专利名称：一种羟基磷灰石空心微球的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种羟基磷灰石微球的制备方法，尤其涉及一种由纳米晶粒组成的羟基磷灰石空心微球的制备方法。
背景技术：
羟基磷灰石的结构和成分与人体和动物骨骼及牙齿中的主要无机部分类似，具有优良的生物活性和生物相容性；目前，其作为种植体的生物活性涂层以及骨缺损填充材料已被广泛应用于牙科、骨科、整型外科等的临床手术中。
临床和实验研究中所应用的羟基磷灰石的形态主要有致密块体、多孔块体、实心颗粒以及多孔和空心颗粒等。但是，近年来有研究表明，使用形状不规则的羟基磷灰石材料，容易引起组织感染，并且影响新骨形成的速度。因此，微球形态的羟基磷灰石以其结构的特殊性、性能的多变性以及应用的广泛性而正越来越多地引起人们的关注和研究；其中具有空心结构的羟基磷灰石微球由于密度小、表面积大、表层渗透性好以及较大的内部空间等特性而在可注射式药物缓释载体、骨缺损填充材料、蛋白质分离提纯等领域具有较为广泛的应用前景。
经检索，国内外对于多孔羟基磷灰石及其制备方法的研究较多，而对于具有空心结构的羟基磷灰石微球的报道则较少。
在现有检索到的文献中，P.Luo等采用喷雾干燥的方法制备了羟基磷灰石微球，通过用稀盐酸和氨水调节原始料浆的浓度，再进行喷雾干燥，观察到了羟基磷灰石空心微球的存在P.Luo and Nieh.Preparing hydroxyapatite powders with controlledmorphology.Biomaterials 1996；171959-1964，但采用这种方法，需要严格控制原始料浆的浓度，否则很难获得较纯的羟基磷灰石空心微球，并且所得产品中羟基磷灰石的空心率较低。国内黄文旵等人首先采用火焰漂浮法制备LCB(Li2O-CaO-B2O3)玻璃微球，然后将该玻璃微球与磷酸盐缓冲溶液(K2HPO4)反应，在球表面沉积出Ca-P-OH产物。在一定温度下反应一段时间后玻璃微球被溶蚀，最后经过600℃热处理4小时可将Ca-P-OH沉积物转化成羟基磷灰石，制备获得了具有中空结构的羟基磷灰石微球黄文旵、王青、王德平，中空羟基磷灰石微球的制备工艺，同济大学学报(自然科学版)，2005，33(1)88-92，然而这种方法工艺过程较为复杂，且需要以玻璃微球作为前驱体。另外，中国发明专利(公开号为CN1597610A，
公开日为2005.03.23)“一种羟基磷灰石空心微球及其制备方法”报告，采用等离子喷涂的方法制备羟基磷灰石空心微球，但所得微球的结晶度偏高且难于大范围调节，因而限制了它在某些特定领域里的应用。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型、简单的制备羟基磷灰石空心微球的方法。
利用本发明方法所得的产品，微球由纳米晶粒组成、纯度较高、结晶度较低；不但具有优异的生物相容性、较好的球形度；而且，整个制备方法过程简单，成本较低。
本发明所述方法是通过以下技术方案实现的以四水硝酸钙和磷酸氢二铵为原料，采用湿法中的化学沉淀法，制备羟基磷灰石料浆；然后用蒸馏水将羟基磷灰石料浆稀释，并加入作为添加剂的碳酸氢铵，搅拌均匀后，进行喷雾干燥，结合后续热处理，得到由纳米晶粒组成的羟基磷灰石空心微球。
本发明所述羟基磷灰石空心微球的制备方法具体采用以下步骤完成(1)以四水硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)和磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)为原料，按钙磷摩尔比为1.67的比例，以湿法中的化学沉淀法制备羟基磷灰石料浆，其中Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4的质量(g)与最终所得料浆的体积(ml)比例为2.98∶1∶17；(2)以体积比计，用蒸馏水将上述羟基磷灰石料浆按5∶1的比例稀释，同时以稀释后羟基磷灰石料浆体积计，按0.01～0.07g/ml的浓度加入碳酸氢铵(NH4HCO3)，混合、搅拌均匀；(3)在300～500转/分钟的磁力搅拌速度下，将上述混合溶液以喷嘴直径为0.5mm或1mm，进风温度为160-190℃，排风温度为80-100℃，进料量为15-20ml/min的条件，进行喷雾干燥；(4)将喷雾干燥后获得的粉末，以温度为20-800℃的条件，置于电阻炉中进行热处理，热处理时间为30-120min，即制得球壳由纳米晶粒组成的羟基磷灰石空心微球。
