具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末的制备方法，包括以下步骤：配制钙盐溶液和磷酸盐溶液；将钙盐溶液匀速滴加入磷酸盐溶液中，同时用匀速滴加氨水，维持体系pH为10～12；钙盐溶液滴加完毕后，将体系密封，持续搅拌；停止搅拌，陈化，倒去上层上清液，加入乙醇进行分散，处理一段时间，然后经分离、水洗至中性、二次醇洗、干燥，制得具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙白色粉末。本发明所得到的磷酸钙粉末，具有3～8μm、厚度50～150nm的微米多层片状结构，单层具有5～150nm多种大小的纳米级孔径。此外，该方法简便易行、成本低廉、适于规模化生产。
【专利说明】具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生物医用材料【技术领域】的方法，具体是一种具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末及其制备方法。
【背景技术】
[0002]磷酸韩，包括羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA)及其前驱体,是人体骨骼和牙齿中无机相的主要组成。生物矿化的过程中存在大量的无定磷酸钙(amorphous calciumphosphate, ACP)，随年龄的增长，其含量逐渐降低。生物矿化的产物则主要是羟基磷灰石，其理论钙磷比为1.67，而实际往往有所偏低。以各种磷酸钙盐如羟基磷灰石、α-磷酸三钙、磷酸三钙、磷酸四钙、磷酸氢钙、聚磷酸钙等为原料制备的生物医用材料如骨水泥、生物陶瓷等，具有良好的生物相容性、生物活性、骨传导性，有的还具有骨诱导性，因此在生物材料领域，尤其是骨组织工程领域得到了广泛而多变的应用。
[0003]据文献报道，磷酸钙盐的形貌特征，如针状、棒状、球状等，会对材料的生物学特性如细胞黏附、形态、取向等产生影响，因此开发特殊形貌的磷酸钙材料，对于丰富磷酸钙类材料的种类，并扩展其在生物医学领域的应用，有着积极的意义。目前，现有的磷酸钙无机相材料已开发出纳米或微米尺度的针状、棒状、球状、网状、中空等多种不同的复杂形貌特征。此外，还有同时具有微米大孔及纳米小孔的微纳米复合结构的支架材料的相关研究，这类材料在提供适于细胞攀附生长的微米级孔径外，其纳米孔径还能进一步提供营养物质及气体交换的通道，进一步 提高材料的生物活性。
[0004]本发明针对上述背景，提供一种具有特殊形貌的、微纳米特征相结合的、多尺度、多级结构的磷酸钙粉末材料。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种具有特殊形貌磷酸钙粉末的制备方法。
[0006]一种具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
第一步:配制钙盐溶液和磷酸盐溶液，按照钙磷比1.67量取钙盐溶液和磷酸盐溶液，然后用氨水预调两种溶液的pH值；
第二步:将钙盐溶液匀速滴加入磷酸盐溶液中，同时用匀速滴加25~28%氨水，维持体系PH为10~12 ;钙盐溶液滴加完毕后，将体系密封，持续搅拌一段时间；
第三步:停止搅拌，陈化一段时间，体系分层，下层为乳白色沉淀；
第四步:倒去上层上清液，加入乙醇进行分散，处理一段时间，然后经分离、水洗至中性、二次醇洗、干燥，制得具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙白色粉末。
[0007]第一步所述的钙盐为硝酸钙、氯化钙中的一种或其组合；所述钙盐溶液浓度为
0.1~lmol/L ;所述的钙盐溶液中钙含量为0.05~2 mo I ;所述的磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾中的一种或其组合；所述磷酸盐溶液浓度为0.1~lmol/L。
[0008]第一步所述的钙盐溶液和磷酸盐的预调pH为10~12。
[0009]第二步所述钙盐溶液滴加速度为2~6 ml/min,氨水滴加速度为0.5~3 ml/min,所述的持续搅拌时间为3~12小时。
[0010]第三步所述的陈化时间为12~48小时。
[0011]第四步所述的分散乙醇用量为乳白色沉淀的0.5~2倍，处理时间为I~12小时。
[0012]第四步所述的分离步骤为高速离心，或抽滤；高速离心的具体步骤包括:温度控制在30度以下，转速3000~5000 rpm，离心时间10~20分钟；抽滤的具体步骤包括:采用布氏漏斗、砂心漏斗，或可替代型过滤装置，在负压条件下进行抽滤，得到呈润湿状态的白色滤饼。
