专利名称：磷酸钙纳米颗粒的制备方法
技术领域：
一种用于制备尺寸可控的磷酸钙纳米颗粒的制备方法，属于新型材料技术领域。
背景技术：
磷酸钙与人体硬组织的无机成分基本一致，其生物相容性、界面生物活性均优于各类医用钛、硅橡胶及植骨用碳素材料，还有极好的骨传导性和与骨结合的能力，加上无毒副作用，无致癌作用，所以被广泛用作硬组织修复材料和骨填充材料。随着检测技术和纳米科学的发展，近来人们发现人体硬组织是由许多尺寸小于50纳米的磷酸钙颗粒均匀分散在有机成分中而构成的。此外，纳米磷酸钙的新用途也被不断的开发出来，例如研究发现在将磷酸钙颗粒用于DNA转染的过程中，颗粒越小越有利于提高转染效率；20纳米的磷酸钙球形颗粒有望通过充填牙小管而治疗牙齿的超敏反应等。对于人体硬组织的更深层次的探索，模拟和仿真以及对纳米磷酸钙的新功能的开发应用要求合成出更小尺寸的磷酸钙球形颗粒。目前，用于制备纳米磷酸钙的方法主要有溶胶一凝胶法、固相反应法、水热法等，采用这些方法制备的磷酸钙通常为片、针、棒状或者不规则颗粒状，尺寸均大于100纳米，而且，团聚现象严重，无法实现单分散。随后提出的微乳液法和正相胶束法等，能够在一定程度上人为地控制合成的颗粒的形貌和尺寸，而且，制得的粉末的分散性较好.例如Bose和SahaSusmita Bose；SusantaKumar Saha Chem.Mater.2003，15，4464-4469，以NP-5和NP-12NP-5为(poly(oxyethylene)5nonylphenol ether；NP-12为poly(oxyethylene)12 nonylphenol ether)为表面活性剂，以环己烷为油相，以Ca(NO3)2和H3PO4为反应物，采用微乳液法合成出颗粒尺寸在30nm与50nm之间，针状，片状和球状形貌的HAP.但是，这类制备方法成本高，产量低，而且，如何将引入的大量有机物彻底去除又成为材料制备过程中的一个新问题；而Yao Jia等人，Masafumi Uota；Hiroshi Arakawa；Nana Kitamura；Takumi Yoshimura；Junzo Tanaka；Tsuyoshi Kijima Langmuir 2005，21，4724-4728，则选择十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为阳离子表面活性剂，采用正相胶束法合成出了厚度为50-100nm，长度为500-1000nm的短棒HAP颗粒。他们的工作表明，采用CTAB为表面活性剂可以有效的控制制得的磷酸钙颗粒的形貌，但却没有更加系统的探讨在合成过程中CTAB所起到的形貌控制作用机理，从而忽略了依据临界胶束浓度(CMC)理论能够更好地调控形成磷酸钙颗粒的尺寸、形貌这一重要内容。
发明内容
为了克服已有制备方法的缺点，本发明提出一种制备简单，成本低，可控制颗粒尺寸制备纳米磷酸钙颗粒的有效方法。
本发明提供磷酸钙纳米颗粒的制备方法，总的技术构思是将含有钙离子的溶液缓慢滴加到含有磷酸根离子和十六烷基三甲基溴化氨(CTAB)的混合溶液中，然后滴加碱溶液调节溶液pH值，得到磷酸钙溶胶，过滤出沉淀，洗涤干燥，得到磷酸钙纳米颗粒。制备步骤如下(1)在十六烷基三甲基溴化氨(CTAB)溶液中滴加磷酸氢二钠溶液，其中CTAB在最终溶液中的浓度为3～10×10-4M，磷酸根离子在最终溶液中的浓度为0.5～6×10-3M，滴加速度为1～3滴/秒，滴加的同时伴随搅拌，搅拌速度为200～400转/分，保持体系反应温度为20～30℃；(2)向溶液(1)中滴加浓度为1M的碱溶液调节pH值为9～11，其中的碱为氨水、NaOH、KOH中的任何一种；(3)溶液(2)搅拌30～60分钟后，向其中缓慢滴加含钙离子的溶液，滴加速度为