在上述羟基磷灰石空心微球的制备方法中步骤(1)所述化学沉淀法以下述反应式完成。
在上述羟基磷灰石空心微球的制备方法中步骤(2)所述单位体积料浆内加入碳酸氢铵(NH4HCO3)的量优选为0.03～0.05g/ml。
在上述羟基磷灰石空心微球的制备方法中步骤(3)所述进风温度优选为170-180℃，排风温度优选为85-95℃。
在上述羟基磷灰石空心微球的制备方法中步骤(4)所述热处理温度和时间设定不同，产品羟基磷灰石空心微球壳的纳米晶粒结晶度不同。
在上述羟基磷灰石空心微球的制备方法中步骤(4)所述热处理温度优选为100-600℃，热处理时间优选为30-80min。
其中步骤(4)所述热处理温度进一步优选为300-600℃，热处理时间进一步优选为40-70min。
其中步骤(4)所述热处理温度最优选为400-500℃，热处理时间最优选为50-60min。
利用本发明方法，以碳酸氢铵为添加剂，采用喷雾干燥-热处理两步法制备羟基磷灰石空心微球，所得产品尺寸小、粒度均匀、比表面积大，空心率高。微球由纳米晶粒组成、纯度较高、结晶度较低；不但具有优异的生物相容性、较好的球形度；而且，整个制备方法过程简单，设备简单，成本较低，工艺操作也简便易行。
利用本发明方法，还可以通过改变添加剂的浓度以及喷雾干燥的工艺参数如喷嘴直径大小、进/排风温度以及料浆浓度、热处理温度等条件来控制羟基磷灰石微球的空心率、粒径、密度、结晶度等技术指标。
本发明方法为制备羟基磷灰石空心微球提供了一种简单可行的新方法，所制得羟基磷灰石空心微球，可望在可注射式药物缓释载体、骨缺损填充物以及分离和提纯等领域得到应用。
图1所示为本发明羟基磷灰石空心微球制备方法的工艺流程示意图；图2所示为按照本发明方法制备的羟基磷灰石空心微球的扫描电镜形貌图(2000倍)；图3所示为按照本发明方法制备的羟基磷灰石空心微球的扫描电镜形貌图(5000倍)；图4所示为按照本发明方法制备的羟基磷灰石空心微球的透射电镜图；图5所示为按照本发明方法制备的羟基磷灰石空心微球的场发射扫描电镜图；其中由图中可以看出，羟基磷灰石空心球的球壳由纳米晶粒组成。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明所述的制备方法作进一步的说明实施例1(1)以四水硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)和磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)为原料，按钙磷摩尔比为1.67的比例，以湿法中的化学沉淀法制备羟基磷灰石料浆，其中Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4的质量(g)与最终所得料浆的体积(ml)比例为2.98∶1∶17，具体化学反应式为
(2)以体积比计，用蒸馏水将上述羟基磷灰石料浆按5∶1的比例稀释，同时以稀释后羟基磷灰石料浆体积计，按0.03g/ml的浓度加入碳酸氢铵，混合、搅拌均匀；(3)在400转/分钟的磁力搅拌速度下，将上述混合溶液以喷嘴直径为1mm，进风温度为180℃，排风温度为90℃，进料量为20ml/min的条件，进行喷雾干燥；(4)将喷雾干燥后获得的粉末，在100℃下进行干燥处理，即可获得羟基磷灰石空心微球。
(5)将上述羟基磷灰石空心微球进行热处理，热处理温度为500℃，保温时间为60min，升温速率为5℃/min，随炉冷却。即可获得球壳由纳米晶粒组成的羟基磷灰石空心微球。
经步骤(4)后所制得的羟基磷灰石空心微球的平均粒径约为5μm，比表面积为50-55m2/g，由图2可以看出，约70％以上的微球具有空心结构，约80％以上的空心球表面有开口，该微球的结晶度较低。
