专利名称：一种多孔羟基磷灰石花状微球及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种多孔 羟基磷灰石花状微球及其制备方法，属于无机材料的制备领域。
背景技术：
目前按照造孔(或成孔)原理，多孔羟基磷灰石(Caltl(PO4)6 (OH)2, HAP)的制备方法可分为仿生法(Dominic Walsh, Chem Mater, 1996, 8, 1994-2001;毛传斌，化学进展，1998，9，246-254)，烧结法(H，USPatent, 1987-06-17)，造孔剂法，发泡剂法，模板法(Hing KA, J Mater Sc1:Mater in Medicine, 1999，10，135-145),三维设计快速成型技术等七大类。目前绝大部分的研究机构均致力于通过把HAP粉体与造孔剂等混合，经过煅烧后使造孔剂燃烧或者分解去除，最终制成多孔HAP。Ryshkewitch等(Arita I H, Biomaterials, 1995, I
6,403-408 ;E, J Am Ceram Soc, 1953，36，65-68;Klein C1Biomaterials, 1994，15,31-34)利用气体分解法制备了多孔 HAP。Liu (Dean-Mo, Biomaterials, 1996，17，1955-1957)使用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为造孔剂并且控制PVB的颗粒直径来进一步控制多孔HAP的孔隙结构。姚秀敏等(姚秀敏，功能材料与器件学报，2000，6，153-156;姚秀敏，无机材料学报，2000，3，467-472)分别使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，无机物碳粉作为造孔剂，最终制得多孔 HAP。使用预制体成型法(Hassna RR1Biomaterials, 2003, 24, 3293-3302;Pierre L, JAm Ceram Soc,1998, 81, 1421-1428;Tancred D C，Biomaterials, 1998，19，2303-2311; Yang X，J Mater Chem, 1998，8，2233-2237;赵俊亮，中国陶瓷，2003，39，4-7)，首先制作孔隙开放的预制体，然后将其与羟基磷灰石混合，经过烧结或其它途径去除预制体从而形成多孔HAP。发泡剂法就是以过氧化氢，以聚乙烯醇等水溶性聚合物为粘结剂，或者也可以用聚乙烯醇缩丁醛或甲基纤维素(Engin N O, J Europ Ceram Soc, 1999，19，2569-2572)作发泡剂来制备多孔HAP。模板合成技术是制备有序多孔材料的有效手段，是一种生物模拟合成材料的方法。主要是将无机物前体在模板剂的作用下，借助有机超分子/无机物的界面作用，形成具有一定结构和形貌的无机材料。有时，还需要加入催化剂或助剂(如共溶剂等)。其形成过程主要有水热或溶剂热合成法和酸性室温合成法，以及溶胶-凝胶法。然后除去溶剂，经煅烧或化学处理除去模板剂，得到多孔材料(He Q J，Mater Lett, 2007,61, 141-143;秦振平，化工进展，2002，21，323-327)。三维设计快速成型技术目前仍处于开发阶段，还需要较长的时间才能真正应用于组织工程。无论是采用哪种方法，都需要添加有机物并且复杂的反应步骤才能制备出多孔羟基磷灰石。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种简单的多孔羟基磷灰石花状微球及其制备方法。技术方案:为实现上述目的，本发明的多孔羟基磷灰石花状微球的制备方法包括以下步骤:
