生物医用的β-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒及其制备方法

专利名称：生物医用的β-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒及其制备方法
技术领域：
本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及ー种β -Ca(HPO4)x(SO4) · 1/2Η20的固溶体颗粒及其制备方法。
背景技术：
硫酸钙作为人工骨修复材料已有百年的历史，并以其良好的生物相容性、骨传导性，体内降解可吸收性和高的抗压强度等特性使其成为无机骨修复材料的研究热点并广泛用于骨修复中。
硫酸钙主要有无水CaSO4, CaSO4 · 1/2Η20和CaSO4 · 2Η20。三者在一定条件下可以相互转化。而医用硫酸钙主要是CaSO4 · 1/2Η20和其水化后的CaSO4 · 2Η20,且CaSO4 · 2Η20常被用作晶种添加于CaSO4 · 1/2Η20中，加速CaSO4 · 1/2Η20的水化成CaSO4 · 2Η20。其中 CaSO4 · 1/2Η20 又分为 a -CaSO4 · 1/2Η20 和 β -CaSO4 · 1/2Η20。据 Thomas, Μ. V.(Journal of Biomedical Materials Research Part B, 2009, 88B(2): P. 597-610)
、Chen, H. (Journal of Craniofacial Surgery, 2010, 21(1): P. 188-197)和 Guan,B. H. (J. Chem. Eng. Data, 2009，54(3) : P. 719-725.)报道，a-CaSO4 · I/2H20和β -CaSO4 · 1/2Η20两者的结构差异很小，但是a -CaSO4 · 1/2Η20的晶粒较大，具有六方棱柱结构；且在DTA分析中，a-CaSO4 · 1/2Η20在吸热峰之后有个很小的放热峰，而β-CaSO4 · 1/2Η20却没有这个放热峰；且在相同水灰比的条件下，β-CaSO4 · I/2Η20水化后的CaSO4 · 2Η20具有较低的強度和较高的可吸收速率，这在一定程度上限制了β -CaSO4 · 1/2Η20在临床的应用。目前，同样作为生物活性材料的磷酸钙也被广泛应用于骨修复中。研究者主要利用磷酸钙具有和人体硬组织相似的组成成分，已被证明具有良好的生物相容性和骨传导性，但是，通常其降解缓慢，在体内存留时间长，达不到在治疗期内完全降解的要求，影响了新骨的长入，这也成为研究者和企业迫切需要解决的问题。针对硫酸钙降解过快和磷酸钙难以降解的问题而进行的研究很多。主要的研究和专利都是基于硫酸钙和磷酸钙的降解速率不同，利用两种成分比例的不同调节降解速度，从而使之与人体骨组织生长速度相匹配。如专利号为CN200710063903. 4的中国发明专利公开了ー种新型无机植骨材料，由β -Ca3(PO4)2和a -CaSO4 · 1/2Η20的按一定的质量分数配比组成；申请号为201010201897.6的中国发明专利申请公开了一种自成孔磷酸钙骨水泥支架的制备方法，将一定硫酸钙加入到可注射磷酸钙骨水泥，制备出新型的复合骨水泥；申请号为201010185090. 8的中国发明专利申请公开了ー种基于纳米Ca10(PO4)6(OH)2和CaSO4 · 1/2Η20的复合骨修复材料及其制备方法，将a -CaSO4 · 1/2H20、Caltl (PO4) 6 (OH) 2和添加剂形成复合骨修复材料。但这些复合材料多是利用a-CaSO4 · 1/2Η20和磷酸钙简单共混，利用二者的降解速率不同来调节材料的降解速率，并没有利用β -CaSO4 ·1/2Η20或是从结构上改变硫酸钙本身，使之具有新的特性以满足临床应用的需求。

发明内容
本发明的目的在于提供ー种具有固溶结构的生物医用β -Ca(HPO4)x (SO4) · 1/2Η20的固溶体颗粒及其制备方法。本发明的β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20的固溶体颗粒，是在水热条件下，CaSO4中的部分SO42-被HPO42-取代，形成的β-Ca (HPO4)x(SO4)H · 1/2Η20固溶体颗粒，颗粒尺寸为30 80 μ m，X的取值范围为O. 03 O. 25。β -Ca(HPO4)x(SO4) · 1/2 Η20的固溶体颗粒的制备方法，包括以下步骤