经步骤(5)后所制得的羟基磷灰石空心微球的平均粒径约为5μm，比表面积为55-65m2/g，由图5可以看出，空心球的球壳由纳米晶粒组成，该微球的结晶度稍高。
实施例2(1)以四水硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)和磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)为原料，按钙磷摩尔比为1.67的比例，以湿法中的化学沉淀法制备羟基磷灰石料浆，其中Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4的质量(g)与最终所得料浆的体积(ml)比例为2.98∶1∶17，具体化学反应式为
(2)以体积比计，用蒸馏水将上述羟基磷灰石料浆按5∶1的比例稀释，同时以稀释后羟基磷灰石料浆体积计，按0.01g/ml的浓度加入碳酸氢铵，混合、搅拌均匀；(3)在350转/分钟的磁力搅拌速度下，将上述混合溶液以喷嘴直径为1mm，进风温度为180℃，排风温度为90℃，进料量为20ml/min的条件，进行喷雾干燥；(4)将喷雾干燥后获得的粉末进行热处理，热处理温度为500℃，保温时间为60min，升温速率为5℃/min，随炉冷却。
所制得的羟基磷灰石空心微球的平均粒径约为5μm，比表面积为50-55m2/g。
实施例3(1)以四水硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)和磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)为原料，按钙磷摩尔比为1.67的比例，以湿法中的化学沉淀法制备羟基磷灰石料浆，其中Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4的质量(g)与最终所得料浆的体积(ml)比例为2.98∶1∶17，具体化学反应式为
(2)以体积比计，用蒸馏水将上述羟基磷灰石料浆按5∶1的比例稀释，同时以稀释后羟基磷灰石料浆体积计，按0.05g/ml的浓度加入碳酸氢铵，混合、搅拌均匀；(3)在500转/分钟的磁力搅拌速度下，将上述混合溶液以喷嘴直径为1mm，进风温度为180℃，排风温度为90℃，进料量为20ml/min的条件，进行喷雾干燥；(4)将喷雾干燥后获得的粉末进行热处理，热处理温度为500℃，保温时间为60min，升温速率为5℃/min，随炉冷却。
所制得的羟基磷灰石空心微球的平均粒径约为3μm，比表面积为55-65m2/g。
实施例4(1)以四水硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)和磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)为原料，按钙磷摩尔比为1.67的比例，以湿法中的化学沉淀法制备羟基磷灰石料浆，其中Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4的质量(g)与最终所得料浆的体积(ml)比例为2.98∶1∶17，具体化学反应式为
(2)以体积比计，用蒸馏水将上述羟基磷灰石料浆按5∶1的比例稀释，同时以稀释后羟基磷灰石料浆体积计，按0.01g/ml的浓度加入碳酸氢铵，混合、搅拌均匀；(3)在300转/分钟的磁力搅拌速度下，将上述混合溶液以喷嘴直径为0.5mm，进风温度为160℃，排风温度为80℃，进料量为15ml/min的条件，进行喷雾干燥；(4)将喷雾干燥后获得的粉末进行热处理，热处理温度为35℃，保温时间为120min，升温速率为5℃/min，随炉冷却。
所制得的羟基磷灰石空心微球的平均粒径约为5.5μm，比表面积为50-55m2/g。