1～2滴/秒，得到磷酸钙溶胶，滴加含钙离子溶液的同时，用浓度为1M的碱溶液调节溶液的pH为9～11，加入的钙离子在最终溶液中的浓度为0.5～10×10-3M，加入磷酸根离子的量与加入钙离子的量的摩尔比为Ca∶P＝1～1.67∶1；(4)继续搅拌溶胶(3)20～24小时后，抽滤，除去上清夜，得到磷酸钙沉淀，用去离子水反复冲洗至沉淀中不含有CTAB为止，放入40～50℃真空烘箱中烘干20～24小时，得到磷酸钙干粉；(5)研磨(4)中制得的干粉，得到平均粒径小于100纳米的磷酸钙颗粒。
本发明的磷酸钙颗粒，由部分结晶态的(Ca10(PO4)6(OH)2)和部分无定形磷酸钙(Ca3(PO4)2)构成，两种物相比例约为6∶4；在饱和水蒸气中与水的接触角为20～23°；其表面电势表现为负电性。
本发明的制备方法，利用溶液中阳离子型表面活性剂CTAB在超过其临界胶束浓度(CMC)时将形成球状胶束这一机理，将磷酸根离子固定在一定的位置上，限制矿化在特定位置上发生，从而得到球形磷酸钙颗粒；通过在CMC浓度范围内形成的球状胶束尺寸最小，控制CTAB的浓度在CMC浓度以及偏离CMC浓度一定范围内变化，从而使得得到的纳米磷酸钙颗粒尺寸也可以在一定范围内变化；此外，由于CTAB的存在，增加了形成颗粒的稳定性，从而得到单分散的纳米磷酸钙颗粒。因此，采用本发明的方法可以得到颗粒尺寸小于100纳米的单分散磷酸钙球形颗粒，能够通过改变表面活性剂CTAB的浓度，控制制得的纳米颗粒的平均直径在20，40和80纳米变化，所用原材料便宜易得，制备工艺简单，成本低。
具体实施例方式
实施例1一种磷酸钙纳米颗粒，其制备过程依次为1.保持反应温度为25℃的环境下，在79ml去离子水中加入浓度为0.09M的CTAB溶液1.11ml，伴随搅拌，搅拌速度为200转/分；2.上述第一步溶液搅拌30分钟后，向其中滴加浓度为0.3M的磷酸氢二钠溶液0.167ml，滴加速度为1滴/秒，滴加的同时伴随搅拌；3.上述第二步溶液搅拌30分钟后，向其中滴加浓度为1M的氨水，调节溶液pH为10，滴加的同时伴随搅拌；4.上述第三步溶液搅拌30分钟后，向其中缓慢滴加浓度为0.0025M的硝酸钙溶液20ml，滴加速度为1滴/秒，在滴加氯化钙溶液的过程中，用浓度为1M的氨水随时调节溶液在9-11的区间内，得到磷酸钙溶胶，最终反应液的pH值为10；5.上述第四步溶胶搅拌20小时后，抽滤，除去上清液，用去离子水反复冲洗沉淀至无CTAB，将沉淀置于40℃真空烘箱中干燥24小时，随后研磨，制得磷酸钙纳米颗粒，颗粒的直径范围为10～25纳米，平均直径为20纳米。
实施例2一种磷酸钙纳米颗粒，其制备过程依次为1.保持反应温度为30℃的环境下，在230ml去离子水中加入浓度为0.09M的CTAB溶液2ml，伴随搅拌，搅拌速度为300转/分；2.上述第一步溶液搅拌60分钟后，向其中滴加浓度为0.3M的磷酸氢二钠溶液6ml，滴加速度为2滴/秒，滴加的同时伴随搅拌；3.上述第二步溶液搅拌30分钟后，向其中滴加浓度为1M的氢氧化钠，调节溶液pH为9，滴加的同时伴随搅拌；4.上述第三步溶液搅拌30分钟后，向其中缓慢滴加浓度为0.05M的氯化钙溶液60ml，滴加速度为1滴/秒，在滴加氯化钙溶液的过程中，用浓度为1M的氢氧化钠随时调节溶液pH在9-11的区间内，得到磷酸钙溶胶，最终反应液的pH值为9；5.上述第四步溶胶搅拌24小时后，抽滤，除去上清液，用去离子水反复冲洗沉淀至无CTAB，将沉淀置于45℃真空烘箱中干燥22小时，随后研磨，制得磷酸钙纳米颗粒，颗粒的直径范围为30～45纳米，平均直径为40纳米。