(I)将CaO加入80° C蒸馏水消化成质量浓度为1% 10%的Ca (OH) 2浆液，消化时间在IOh以上，保证CaO消化完全；室温下，并在机械搅拌中向浆液通入C02/N2混合气体(CO2和N2摩尔比是0.1 0.5，速度是lL/min,反应体系pH值达到7时停止反应；然后加入Al (OH)3溶液，钙与铝的摩尔比在5:1 50:1 ;(2)60° C搅拌条件下加入磷酸盐溶液，反应2 4h后离心、洗涤沉淀直至溶液PH值达到7，离心、干燥后得到多孔羟基磷灰石花状微球粉末产品。其中，所述的磷酸盐可以为磷酸氢二钠、磷酸钠中的一种。所述步骤(1)与步骤(2)中的搅拌条件为200 600转/分钟。所述步骤(2)中，在反应过程中加入NaOH溶液保持反应体系PH值为10.0。采用上述方法制备得到的多孔羟基磷灰石花状微球，其微球均呈圆球形，表面不光滑，平均粒径为2-4 μ m，分散性很好；每个球形的表面都是多孔，组成这些孔隙结构的纳米粒子均由片状结构的纳米粒子聚集而成的，片层厚度20 30nm，组成的孔隙的直径为200 300nmo有益效果:与现有技术相比，本发明的多孔羟基磷灰石花状微球的制备方法具有以下优点:1、本发明不需要添加复杂的有机物，聚合物等，并且在反应后也不需要因为去除模板增加操作步骤；2、本发明在产物中没有杂质出现，既操作简单，又成本低廉，为其工业化生产奠定了基础，制备的多孔羟基磷灰石花状微球在组织工程、药物传输等领域具有巨大的应用前
景；3、本发明中氢氧化铝的添加，不仅在反应中控制了产品的形貌，而且也促进了羟基磷灰石晶体生长，大大缩短了反应时间。采用本发明的制备方法制得的多孔羟基磷灰石花状微球，具有以下优点:1、该羟基磷灰石花状微球均呈圆球形，平均粒径约2 4 μ m，分散性很好；每个球形的表面都是多孔，组成这些孔隙结构的纳米粒子均由片状结构的纳米粒子聚集而成，片层厚度20 30nm，组成的孔隙的直径为200 300nm ;这种结构可以大大的提高产品的比表面积，对球形产品在分离以及吸附等应用方面起到增强的作用；2、该羟基磷灰石花状微球主要的晶面衍射峰与羟基磷灰石的晶面衍射峰一致，且制备的产品的衍射峰很强，说明样品的结晶度很好，有利于其在色谱分离方面的应用；3、多孔羟基磷灰石花状微球在800° C焙烧6h后不分解，依然为羟基磷灰石的晶体结构，说明其具有很高的热稳定性。
图1本发明在实施例1的工艺条件下制得的多孔羟基磷灰石花状微球的扫描电镜照片；其中，图1a为低倍扫描电镜照片，图1b为高倍扫描电镜照片；图2本发明在实施例1的工艺条件下制得的多孔羟基磷灰石花状微球的X射线衍射图；图3本发明在实施例1的工艺条件下制得的多孔羟基磷灰石花状微球的EDX谱；图4本发明在实施例2的工艺条件下制得的多孔羟基磷灰石花状微球的扫描电镜照片；图5本发明在实施例3的工艺条件下制得的多孔羟基磷灰石花状微球的扫描电镜照片；图6本发明在实施例4的工艺条件下制得的多孔羟基磷灰石花状微球的扫描电镜照片。
具体实施例方式本发明的一种多孔羟基磷灰石花状微球的制备方法，包括如下步骤:首先将CaO加入80° C蒸馏水消化成浓度为1% 10%的Ca(OH)2浆液，消化时间在IOh以上，保证CaO消化完全；在室温下机械搅拌中向Ca (OH) 2浆液通入C02/N2混合气体，CO2和N2摩尔比是0.1 0.5，速度是lL/min，反应体系pH值达到7即停止反应。然后加入Al (OH)3，钙与铝的摩尔比在5:1 50:1 ;加热(通常是60°C )搅拌条件下加入磷酸盐溶液，反应过程中加入NaOH溶液保持反应体系PH为10.0,反应2 4h后将白色沉淀从母液中分离，并且用蒸馏水离心分离洗涤沉淀直至溶液PH值接近中性或达到中性，即PH值接近7或达到7，离心、干燥后得到多孔羟基磷灰石花状微球粉末产品。其中，磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸钠中的一种；步骤(I)与步骤(2)中的搅拌条件为200 600转/分钟。上述方法制备得到的多孔羟基磷灰石花状微球，其均呈圆球形，平均粒径为2 4 μ m,分散性很好；每个球形的表 面都是多孔，这些孔隙结构均为片状结构的纳米粒子聚集而成的，片层厚度20 30nm，组成的孔隙的直径为200 300nm。下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。