用。
聚乙烯醇(PVA)是各种生物医学领域(骨组织、关节软骨人工角膜、药物递送和烧伤敷料等)中广泛使用的一种合成聚合物，具有良好的生物相容性、生物降解性、无毒性、高水溶性和良好的成型能力。但是，单纯的PVA材料生物活性并不好，所以若能将PVA和HA进行有效的复合，则有望得到一种综合性能优良的复合材料。
国内外目前对于PVA/HA复合材料的研究大多只局限于水凝胶的形式，而对于PVA/HA复合微球的研究却很少。与水凝胶、多孔支架、膜、纤维、涂层等形式的材料相比，微球材料具有颗粒度小、比表面积大、流动性好等独特的优点，因而被广泛应用于生物医学、催化、污水处理等多个领域。由此可见，尝试制备PVA/HA复合微球，并合理设计、优化制备工艺，将是PVA/HA复合材料发展的一个重要方向。
发明内容
本发明的目的是要提供一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法，解决PVA和HA单独使用时都存在性能局限性的问题。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：采用PVA和HA前驱体为原料，配制成澄清、透明的混合溶液；将混合溶液分散到含有表面活性剂的油相中，形成均匀的油包水型微乳液；再依次经过酸催化条件下的交联反应、碱性条件下纳米HA颗粒的沉积、产物离心、洗涤、干燥过程，最终获得形态规则、分散性好且微观结构均匀的PVA/HA复合微球。
本发明的具体步骤包括：
(1)将PVA原料在水浴条件下溶于去离子水中，配成PVA溶液；
(2)将PVA溶液从水浴锅中取出，自然冷却至室温；
(3)向PVA溶液中加入羟基磷灰石的前驱体和强酸溶液，不断搅拌下使其完全溶解，形成含有钙离子和磷酸根离子的酸性PVA溶液；
(4)将表面活性剂加入到油相中，借助搅拌作用使两者混合均匀；
(5)将步骤(3)中的酸性PVA溶液加入到含有表面活性剂的油相中，进行搅拌、乳化，形成均匀的油包水型微乳液；
(6)向油包水型微乳液中加入交联剂戊二醛进行交联；
(7)交联过程结束后，再向经交联的油包水型微乳液中滴加碱性溶液，调节乳液的pH值，使HA在PVA中原位沉积，形成白色固态产物；
(8)将所得产物进行离心、洗涤、干燥，即得到PVA/HA复合微球。
步骤(1)中所述的PVA原料为各种型号的可溶性PVA颗粒，包括PVA124、PVA1788或PVA1750；
步骤(1)中PVA溶液的浓度为1％～20％；
步骤(1)中PVA原料的溶解温度为20～95℃；溶解时间为1h～1天。
步骤(3)中所述的HA前驱体为可溶性的钙盐和磷酸盐，或者为自制或购买的纳米或微米级HA粉末；其中的钙盐包括硝酸钙、氯化钙、氢氧化钙或醋酸钙，磷酸盐包括磷酸氢二钠、磷酸氢二铵或磷酸。
步骤(3)中所用强酸溶液为HNO3、HCl、H2SO4中的一种或几种；
步骤(3)中所得酸性PVA溶液的氢离子浓度为10-6～10-1mol/L。
步骤(4)中所述的油相为植物油或液体石蜡；其中的植物油为橄榄油、大豆油、玉米油、花生油中的一种或几种。
步骤(4)中所述表面活性剂为司班类或司班/吐温联合；其中司班类为Span60、Span80、Span85中的一种或几种，吐温类为Tween 20、Tween 60、Tween 80中的一种或几种。
步骤(4)中所述的表面活性剂在油相中的浓度为0.1％～3％(w/v)。
步骤(5)中所述的油/水两相的体积比为1/1～50/1。
步骤(5)中，乳化的温度为0～80℃，乳化时间为0.5h～1天，搅拌速度为1～1000rpm。
步骤(6)中所述的交联剂戊二醛的用量为0.1～0.5g/g PVA，所述交联时间为0.5～24h。