1)将溶于水的含钙化合物和含硫化合物溶于去离子水中，分别配制成溶液，在常温下按Ca/S的摩尔比为I: I混合，搅拌下反应2小时后，依次用去离子水和酒精过滤，烘干，获得 CaSO4 · 2H20 ；
2)将磷酸盐和步骤I)制得的CaSO4CH2O与去离子水搅拌混合后放入反应釜中，使混合液中的P/S的摩尔比为O. 05 O. 5，在130 150°C的水热条件下，反应6 10小时，然后用酒精过滤，烘干，获得P-Ca(HPO4)x(SO4)^* 1/2H20的固溶体颗粒。上述制备方法中，所述的溶于水的含钙化合物为CaN03、CaCl2或Ca(OH)2 ;所述的溶于水的含硫化合物是H2S04、Na2SO4, K2SO4或MgSO4 ;所述的磷酸盐是Ca(H2PO4)2 · H2O,CaHPO4 *2H20,Ca3 (PO4) 2,Ca10 (PO4) 6 (OH) 2,NaH2PO4,Na2HPO4 · 12H20,Na3PO4,KH2PO4,K2HPO4 ·3Η20或 K3PO4。本发明在水介质中引入磷酸盐，并通过水热处理，使CaSO4 · 2Η20在一定的压カ和温度的下进行溶解和重结晶，在重结晶的过程中，溶液中的HPO42-取代部分SO/—形成β -Ca(HPO4)x(SO4) · 1/2Η20 的固溶体颗粒。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果
本发明合成的β-Ca (HPO4)x (SO4) h · 1/2H20固溶体颗粒在结构上就不同于以往硫酸钙和磷酸钙的多相复合材料。相比于纯的β-CaSO4 · 1/2Η20, ΗΡ042_的存在可以阻碍β -Ca (HPO4) X(SO4)H · 1/2Η20 向 Ca (HPO4) x (SO4)ヒ· 2Η20 的转变和 Ca (HPO4) x (SO4)ヒ· 2Η20网络的构建，因此，延长β-Ca (HPO4)x (SO4) · 1/2Η20的水化时间，同时，生成的Ca(HPO4)x (SO4) h ·2Η20也显示出更慢的降解特性。该固溶体颗粒显示出不同的水化和降解特性，可以改善其注射性能和生物降解性能，可广泛地用于骨填充材料、骨水泥等生物医学用材料领域，具有良好的临床应用前景。本发明制备方法简单易行，操作简单，成本低，易于产业化。


图I 为 β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20 固溶体颗粒的 SEM 图。图2 为 β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20 固溶体颗粒的 XRD 图。图3 为 β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20 固溶体颗粒的 DTA-TG 图。图4 为 β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20 固溶体颗粒的 EDS 图。
具体实施例方式实施例I1)将CaNO3和K2SO4溶于去离子水中，分别配制成溶液，在常温下按Ca/S的摩尔比为I I混合，反应在不断地搅拌下进行，反应温度为室温，反应时间为2小吋，反应后用去离子水过滤3次，酒精过滤一次，再60°C烘干，获得CaSO4 · 2H20 ；
2)将Ig的CaHPO4·2Η20和IOg的步骤I)制得的CaSO4 ·2Η20在400ml的去离子水中搅拌混合，混合后的悬浊液放入反应釜中，在130°C的水热条件下，反应10小时，反应后的样品用酒精过滤3次，再60°C烘干，获得β -Ca(HPO4)atl6(SO4)a94 · I/2Η20的固溶体颗粒，其颗粒尺寸为30-80 μ m。实施例2
1)将CaCl2和Na2SO4溶于去离子水中，分别配制成溶液，在常温下按Ca/S的摩尔比为I I混合，反应在不断地搅拌下进行，反应温度为室温，反应时间为2小吋，反应后用去离子 水过滤3次，酒精过滤一次，再60°C烘干，获得CaSO4 · 2H20 ；
2)将4. 16g 的 Na2HPO4 · 12H20 和 IOg 的步骤 I)制得的 CaSO4 · 2H20 在 400ml 的去离子水中搅拌混合，混合后的悬浊液放入反应釜中，在140°C的水热条件下，反应8小时，反应后的样品用酒精过滤3次，再60°C烘干，获得β -Ca(HPO4)ο. 14 (SO4)ο.86 · 1/2Η20的固溶体颗粒，其颗粒尺寸为20-60 μ m。实施例3