实施例1:将0.56g CaO加入80° C蒸馏水消化成质量浓度为1%的Ca (OH) 2浆液，消化时间在llh，保证CaO消化完全。室温下，并在机械搅拌中向浆液通入C02/N2混合气体(CO2和N2摩尔比是0.2)，速度是lL/min，反应体系pH值达到7停止反应。再加入Al (OH) 3，钙与铝的摩尔比为20:1。在60° C水浴下电动搅拌，将配制的0.3mol/L磷酸钠溶液滴加20ml，反应过程中加入NaOH溶液保持反应体系PH为10.0，反应2h。离心、洗涤沉淀直至溶液pH值达到7，离心，在80° C干燥24h，得到粉末产品。本实施例中的搅拌条件为200转/分钟。采用场发射扫描电镜观察羟基磷灰石花状微球，如图1所示，羟基磷灰石粒子的形貌均呈圆球形，表面不光滑，平均粒径为4μπι，分散性很好，如图1a所示。进一步观察发现，每个球形的表面都是多孔，组成这些孔隙结构的纳米粒子均由片状结构的纳米粒子聚集而成，片层厚度30nm，组成的孔隙的直径为300nm，如图1b所示。图2为本实施工艺条件下制得的多孔羟基磷灰石花状微球的X射线衍射图；图3为本实施工艺条件下制得的多孔羟基磷灰石花状微球的EDX谱。实施例2:将0.56g CaO加入80° C蒸馏水消化成质量浓度为3%的Ca (OH) 2浆液，消化时间在12h以上，保证CaO消化完全。室温下，并在机械搅拌中向浆液通入C02/N2混合气体(CO2和N2摩尔比是0.3)，速度是lL/min，反应体系pH值达到7停止反应。然后加入Al (OH) 3，钙与铝的摩尔比为10:1。在60° C水浴下电动搅拌，将配制的0.3mol/L Na2HPO4溶液滴加20ml，反应过程中加入NaOH溶液保持反应体系PH为10.0,反应3h。离心、洗涤沉淀直至溶液PH值达到7，离心，在80° C干燥24h后得到粉末产品。本实施例中的搅拌条件为300
转/分钟。图4为本实施工艺条件下制得的多孔羟基磷灰石花状微球的扫描电镜照片。本实施例中制备的多孔羟基磷灰石花状微球的形貌均呈圆球形，表面不光滑，平均粒径为2 μ m，分散性很好，进一步观察发现，每个球形的表面都是多孔，组成这些孔隙结构的纳米粒子均由片状结构的纳米粒子聚集而成，片层厚度20nm，组成的孔隙的直径为200nm。实施例3:将0.56g CaO加入80° C蒸馏水消化成质量浓度为10%的Ca (OH) 2浆液，消化时间在15h，保证CaO消化完全。室温下，并在机械搅拌中向浆液通入C02/N2混合气体(CO2和N2摩尔比是0.5)，速度是lL/min，反应体系pH值达到7停止反应。然后加入Al (OH) 3，钙与铝的摩尔比为5:1。在60° C水浴下电动搅拌，将配制的0.3mol/L磷酸钠溶液滴加20ml，反应过程中加入NaOH溶液保持反应体系PH为10.0,反应4h。离心、洗涤沉淀直至溶液pH值达到7，离心，在80° C干燥24h后得到粉末产品。本实施例中的搅拌条件为400转/分钟。
图5为本实施 工艺条件下制得的多孔羟基磷灰石花状微球的扫描电镜照片。实施例4:将0.56g CaO加入80° C蒸馏水消化成质量浓度为5%的Ca(OH)2浆液，消化时间在18h，保证CaO消化完全。室温下，并在机械搅拌中向浆液通入C02/N2混合气体(CO2和N2摩尔比是3:10)，速度是lL/min，反应体系pH值达到7停止反应。然后加入Al (OH) 3，钙与铝的摩尔比为50:1。在60° C水浴下电动搅拌，将配制的0.3mol/L Na2HPO4溶液滴加20ml，反应过程中加入NaOH溶液保持反应体系PH为10.0,反应2h。离心、洗涤沉淀直至溶液pH值接近中性，离心，在80° C干燥24h后得到粉末产品。本实施例中的搅拌条件为500转/分钟。图6为本实施工艺条件下制得的多孔羟基磷灰石花状微球的扫描电镜照片。本实施例中制备的多孔羟基磷灰石花状微球的形貌均呈圆球形，表面不光滑，平均粒径为3 μ m，分散性很好，进一步观察发现，每个球形的表面都是多孔，组成这些孔隙结构的纳米粒子均由片状结构的纳米粒子聚集而成，片层厚度25nm，组成的孔隙的直径为250nm。