步骤(7)中所述的碱性溶液为NaOH、KOH或氨水，其加入量能确保水相体系的pH值达到8以上、生成纯的HA。
步骤(8)中洗涤所采用的洗涤剂为去离子水以及乙醇、丙酮或异丙醇有机溶剂。
步骤(8)中所得PVA/HA复合微球的粒径范围在1～1000μm之间，且形状规则、分散性高。
步骤(8)中所得PVA/HA复合微球中PVA与HA的质量比为1:1～20:1。
有益效果，由于采用了上述方案，本发明在油包水型乳液体系中成功制备了具有规则球形和高分散性的PVA/HA复合微球。微球中的HA是在PVA基体中通过化学反应而生成的，与传统的分散-乳化法相比，该方法避免了HA颗粒在微球中的团聚，因此可以获得内部结构更均匀的PVA/HA复合微球。
(1)本发明在制备PVA/HA复合微球的过程中不产生有毒成分，工艺简单，易于操作，且所得微球形貌规则，成球度高，分散性好；
(2)本发明制备的PVA/HA复合微球中，HA无机颗粒可以均匀地分散到PVA基体中，从而避免了团聚或相分离等现象；
(3)本发明采用的一锅法制备PVA/HA复合微球，可以大大减少能耗，缩减工艺流程，有利于工业化生产；
(4)本发明制备的PVA/HA复合微球具有良好的生物相容性、成骨能力以及药物负载和释放能力，因此可应用于骨修复、药物运输等生物医用领域。另外，该复合微球也表现出较好的吸附性和溶胀性，可在染料和重金属离子吸附等污水处理方面发挥重要作用。
优点：该方法制备的复合微球形貌规则，分散性高，微观结构均匀，且具有良好的生物相容性、生物活性和吸附性能，可作为药物载体材料、骨修复材料、环境水处理材料、化妆品或食品添加剂等使用。
附图说明：
图1是本发明的实施例1制备的微球的扫描电镜照片图。
图2是本发明的实施例1制备的微球的显微镜照片图(×500)。
图3是本发明的实施例3制备的微球的XRD图。
具体实施方式
本发明采用PVA和HA前驱体为原料，配制成澄清、透明的混合溶液；将混合溶液分散到含有表面活性剂的油相中，形成均匀的油包水型微乳液；再依次经过酸催化条件下的交联反应、碱性条件下纳米HA颗粒的沉积、产物离心、洗涤、干燥过程，最终获得形态规则、分散性好且微观结构均匀的PVA/HA复合微球。
本发明的具体步骤包括：
(1)将PVA原料在水浴条件下溶于去离子水中，配成PVA溶液；
(2)将PVA溶液从水浴锅中取出，自然冷却至室温；
(3)向PVA溶液中加入羟基磷灰石的前驱体和强酸溶液，不断搅拌下使其完全溶解，形成含有钙离子和磷酸根离子的酸性PVA溶液；
(4)将表面活性剂加入到油相中，借助搅拌作用使两者混合均匀；
(5)将步骤(3)中的酸性PVA溶液加入到含有表面活性剂的油相中，进行搅拌、乳化，形成均匀的油包水型微乳液；
(6)向油包水型微乳液中加入交联剂戊二醛进行交联；
(7)交联过程结束后，再向经交联的油包水型微乳液中滴加碱性溶液，调节乳液的pH值，使HA在PVA中原位沉积，形成白色固态产物；
(8)将所得产物进行离心、洗涤、干燥，即得到PVA/HA复合微球。
步骤(1)中所述的PVA原料为各种型号的可溶性PVA颗粒，包括PVA124、PVA1788或PVA1750；
步骤(1)中PVA溶液的浓度为1％～20％；
步骤(1)中PVA原料的溶解温度为20～95℃；溶解时间为1h～1天。
步骤(3)中所述的HA前驱体为可溶性的钙盐和磷酸盐，或者为自制或购买的纳米或微米级HA粉末；其中的钙盐包括硝酸钙、氯化钙、氢氧化钙或醋酸钙，磷酸盐包括磷酸氢二钠、磷酸氢二铵或磷酸。
步骤(3)中所用强酸溶液为HNO3、HCl、H2SO4中的一种或几种；
步骤(3)中所得酸性PVA溶液的氢离子浓度为10-6～10-1mol/L。
步骤(4)中所述的油相为植物油或液体石蜡；其中的植物油为橄榄油、大豆油、玉米油、花生油中的一种或几种。