1)将CaNO3和Na2SO4溶于去离子水中，分别配制成溶液，在常温下按Ca/S的摩尔比为I I混合，反应在不断地搅拌下进行，反应温度为室温，反应时间为2小吋，反应后用去离子水过滤3次，酒精过滤一次，再60°C烘干，获得CaSO4 · 2H20 ；
2)将2.37g的KH2PO4和IOg的步骤I)制得的CaSO4 · 2H20在400ml的去离子水中搅拌混合，混合后的悬浊液放入反应釜中，在150°C的水热条件下，反应6小时，反应后的样品用酒精过滤3次，再60°C烘干，获得β -Ca(HPO4)ο.2(SO4)ο.8 · 1/2Η20的固溶体颗粒。其SEM图如图I所示由图可见颗粒的尺寸为30 80 μ m。XRD图如图2所示曲线I为半水硫酸钙的标准卡片，曲线2为β -Ca (HPO4) ο. 2 (SO4) ο. 8 · 1/2Η20的固溶体颗粒；曲线2表明颗粒为CaSO4 · 1/2Η20晶相。并由图3的DTA-TG图进ー步分析可知曲线I的差热和曲线2的失重都说明颗粒的晶相为β -CaSO4 · 1/2Η20晶相。EDS图如图4所示。颗粒中含有硫元素和磷元素，即颗粒为β -Ca(HPO4)ο.2(SO4)ο.8 · 1/2Η20 的固溶体颗粒。
权利要求
1.生物医用的P-Ca(HPO4)X(SO4)1-^lAH2O的固溶体颗粒，其特征在于它是水热条件下，CaSO4中的部分SO/—被HPO42-取代，形成的β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20固溶体颗粒，颗粒尺寸为30 80 μ m，X的取值范围为O. 03 O. 25。
2.制备权利要求I所述的β-Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20的固溶体颗粒的方法，其特征在于包括以下步骤 1)将溶于水的含钙化合物和含硫化合物溶于去离子水中，分别配制成溶液，在常温下按Ca/S的摩尔比为I: I混合，搅拌下反应2小时后，依次用去离子水和酒精过滤，烘干，获得 CaSO4 · 2H20 ； 2)将磷酸盐和步骤I)制得的CaSO4CH2O与去离子水搅拌混合后放入反应釜中，使混合液中的P/S的摩尔比为O. 05 O. 5，在130 150°C的水热条件下，反应6 10小时，然后用酒精过滤，烘干，获得P-Ca(HPO4)x(SO4)^* 1/2H20的固溶体颗粒。
3.按权利要求2所述的β-Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20的固溶体颗粒的制备方法，其特征在于所述的溶于水的含钙化合物为CaN03、CaCl2或Ca (OH) 2。
4.按权利要求2所述的β-Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20的固溶体颗粒的制备方法，其特征在于所述的溶于水的含硫化合物是H2S04、Na2SO4, K2SO4或MgS04。
5.按权利要求2所述的β-Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20的固溶体颗粒的制备方法，其特征在于所述的磷酸盐是 Ca (H2PO4) 2 · H2O' CaHPO4 · 2H20、Ca3 (PO4)2, Ca10 (PO4) 6 (OH) 2、NaH2PO4、Na2HPO4 · 12H20、Na3PO4' KH2PO4' K2HPO4 · 3Η20 或 K3PO4。
全文摘要
本发明公开了一种β-Ca(HPO4)x(SO4)1-x·1/2H2O的固溶体颗粒及其制备方法。采用湿化学方法、经热处理促使CaSO4中的部分SO42-被HPO42-取代，获得组成和比例均可调节β-Ca(HPO4)x(SO4)1-x·1/2H2O的固溶体颗粒。本发明制备的β-Ca(HPO4)x(SO4)1-x·1/2H2O的固溶体颗粒可以广泛地用于骨填充材料、骨水泥等生物医用材料领域。
文档编号A61L27/12GK102815682SQ20121032795
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者程逵, 章华勇, 翁文剑 申请人:浙江大学