实施例5:将0.56g CaO加入80° C蒸馏水消化成质量浓度为8%的Ca (OH) 2浆液，消化时间在IOh以上，保证CaO消化完全。室温下，并在机械搅拌中向浆液通入C02/N2混合气体，CO2和N2摩尔比是0.1，速度是lL/min，反应体系pH值达到7停止反应。然后加入Al (OH) 3，钙与铝的摩尔比为30:1。在60° C水浴下电动搅拌，将配制的0.3mol/L Na2HPO4溶液滴加20ml，反应过程中加入NaOH溶液保持反应体系PH为10.0,反应4h。离心、洗涤沉淀直至溶液PH值达到7，离心，在80° C干燥24h后得到粉末产品。本实施例中的搅拌条件为600转/分钟。本实施例中制备的多孔羟基磷灰石花状微球的形貌均呈圆球形，表面不光滑，平均粒径为2.5 μ m，分散性很好，进一步观察发现，每个球形的表面都是多孔，组成这些孔隙结构的纳米粒子均由片状结构的纳米粒子聚集而成，片层厚度28nm，组成的孔隙的直径为260nmo以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种多孔羟基磷灰石花状微球的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)将CaO加入80°C蒸馏水消化成质量浓度为1% 10%的Ca (OH) 2浆液，消化时间在IOh以上，保证CaO消化完全；室温下，并在机械搅拌中向Ca(OH)2浆液通入C02/N2混合气体，CO2和N2摩尔比是0.1 0.5，速度是lL/min，反应体系pH值达到7时停止反应；然后加入Al (OH)3溶液，钙与铝的摩尔比在5:1 50:1 ； (2)60° C 搅拌条件下加入磷酸盐溶液，反应2 4h后离心、洗涤沉淀直至溶液pH值达到7，离心、干燥后得到多孔羟基磷灰石花状微球粉末产品。
2.根据权利要求1所述的多孔羟基磷灰石花状微球的制备方法，其特征在于:所述的磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸钠中的一种。
3.根据权利要求1所述多孔羟基磷灰石花状微球的制备方法，其特征在于:所述步骤Cl)与步骤(2)中的搅拌条件为200 600转/分钟。
4.根据权利要求1所述多孔羟基磷灰石花状微球的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中，在反应过程中加入NaOH溶液保持反应体系PH值为10.0。
5.一种权利要求1至4任一项所述方法制备得到的多孔羟基磷灰石花状微球，其特征在于:所述多孔羟基磷灰石花状微球均呈圆球形，平均粒径为2 4μπι ;每个球形的表面都是多孔，这些孔隙结构均为片状结构的纳米粒子聚集而成的，片层厚度20 30nm，组成的孔隙的直径为200 300nm。
全文摘要
本发明公开了一种多孔羟基磷灰石花状微球及其制备方法，首先将CaO加入80℃蒸馏水中消化成质量浓度为1%～10%的Ca(OH)2浆液，在室温下机械搅拌中向浆液通入CO2/N2混合气体，反应体系pH值达到7即停止反应；然后在加热搅拌条件下加入Al(OH)3和磷酸盐溶液，反应过程中加入NaOH溶液保持反应体系PH值为10.0，一段时间后离心、洗涤沉淀直至溶液pH值接近中性，离心、干燥，得到多孔羟基磷灰石花状微球粉末产品。本发明不需要添加复杂的有机物、聚合物等，在反应后也不需要因为去除模板增加操作步骤；同时，在产物中也没有杂质出现，既操作简单，又成本低廉，为其工业化生产奠定了基础；制备的多孔羟基磷灰石花状微球在组织工程、药物传输等领域具有巨大的应用前景。
文档编号C01B25/32GK103086339SQ20131005181
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月18日 优先权日2013年2月18日
发明者刘莹, 唐玉霞, 卢光明, 滕兆刚, 朱飞鹏, 杨楠楠 申请人:中国人民解放军南京军区南京总医院