步骤(4)中所述表面活性剂为司班类或司班/吐温联合；其中司班类为Span60、Span80、Span85中的一种或几种，吐温类为Tween 20、Tween 60、Tween 80中的一种或几种。
步骤(4)中所述的表面活性剂在油相中的浓度为0.1％～3％(w/v)。
步骤(5)中所述的油/水两相的体积比为1/1～50/1。
步骤(5)中，乳化的温度为0～80℃，乳化时间为0.5h～1天，搅拌速度为1～1000rpm。
步骤(6)中所述的交联剂戊二醛的用量为0.1～0.5g/g PVA，所述交联时间为0.5～24h。
步骤(7)中所述的碱性溶液为NaOH、KOH或氨水，其加入量能确保水相体系的pH值达到8以上、生成纯的HA。
步骤(8)中洗涤所采用的洗涤剂为去离子水以及乙醇、丙酮或异丙醇有机溶剂。
步骤(8)中所得PVA/HA复合微球的粒径范围在1～1000μm之间，且形状规则、分散性高。
步骤(8)中所得PVA/HA复合微球中PVA与HA的质量比为1:1～20:1。
实施例1：
在90℃的水浴条件下，将PVA124颗粒溶解于10mL去离子水中，配成7％的PVA溶液。将该溶液冷却至室温后，向其中加入0.175g羟基磷灰石粉末和适量的浓盐酸。在室温下充分搅拌，使羟基磷灰石完全溶解。将得到的溶液滴加至含有Span 80作为表面活性剂的100mL大豆油中进行分散，随后加入戊二醛进行交联。交联1h后，向乳液体系中加入适量的NaOH溶液，继续搅拌2h，使HA重新生成并原位沉积到PVA基质中。所得产物经离心、丙酮和水反复洗涤后，置于室温下晾干，得到HA理论含量为20％的PVA/HA复合微球。
实施例2：
在90℃的水浴条件下，将PVA124颗粒溶解于5mL去离子水中，配成6％的PVA溶液。将该溶液冷却至室温后，向其中加入0.176g四水合硝酸钙、0.16g十二水合磷酸氢二钠和浓硝酸，充分搅拌后形成含有钙离子和磷酸根离子的酸性PVA溶液。将得到的溶液滴加至含有Span 85作为表面活性剂的100mL液体石蜡中进行分散，随后加入戊二醛进行交联。交联2h后，向乳液体系中加入适量的氨水，继续搅拌反应4h，使HA生成并原位沉积到PVA基质中。所得产物经离心、乙醇和水反复洗涤后，置于室温下晾干，得到HA理论含量为20％的PVA/HA复合微球。
实施例3：
在80℃的水浴条件下，将PVA1750颗粒溶解于10mL去离子水中，配成10％的PVA溶液。将该溶液冷却至室温后，向其中加入0.473g氯化钙、0.338g磷酸氢二铵和浓盐酸，充分搅拌使其完全溶解，形成含有钙离子和磷酸根离子的酸性PVA溶液。将该溶液滴加至含有Span80-吐温80(质量比为8:2)的100mL橄榄油中进行分散，随后加入戊二醛进行交联。交联2h后，向乳液体系中加入适量的NaOH溶液，继续搅拌2h，使HA生成并原位沉积到PVA基质中。所得产物经离心、丙酮和水反复洗涤后，置于室温下晾干，得到HA理论含量为30％的PVA/HA复合微球。

Claims (9)

1.一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法，其特征是：采用PVA和HA前驱体为原料，配制成澄清、透明的混合溶液；将混合溶液分散到含有表面活性剂的油相中，进行乳化，形成均匀的油包水型微乳液；再依次经过酸催化条件下的交联反应、碱性条件下纳米HA颗粒的沉积、产物离心、洗涤、干燥过程，最终获得形态规则、分散性好且微观结构均匀的PVA/HA复合微球。
2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法，其特征是：制备方法的具体步骤包括：
（1）将PVA原料在水浴条件下溶于去离子水中，配成PVA溶液；
（2）将PVA溶液从水浴锅中取出，自然冷却至室温；