实施例5(1)以四水硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)和磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)为原料，按钙磷摩尔比为1.67的比例，以湿法中的化学沉淀法制备羟基磷灰石料浆，其中Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4的质量(g)与最终所得料浆的体积(ml)比例为2.98∶1∶17，具体化学反应式为
(2)以体积比计，用蒸馏水将上述羟基磷灰石料浆按5∶1的比例稀释，同时以稀释后羟基磷灰石料浆体积计，按0.07g/ml的浓度加入碳酸氢铵，混合、搅拌均匀；(3)在500转/分钟的磁力搅拌速度下，将上述混合溶液以喷嘴直径为1mm，进风温度为190℃，排风温度为100℃，进料量为20ml/min的条件，进行喷雾干燥；(4)将喷雾干燥后获得的粉末进行热处理，热处理温度为800℃，保温时间为30min，升温速率为8℃/min，随炉冷却。
所制得的羟基磷灰石空心微球的平均粒径约为2μm，比表面积为55-65m2/g。
权利要求
1.一种羟基磷灰石空心微球的制备方法，由下述步骤组成(1)以四水硝酸钙和磷酸氢二铵为原料，按钙磷摩尔比为1.67的比例，以化学沉淀法制备羟基磷灰石料浆；(2)以体积比计，用蒸馏水将上述羟基磷灰石料浆按5∶1的比例稀释，同时以稀释后羟基磷灰石料浆体积计，按0.01～0.07g/ml的浓度加入碳酸氢铵，混合、搅拌均匀；(3)在300～500转/分钟的磁力搅拌速度下，将上述混合溶液以喷嘴直径为0.5mm或1mm，进风温度为160-190℃，排风温度为80-100℃，进料量为15-20ml/min的条件，进行喷雾干燥；(4)将喷雾干燥后获得的粉末，以温度为20-800℃的条件，置于电阻炉中进行热处理，热处理时间为30-120min，即制得球壳由纳米晶粒组成的羟基磷灰石空心微球。
2.如权利要求1所述羟基磷灰石空心微球的制备方法，其特征是步骤(1)所述羟基磷灰石料浆中Ca(NO3)2·4H2O和(NH4)2HPO4的质量与最终所得料浆的体积，以g/ml计，比例为2.98∶1∶17。
3.如权利要求1所述羟基磷灰石空心微球的制备方法，其特征是步骤(1)所述化学沉淀法以下述反应式完成。
4.如权利要求1所述羟基磷灰石空心微球的制备方法，其特征是步骤(2)所述单位体积料浆内加入碳酸氢铵的量为0.03～0.05g/ml。
5.如权利要求1所述羟基磷灰石空心微球的制备方法，其特征是步骤(3)所述进风温度为170-180℃，排风温度为85-95℃。
6.如权利要求1所述羟基磷灰石空心微球的制备方法，其特征是步骤(4)所述热处理温度和时间设定不同，产品羟基磷灰石空心微球壳的纳米晶粒结晶度不同。
7.如权利要求1或6所述羟基磷灰石空心微球的制备方法，其特征是步骤(4)所述热处理温度为100-600℃，热处理时间为30-80min。
8.如权利要求7所述羟基磷灰石空心微球的制备方法，其特征是步骤(4)所述热处理温度为300-600℃，热处理时间为40-70min。
9.如权利要求8所述羟基磷灰石空心微球的制备方法，其特征是步骤(4)所述热处理温度为400-500℃，热处理时间为50-60min。
全文摘要
本发明公开了一种羟基磷灰石空心微球的制备方法，是以四水硝酸钙和磷酸氢二铵为原料，采用湿法中的化学沉淀法，制备羟基磷灰石料浆；然后用蒸馏水将羟基磷灰石料浆稀释，并加入作为添加剂的碳酸氢铵，搅拌均匀后，进行喷雾干燥，结合后续热处理，得到由纳米晶粒组成的羟基磷灰石空心微球。利用本发明方法所得的产品，微球由纳米晶粒组成，粉体尺寸小，粒度均匀，比表面积大，空心率高，结晶度较低；不但具有优异的生物相容性、较好的球形度；而且，整个制备方法过程简单，成本较低。本发明所制得的羟基磷灰石空心微球，可望在可注射式药物缓释载体、骨缺损填充物以及分离和提纯等领域得到应用。
文档编号A61L27/00GK1903706SQ20061006967
公开日2007年1月31日 申请日期2006年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者吕宇鹏, 孙瑞雪, 李木森 申请人:山东大学