CN112125290A - 一种含有缺陷位的钙磷微球材料及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种含有缺陷位的钙磷微球材料，钙磷微球材料通过碳酸钙模板剂法制备得到，并对材料固体表面进行特殊气体的辉光放电程序，以便于制造缺陷位或者引入新的基团。本发明的含有缺陷位的活性钙磷微球材料在用于人体面部植入时能够在填充治疗的同时起到拮抗体内的自由基。在用于表皮的情况下，能够吸附来自于厨房过重油烟、汽车尾气等自由基的侵害，在与胶原联用的过程中，通过氨基基团的引入能够使胶原与微球更好的进行接枝，提高骨组织材料的强度和韧性。

Description

一种含有缺陷位的钙磷微球材料及其制备和应用

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种含有缺陷位的钙磷微球材料及其制备和应用。

背景技术

钙磷材料是从上世纪八十年代开始迅速发展的新型生物医用材料，由于其与人体中骨骼和牙齿的材料成分相似，所以具有极为优异的生物相容性和生物活性，是最适合用于人体的修复材料。许多年来，人们一直在探索关于钙磷材料的形貌控制、掺杂和应用方面的研究，而关于钙磷微球的研究则要到2010年左右才开始慢慢兴起。球形材料相对于针状或者片状材料，其优势在于拥有更大的表面积；球形材料腔内体积潜力巨大，制备成空心球后具有药物缓释的功效；植入体内后由于球形材料的稳定形貌，能够减少体内巨噬细胞的团聚和吞噬作用，避免引起肉芽肿或者结节等并发症状；在植入面部的过程中，钙磷微球能够很好地刺激面部胶原蛋白再生，从而使面部重返年轻态。

现阶段关于钙磷的进一步研究，其中一个方面是对其表面进行改性，通常采用化学修饰的方式对材料表面进行刻蚀或者偶联，但由于频繁的化学反应难以控制，反应试剂会有残留，所以这并不是一个最好的选择。而等离子体表面改性技术可以在不影响改变材料形貌、物理性能的情况下对其表面进行改性，可以通过刻蚀改变材料的粗糙程度，改善材料的亲水性等特点。在特定的气氛中可以对材料的表面进行基团的引入，例如羟基、氨基、羧基等常用基团。为高分子材料、生物材料在钙磷微球表面的接枝创造条件。相比于化学方法的修饰改性，等离子体法是一种无污染、易控制的新型改性方法，不会对原有材料的整体机械性能有所改变。

关于钙磷微球的等离子体表面改性，统一需要的过程是对材料表面的缺陷位制造，并在此基础上完成新的基团引入后操作或是直接使用。可以直接通过等离子体辉光放电程序对材料进行轰击，致使晶胞中的原子脱落，例如磷酸钙或者羟基磷灰石中的晶格氧转化成游离态氧，从而在材料表面产生氧空位。通过惰性气氛对材料进行保护，可以避免空位被其它电离后的基团占据，形成缺陷结构，从而达到稳定吸附体内自由基的作用。这种微球材料适合用于面部浅层的植入或者与化妆品材料联用。

也可以用氨气等气氛作为保护气，在辉光放电过程种能够最大程度地使材料表面进行基团的引入，进一步达到与胶原、BMP蛋白、聚谷氨酸等生物大分子材料的接枝作用。这类材料适用于骨修复应用，尤其适用于脊柱内固定材料的应用，能够在不损失材料机械强度的同时，提高材料的韧性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种结构稳定且能够多种用途的钙磷微球材料。

为达到上述目的，本发明提出一种含有缺陷位的钙磷微球材料，所述钙磷微球材料通过碳酸钙模板剂法制备得到，所述磷酸盐中磷的摩尔量与所述钙盐中钙的摩尔量之比为0.5-2.5。