实施例3一种磷酸钙纳米颗粒，其制备过程依次为1.保持反应温度为20℃的环境下，在230ml去离子水中加入浓度为0.09M的CTAB溶液1ml，滴加的同时伴随搅拌，搅拌速度为400转/分；2.上述第一步溶液搅拌60分钟后，向其中滴加浓度为0.3M的磷酸氢二钠溶液6ml，滴加速度为3滴/秒，滴加的同时伴随搅拌；3.上述第二步溶液搅拌30分钟后，向其中滴加浓度为1M的氢氧化钾，调节溶液pH为11，滴加的同时伴随搅拌；4.上述第三步溶液搅拌30分钟后，向其中缓慢滴加浓度为0.05M的醋酸钙溶液60ml，滴加速度为2滴/秒，在滴加氯化钙溶液的过程中，用浓度为1M的氨水随时调节溶液pH在9-11的区间内，得到磷酸钙溶胶，最终反应液的pH值为11；5.上述第四步溶胶搅拌24小时后，抽滤，除去上清液，用去离子水反复冲洗沉淀至无CTAB，将沉淀置于50℃真空烘箱中干燥20小时，随后研磨，制得磷酸钙纳米颗粒，颗粒的直径范围为70～100纳米，平均直径为80纳米。
权利要求
1.一种磷酸钙纳米颗粒，由部分结晶态的(Ca10(PO4)6(OH)2)和部分无定形磷酸钙(Ca3(PO4)2)构成，平均粒径小于100纳米的磷酸钙颗粒，其制备方法步骤如下(1)在十六烷基三甲基溴化氨溶液中滴加磷酸氢二钠溶液，其中CTAB在最终溶液中的浓度为3～10×10-4M，磷酸根离子在最终溶液中的浓度为0.5～6×10-3M，滴加的同时伴随搅拌，保持体系反应温度为20～30℃；(2)向溶液(1)中滴加浓度为1M的碱溶液并保持pH值在9～11之间；(3)溶液(2)搅拌30～60分钟后，缓慢滴加含钙离子的溶液，得到磷酸钙溶胶，滴加含钙离子溶液的同时，用浓度为1M的碱溶液调节溶液的pH为9～11，加入的钙离子在最终溶液中的浓度为0.5～10×10-3M，加入磷酸根离子的量与加入钙离子的量的摩尔比为Ca∶P＝1～1.67∶1；(4)继续搅拌磷酸钙溶胶(3)20～24小时后，抽滤，除去上清夜，得到磷酸钙沉淀，用去离子水反复冲洗至沉淀中不含有CTAB为止，放入烘箱中烘干，得到磷酸钙干粉；(5)研磨(4)中制得的磷酸钙干粉，得到平均粒径小于100纳米的磷酸钙颗粒。
2.根据权利要求1所述的磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其持征是所述搅拌速度为200转/分，滴加速度为1～3滴/秒。
3.根据权利要求1所述的磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其持征是所述碱为氨水、NaOH、KOH中的一种。
4.根据权利要求1所述的磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其持征是所述磷酸钙溶胶的烘干温度为40℃，时间为24小时。
5.根据权利要求1所述的磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其持征是所述含钙离子的溶液为氯化钙、硝酸钙和醋酸钙。
全文摘要
本发明涉及一种磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其制备方法是将含有钙离子的溶液缓慢滴加到含有磷酸根离子和十六烷基三甲基溴化氨(CTAB)的混合溶液中，然后滴加碱溶液调节溶液pH值，得到磷酸钙溶胶，待反应完全后，过滤出沉淀。沉淀经多次洗涤，再真空干燥，得到磷酸钙纳米颗粒，颗粒平均直径小于100纳米。通过改变反应过程中添加的CTAB的含量，可以有效的改变制得的纳米磷酸钙颗粒的直径在20～80纳米之间变化，具有工艺简单，成本低，可控制颗粒尺寸的特点。
文档编号B82B3/00GK1931713SQ200610053670
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者唐睿康, 蔡玉荣, 陶锦晖, 胡晴红 申请人:浙江大学