（3）向PVA溶液中加入羟基磷灰石的前驱体和强酸溶液，不断搅拌下使其完全溶解，形成含有钙离子和磷酸根离子的酸性PVA溶液；
（4）将表面活性剂加入到油相中，借助搅拌作用使两者混合均匀；
（5）将步骤（3）中的酸性PVA溶液加入到含有表面活性剂的油相中，进行搅拌、乳化，形成均匀的油包水型微乳液；
（6）向油包水型微乳液中加入交联剂戊二醛进行交联；
（7）交联过程结束后，再向经交联的油包水型微乳液中滴加碱性溶液，调节乳液的pH值，使HA在PVA中原位沉积，形成白色固态产物；
（8）将所得产物进行离心、洗涤、干燥，即得到PVA/HA复合微球。
3.根据权利要求2所述的一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法，其特征是：步骤（1）中所述的PVA原料为各种型号的可溶性PVA颗粒，包括PVA124、PVA1788或PVA1750；
步骤（1）中PVA溶液的浓度为1%~20%；
步骤（1）中PVA原料的溶解温度为20~95°C；溶解时间为1h~1天。
4.根据权利要求2所述的一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法，其特征是：步骤（3）中所述的HA前驱体为可溶性的钙盐和磷酸盐，或者为自制或购买的纳米或微米级HA粉末；其中的钙盐包括硝酸钙、氯化钙、氢氧化钙或醋酸钙，磷酸盐包括磷酸氢二钠、磷酸氢二铵或磷酸；
步骤（3）中所用强酸溶液为HNO3、HCl、H2SO4中的一种或几种；
步骤（3）中所得酸性PVA溶液的氢离子浓度为10-6~10-1mol/L。
5.根据权利要求2所述的一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法，其特征是：步骤（4）中所述的油相为植物油或液体石蜡；其中的植物油为橄榄油、大豆油、玉米油、花生油中的一种或几种；
步骤（4）中所述表面活性剂为司班类或司班/吐温联合；其中司班类为Span60、Span80、Span85中的一种或几种，吐温类为Tween 20、Tween 60、Tween 80中的一种或几种；
步骤（4）中所述的表面活性剂在油相中的浓度为0.1%~3%（w/v）。
6.根据权利要求2所述的一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法，其特征是：步骤（5）中所述的油/水两相的体积比为1/1~50/1；
步骤（5）中，乳化的温度为0～80°C，乳化时间为0.5 h～1天，搅拌速度为1～1000 rpm。
7.根据权利要求2所述的一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法，其特征是：步骤（6）中所述的交联剂戊二醛的用量为0.1~0.5 g/g PVA，所述交联时间为0.5~24 h。
8.根据权利要求2所述的一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法，其特征是：步骤（7）中所述的碱性溶液为NaOH、KOH或氨水，其加入量能确保水相体系的pH值达到8以上、生成纯的HA。
9.根据权利要求2所述的一种聚乙烯醇/羟基磷灰石复合微球的制备方法，其特征是：步骤（8）中洗涤所采用的洗涤剂为去离子水以及乙醇、丙酮或异丙醇有机溶剂；
步骤（8）中所得PVA/HA复合微球的粒径范围在1~1000 μm之间，且形状规则、分散性高；
步骤（8）中所得PVA/HA复合微球中PVA与HA的质量比为1:1~20:1。
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