所制备得到的微球颗粒尺寸在0.5um-200um不等，区间范围可进一步细分，便于为求用于不同用途。

进一步的，所述模板剂钙盐为对应尺寸的市售碳酸钙微球；所述磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾或磷酸二氢铵中的任意一种。

本发明还提出一种含有缺陷位的活性钙磷微球材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：配置对应浓度的磷酸盐水溶液，磷的离子浓度为1.5M；

步骤2：称取一定质量的碳酸钙微球加入磷酸盐水溶液中，快速搅拌；

步骤3：调节混合溶液的pH为10-12；

步骤4：搅拌均匀后转入聚四氟乙烯水热釜中，在烘箱内进行水热反应；

步骤5：反应结束后，自然冷却至室温，过滤并用蒸馏水反复洗涤以及干燥；

步骤6：将干燥后的所述固体反应物研磨成粉；

步骤7：对粉末状的所述固体反应物进行表面制造缺陷位处理，制备得到含有缺陷位的钙磷微球材料。

进一步的，在步骤2中，所述碳酸钙与所述可溶性磷酸盐的钙磷摩尔比例为1:2至5:3。

进一步的，在步骤3中，通过向所述混合溶液中添加氢氧化钠、氢氧化钾或者氨水来调节所述混合溶液的pH。

进一步的，在步骤4中，水热反应的反应温度为100-180℃，反应时间为12h-72h。

进一步的，在步骤7中，通过辉光放电的方法对所述钙磷微球固体进行表面制造缺陷位处理，包括以下步骤：

步骤7.1：将粉末状的钙磷微球材料置于电感耦合等离子体处理器中，通入特定气体，持续10min以上，从而确保腔内充满该对应气体气氛，再对气室抽真空，压力恒定在10-30Pa左右；

步骤7.2：调节辉光放电功率50W-300W之间，频率在10-15MHz之间，持续放电时间为2-30min之间；

步骤7.3：辉光放电结束后，关闭射频电源，并继续抽真空10-30min，将所述固体反应物继续保持在真空环境中冷却一段时间，得到含有缺陷位的钙磷微球材料；

步骤7.4：反应室充空气至大气压，取出样品。

进一步的，所使用的的特定气氛可以使氩气、氦气等惰性气氛，也可以是氮气、氧气、氨气等用于表面接枝的气氛。

进一步的，所述等离子体处理器的腔室真空压力为10Pa-30Pa之间，气氛压力过小会导致材料表面接枝基团量不够，真空压力过高则导致无法稳定辉光放电。

进一步的，所述等离子体处理器放电功率50W-300W之间，放电功率可以进行细分，低功率辉光放电用于对材料表面进行基团接枝，高功率放电用于惰性气氛下的材料表面轰击制造单纯缺陷位。

本发明还提出一种含有缺陷位的活性钙磷微球材料的应用，所述含有缺陷位的活性钙磷微球材料应用于骨修复材料、面部填充材料、面部中胚层修复材料以及面部化妆品的功效成分；

所述含有缺陷位的钙磷微球材料应用于骨修复填充材料，主要用于脊柱的内固定，通常与胶原、BMP蛋白、层黏连蛋白等进行接枝使用；

所述含有缺陷位的钙磷微球材料用于人体的面部填充治疗，与胶原、纤维素水凝胶、玻尿酸共混后使用；

所述含有缺陷位的钙磷微球材料用于面部中胚层的治疗和皮肤改善，作为功效成分之一，通过吸附能力达到对人体内的自由基吸附清楚作用；

所述含有缺陷位的钙磷微球材料用于皮肤表侧的保养维护工作，吸附汽车尾气、厨房油烟等残留在表面的自由基。

本发明的含有缺陷位的活性钙磷微球材料在人体面部的应用为国内首创，并且制备方法对环境友好，无有害成分排放，适合工业化生产，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明实施例中缺陷位钙磷微球的扫描电子显微镜图；

