专利名称：生物医用的α-Ca(HPO<sub>4</sub>)<sub>x</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>1-x</sub>·1/2H<sub>2</sub>O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a -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。无水CaSO4多被用作石膏绷带，エ艺品和建筑材料。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 · I/2Η20和 β-CaSO4 · 1/2Η20。据 Thomas, Μ. V. (Journal of Biomedical Materials ResearchPart 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 · 1/2H20和β -CaSO4 · 1/2H20两者的结构差异很小，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，a -CaSO4 · 1/2Η20水化后的CaSO4 · 2Η20具有更高的強度和较小的可吸收速率，这在一定程度上缓解了传统硫酸钙材料在体内吸收过快的问题。但是，由于所形成CaSO4 · 2Η20的体内降解速度仍快于新骨的形成速度，其骨修复性能受到一定的影响。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ー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Caltl (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。但这些复合材料只是将硫酸钙和磷酸钙简单共混，利用二者的降解速率不同来调节材料的降解速率，并没有从结构上改变材料本身，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a -Ca(HPO4)x (SO4) · 1/2Η20的固溶体颗粒及其制备方法。本发明的a -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a -Ca(HPO4)x(SO4) · 1/2Η20固溶体颗粒，颗粒尺寸为30 100 μ m，X的取值范围为O. 03 O. 25。a -Ca(HPO4)x(SO4) · 1/2Η20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)将一水合柠檬酸溶于去离子水中，制成电解质溶液；
3)将步骤I)制得的CaS04*2H20和步骤2)制得的电解质溶液混合，制得悬浊液；
4)将磷酸盐和步骤3)制成的悬浊液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，然后酒精过滤，烘干，获得a -Ca(HPO4)x(SO4)1^ · 1/2Η20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a -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a-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a-CaSO4 · 1/2Η20, ΗΡ042_的存在可以阻碍a -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a -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 a -Ca(HPO4)x(SO4)1^ · 1/2Η20 的固溶体颗粒的 SEM 图。图2 为 a -Ca(HPO4)x(SO4)1^ · 1/2Η20 的固溶体颗粒的 XRD 图 3 为 a -Ca (HPO4)x (SO4) & · 1/2H20 的固溶体颗粒的 DTA-TG 图。图4 为 a -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20 的固溶体颗粒的 EDS 图。
具体实施例方式实施例I
1)将CaCl2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小时，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O.4g的一水合柠檬酸溶于400ml的去离子水中，制成电解质溶液；
3)将IOg步骤I)制得的CaSO4·2Η20和步骤2)制得的电解质溶液混合，制得悬浊液； 4)将Ig的CaHPO4·2Η20和步骤3)制成的悬浊液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. 1，反应在130°C的水热条件下进行，反应时间为10小时，反应后的样品用酒精过滤3次，再60°C烘干，获得a -Ca(HPO4)ο.07(SO4)ο.93· I/2Η20的固溶体颗粒，其颗粒尺寸为30 60μπι。实施例2
1)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小时，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O.4g的一水合柠檬酸溶于400ml的去离子水中，制成电解质溶液；
3)将IOg步骤I)制得的CaSO4·2Η20和步骤2)制得的电解质溶液混合，制得悬浊液；
4)将4.16g的Na2HPO4 · 12H20和步骤3)制成的悬浊液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. 2，反应在140°C的水热条件下进行，反应时间为8小时，反应后的样品用酒精过滤3次，再60°C烘干，获得a -Ca(HPO4)ο. 15(SO4)ο.85 · 1/2Η20的固溶体颗粒。其SEM图如图I所示由图可见颗粒为六方棱柱结构，且颗粒尺寸约为30 50 μ m0XRD图如图2所示曲线I为半水硫酸钙的标准卡片，曲线2为a -Ca(HPO4)ο. 15 (SO4)ο.85 · 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图进一步分析可知曲线I的差热和曲线2的失重都说明颗粒为 a-CaS04 · 1/2H20 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a -Ca (HPO4) ο. 15 (SO4) ο. 85 · 1/2Η20 的固溶体颗粒。实施例3
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小时，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O.4g的一水合柠檬酸溶于400ml的去离子水中，制成电解质溶液；
3)将IOg步骤I)制得的CaSO4·2Η20和步骤2)制得的电解质溶液混合，制得悬浊液；
4)将2.37g的KH2PO4和步骤3)制成的悬浊液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. 3,反应在150°C的水热条件下进行,反应时间为6小时,反应后的样品用酒精过滤3次，再60 V烘干，获得a -Ca (HPO4) 0.21 (SO4) 0.79 · 1/2Η20的固溶体颗粒，其颗粒尺寸为40 100 μ m。
权利要求
1.生物医用的Q-Ca(HPO4)X(SO4)1-^lAH2O的固溶体颗粒，其特征在于它是在水热条件下，CaSO4中的部分SO/—被HPO42-取代，形成的α -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20固溶体颗粒，颗粒尺寸为30 100 μ m，X的取值范围为O. 03 O. 25。
2.制备权利要求I所述的α-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)将一水合柠檬酸溶于去离子水中，制成电解质溶液； 3)将步骤I)制得的CaS04*2H20和步骤2)制得的电解质溶液混合，制得悬浊液； 4)将磷酸盐和步骤3)制成的悬浊液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，然后酒精过滤，烘干，获得a -Ca(HPO4)x(SO4)1^ · 1/2Η20的固溶体颗粒。
3.按权利要求2所述的α-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α-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α-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α-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α-Ca(HPO4)x(SO4)1-x·1/2H2O的固溶体颗粒。本发明制备的α-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A61L27/12GK102815683SQ20121032797
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, 黄海生 申请人:浙江大学