图2为本发明实施例中缺陷位钙磷微球表面的扫描电子显微镜图；

图3为本法明实施例1中缺陷位钙磷微球材料的N1s的XPS图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。

实施例一：一种缺陷位钙磷微球材料的制备方法及其在骨修复材料中的应用

1)配置1.5M的磷酸氢二铵溶液50ml得到第一溶液；

2)称取9g的市售碳酸钙微球，微球直径在30-60um之间不等，加入第一溶液后加速搅拌，得到悬浊溶液；

3)将1M的氢氧化钠溶液缓慢加入悬浊液中，调节pH得12，得第三溶液；

4)将第三溶液转移至水热釜中，150℃下水热反应72h；

5)冷却后过滤洗涤干燥过夜得粉末材料一；

6)将粉末材料一放入电感耦合等离子体处理器中，通入氨气30min，再将腔室内抽真空至30Pa；

7)对腔室进行辉光放电，放电功率为50W，放电频率为13MHz，时间为10min；

8)停止放电，持续抽真空20min后，在反应室内通入空气至大气压后，得到接枝基团的缺陷位钙磷微球材料。

9)将得到的粉末与胶原蛋白按照3:1的比例在胶原蛋白溶液进行搅拌共混后，进行真空干燥24h，将溶液中水分蒸干之后得到的可用于脊柱内固定的钙磷类材料。

本实施例中，制备得到的缺陷位钙磷微球材料的颗粒尺寸为30-60um；

缺陷位活性羟基磷灰石微球材料适用于骨修复应用，尤其适用于脊柱内固定材料的应用，能够在不损失材料机械强度的同时，提高材料的韧性。；

实施例二：一种缺陷位钙磷微球材料的制备方法及其在深层面部应用

1)配置1.5M的磷酸氢二铵溶液40ml得到第一溶液；

2)称取10g的市售碳酸钙微球，微球直径在15-35um之间不等，加入第一溶液后加速搅拌，得到悬浊溶液；

3)将1M的氢氧化钠溶液缓慢加入悬浊液中，调节pH得11，得第三溶液；

4)将第三溶液转移至水热釜中，180℃下水热反应24h；

5)冷却后过滤洗涤干燥过夜得粉末材料一；

6)将粉末材料一放入电感耦合等离子体处理器中，通入氨气30min，再将腔室内抽真空至10Pa；

7)对腔室进行辉光放电，放电功率为200W，放电频率为15MHz，时间为20min；

8)停止放电，持续抽真空20min后，在反应室内通入空气至大气压后，得到接枝基团的缺陷位钙磷微球材料。

该材料是一种多孔球形材料，生物相容性好，微球尺寸在15-35um之间；可将其配合类人I型胶原蛋白等流动相载体进行混合后注射进入面部体积缺失部位，可起到填充的应用。

具体实施场景：使用以此方法制备出的钙磷及其微球材料，与市售的类人I型胶原蛋白按照2:3的比例充分混合，对于人体面部因衰老所导致的法令纹进行填充，通过微球与胶原蛋白的接枝来固定胶原蛋白，减缓胶原蛋白在体内的降解流失，同时利用钙磷微球刺激胶原蛋白再生的机理，从而起到长效填充的作用。

实施例三：一种缺陷位钙磷微球材料的制备方法及其在中胚层中的应用

1)配置1.5M的磷酸氢二铵溶液40ml得到第一溶液；

2)称取10g的市售碳酸钙微球，微球直径在3-10um之间不等，加入第一溶液后加速搅拌，得到悬浊溶液；

3)将1M的氢氧化钠溶液缓慢加入悬浊液中，调节pH得10.5，得第三溶液；

4)将第三溶液转移至水热釜中，120℃下水热反应12h；

5)冷却后过滤洗涤干燥过夜得粉末材料一；

6)将粉末材料一放入电感耦合等离子体处理器中，通入氩气30min，再将腔室内抽真空至10Pa；

7)对腔室进行辉光放电，放电功率为250W，放电频率为15MHz，时间为10min；

8)停止放电，持续抽真空20min后，在反应室内通入空气至大气压后，得到缺陷位钙磷微球材料。

本实施例中，制备得到的缺陷位钙磷微球材料的颗粒尺寸为3-10um之间，生物相容性好，降解速率相对较快，较小的微球能够直接作用于面部中胚层治疗，通过缺陷位微球材料的自由基吸附作用，能够清除皮肤内的残留自由基，从而减缓皮肤衰老。

具体应用场景：将制备的缺陷位微球材料以少于2％的浓度配置成悬浮液，加入非交联的玻尿酸、卡波姆等作为传统营养和增稠剂，得到初步的中胚层治疗配方。所配置的溶液能够轻松地通过33G针头注入面部皮下1.2-2mm处，通过缺陷位的钙磷微球材料对皮肤内自由基进行吸附，从而达到减缓皮肤衰老IDE作用。

实施例三：一种缺陷位钙磷微球材料的制备方法及其在中胚层中的应用

1)配置1.5M的磷酸氢二铵溶液40ml得到第一溶液；

2)称取4g的市售碳酸钙微球，微球直径在0.5-2um之间不等，加入第一溶液后加速搅拌，得到悬浊溶液；

3)将1M的氨水溶液缓慢加入悬浊液中，调节pH得10，得第三溶液；

4)将第三溶液转移至水热釜中，120℃下水热反应12h；

5)冷却后过滤洗涤干燥过夜得粉末材料一；

6)将粉末材料一放入电感耦合等离子体处理器中，通入氩气30min，再将腔室内抽真空至50Pa；

7)对腔室进行辉光放电，放电功率为100W，放电频率为15MHz，时间为10min；

8)停止放电，持续抽真空20min后，在反应室内通入空气至大气压后，得到接枝基团的缺陷位钙磷微球材料。

本实施例中，制备得到的缺陷位钙磷微球材料的颗粒尺寸为3-10um之间，能够用为外部的自由基拮抗材料。通常情况下，人的面部皮肤会长期暴露于外界环境中，汽车尾气的排放、厨房过重的油烟都会对面部形成刺激，将缺陷位钙磷微球材料加入到传统化妆用品中，能够很好地保护面部皮肤，减少自由基的侵害。

下面将通过具体的实验数据对本发明的含有缺陷位的钙磷微球材料的有益效果做出进一步解释说明：

实验1：

将缺陷位的钙磷微球在扫描电子显微镜下观察，得到如图1的形状，图2为微球放大后表面的情况。

发明实施例1中，未进行氨气气氛下进行缺陷位处理的常规微球在XPS谱图中N1s的能谱里是没有峰出现的，故没有进行分峰处理。而在氨气气氛下的辉光放电后的缺陷位钙磷微球光电子能谱图如图3所示，其中三个主峰分别可以归类为：1、-C＝N，398.8eV，亚氨基；2、氨基，399.8eV；3、酰胺基，401.2eV。由图可知，氨改性材料后，表面主要存在各种的氨基基团。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种含有缺陷位的钙磷微球材料，其特征在于，所述钙磷微球材料通过碳酸钙模板剂法制备得到，所述磷酸盐中磷的摩尔量与所述钙盐中钙的摩尔量之比为0.5-2.5。

2.根据权利要求1所述的含有缺陷位的钙磷微球材料，其特征在于，所述模板剂钙盐为对应尺寸的市售碳酸钙微球；所述磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾或磷酸二氢铵中的任意一种。

3.一种含有缺陷位的钙磷微球材料的制备方法，制备如权利要求1-2中任意一项所述的含有缺陷位的活性钙磷微球材料，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：配置对应浓度的磷酸盐水溶液，磷的离子浓度为1.5M；

步骤2：称取一定质量的碳酸钙微球加入磷酸盐水溶液中，快速搅拌；

步骤3：调节混合溶液的PH为10-12；

步骤4：搅拌均匀后转入聚四氟乙烯水热釜中，在烘箱内进行水热反应；

步骤5：反应结束后，自然冷却至室温，过滤并用蒸馏水反复洗涤以及干燥；

步骤6：将干燥后的所述固体反应物研磨成粉；

步骤7：对粉末状的所述固体反应物进行表面制造缺陷位处理，制备得到含有缺陷位的钙磷微球材料。

4.根据权利要求3所述的含有缺陷位的钙磷微球材料的制备方法，其特征在于，所制备得到的微球颗粒尺寸在0.5um-200um不等，区间范围可进一步细分，便于为求用于不同用途。

5.根据权利要求3所述的含有缺陷位的钙磷微球材料的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述碳酸钙与所述可溶性磷酸盐的钙磷摩尔比例为1:2至5:2。

6.根据权利要求3所述的含有缺陷位的钙磷微球材料的制备方法，其特征在于，在步骤3，通过向所述混合溶液中添加氢氧化钠、氢氧化钾或者氨水来调节所述混合溶液的pH。

7.根据权利要求3所述的含有缺陷位的钙磷微球材料的制备方法，其特征在于，在步骤4，所述水热反应的反应温度为100-180℃，反应时间为12h-72h。

8.根据权利要求3所述的含有缺陷位的钙磷微球材料的制备方法，其特征在于，在步骤7中，通过辉光放电的方法对所述固体反应物进行表面制造缺陷位处理，包括以下步骤：

步骤7.1：将粉末状的钙磷微球材料置于电感耦合等离子体处理器中中，通入特定气体，持续10min以上，从而确保腔内充满该对应气体气氛，再对气室抽真空，压力恒定在10-30Pa左右；

步骤7.2：调节辉光放电功率50W-300W之间，频率在10-15MHz之间，持续放电时间为2-30min之间；

步骤7.3：辉光放电结束后，关闭射频电源，并继续抽真空10-30min，将所述固体反应物继续保持在真空环境中冷却一段时间，得到含有缺陷位的钙磷微球材料；

步骤7.4：反应室充空气至大气压，取出样品。

9.根据权利要求8所述的含有缺陷位的钙磷微球材料的制备方法，其特征在于，所使用的的特定气氛可以使氩气、氦气等惰性气氛，也可以是氮气、氧气、氨气等用于表面接枝的气氛。

10.根据权利要求8所述的含有缺陷位的钙磷微球材料的制备方法，其特征在于，所述等离子体处理器的腔室真空压力为10Pa-30Pa之间，气氛压力过小会导致材料表面接枝基团量不够，真空压力过高则导致无法稳定辉光放点。

11.根据权利要求8所述的含有缺陷位的活性钙磷微球材料的制备方法，其特征在于，所述等离子体处理器放电功率50W-300W之间，放电功率可以进行细分，低功率辉光放电用于对材料表面进行基团接枝，高功率放点用于惰性气氛下的材料表面轰击制造单纯缺陷位。

12.一种含有缺陷位的钙磷微球材料的应用，使用如权利要求1-11中任意一项所述的含有缺陷位的钙磷微球材料，其特征在于，所述含有缺陷位的活性钙磷微球材料应用于骨修复填充材料，主要用于脊柱的内固定，通常与胶原、BMP蛋白、层黏连蛋白等进行接枝使用；

所述含有缺陷位的钙磷微球材料用于人体的面部填充治疗，与胶原、纤维素水凝胶、玻尿酸共混后使用；

所述含有缺陷位的活性钙磷微球材料用于面部中胚层的治疗和皮肤改善，作为功效成分之一，通过吸附能力达到对人体内的自由基吸附清楚作用；

所述含有缺陷位的活性钙磷微球材料用于皮肤表侧的保养维护工作，吸附汽车尾气、厨房油烟等残留在表面的自由基。

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