[0013]第四步所述水洗采用离心式水洗，或抽滤式水洗的方法；所述离心式水洗的步骤为:重新加入水，搅匀，再次离心，倒去上清液；重复加水、离心、倒去上清液的操作，到上清液由碱性达到中性为止；所述抽滤式水洗的步骤为:补充水继续进行抽滤，始终维持滤饼润湿状态，直至滤液达到中性。
[0014]第四步所述二次醇洗采用离心式醇洗，或抽滤式醇洗方法；所述离心式醇洗的步骤为:加入乙醇、搅匀、离心、倒去上清液，反复进行2~4次；所用乙醇的体积用量为固体沉淀的I~4倍；所述抽滤式醇洗的步骤为:补充水乙醇,继续进行抽滤,至乙醇体积用量为固体沉淀的I~4倍，将滤饼抽干。
[0015]第四步所述干燥方法采用真空冷冻干燥、加热或真空加热的方式；所述真空冷冻干燥，时间为24~72小时；所述加热采用温度为50~70 °C，时间为24~72小时；所述真空加热的温度为50~70 °C，时间为24~`72小时。
[0016]该方法制备的磷酸钙粉末较为蓬松，具有微纳米多级结构，微米尺度位片状，该片状具有多层结构，其单层由多种大小的纳米孔径构成。本发明以传统的湿化学共沉淀法为基础改进制备路线，调整加料顺序、预调PH值、陈化后增加乙醇分散步骤，最终得到的粉末具有微纳米多级结构，由具有5~150 nm大小的纳米级多种孔径的单层叠加而成微米级的片状结构，尺寸3~8 μ m,厚度50~150 nm,较为蓬松,密度在0.1~0.3 g/cm3之间。本发明制备的磷酸盐粉末可作为制备晶态焦磷酸钙的前驱体，也可用于骨水泥的填料。本方法简单易行、成本低廉、适于大规模生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本技术所制备的多孔层状磷酸钙的场发射扫描电镜图片。
[0018]呈微米级片状结构，片状尺寸3~8 μ m,厚度50~150 nm。
[0019]图2是本技术所制备的多孔层状磷酸钙的透射电镜图片。
[0020]微米片状具有多层结构。
[0021]图3是本技术所制备的多孔层状磷酸钙的投射电镜图片。
[0022]微米片状的单层结构具有5~150 nm大小的纳米级多种孔径。
【具体实施方式】[0023]以下实施例以发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。
[0024]实施例1:
配制0.5 mol/L的硝酸钙溶液250 ml，配制0.5 mol/L的磷酸氢二铵溶液150 ml。持续进行磁力搅拌，用25~28 wt%氨水将两种溶液的pH调节至10。25°C条件下，将硝酸钙溶液以3.6 ml/min的速度逐渐滴加入磷酸氢二铵溶液中，同时以大约I ml/min的速度滴加氨水，以维持体系pH在10左右。硝酸钙溶液滴加完毕，继续搅拌6 h后，停止搅拌，开始陈化。陈化38 h后，得到200 ml乳白色沉淀。倒去上清液，加入400 ml乙醇，处理12 h，然后通过离心的方式，依次进行分离、水洗至中性、600 ml乙醇第二次醇洗，最后进行冷冻干燥24 h，得到的产物参照图1 一 3。
[0025]实施例2:
配制0.5 mol/L的硝酸钙溶液500 ml，配制0.5 mol/L的磷酸氢二铵溶液300 ml。持续进行磁力搅拌，用25~28 wt%氨水将两种溶液的pH调节至10。25°C条件下，将硝酸钙溶液以2.5 ml/min的速度逐渐滴加入磷酸氢二铵溶液中，同时以大约0.6 ml/min的速度滴加氨水，以维持体系PH在10左右。硝酸钙溶液滴加完毕，继续搅拌5 h后，停止搅拌，开始陈化。陈化20 h后，得到400 ml乳白色沉淀。倒去上清液，加入600 ml乙醇，处理5 h,然后通过抽滤的方式,依次进行分离、水洗至中性、800ml乙醇第二次醇洗,最后60°C条件下加热干燥36 h，得到的产物具有尺寸5 μ m左右、厚度100 nm左右的微米片状多层结构，单层具有10~100 nm多种大小的纳米孔径。
[0026]实施例3:
配制0.5 mol/L的氯化钙溶液1000 ml,配制0.5 mol/L的磷酸氢二钠溶液600 ml。持续进行磁力搅拌，用25~28` 氨水将两种溶液的pH调节至11。25°C条件下，将氯化钙溶液以4 ml/min的速度逐渐滴加入磷酸氢二钠溶液中，同时以大约1.5 ml/min的速度滴加氨水，以维持体系pH在11左右。氯化钙溶液滴加完毕，继续搅拌3 h后，停止搅拌，开始陈化。陈化24 h后，得到850 ml乳白色沉淀。倒去上清液，加入1000 ml乙醇，处理8 h，然后通过抽滤的方式依次进行分离、水洗至中性、1000 ml乙醇第二次醇洗，最后真空加热干燥18 h，得到的产物具有尺寸5~8 μ m、厚度100~130 nm的微米片状多层结构，单层具有10~100 nm多种大小的纳米孔径。
[0027]实施例4:
配制0.75 mol/L的硝酸钙溶液300 ml,配制0.5 mol/L的磷酸氢二钠溶液300 ml。持续进行磁力搅拌，用25~28 wt%氨水将两种溶液的pH调节至10。30°C条件下，将硝酸钙溶液以3 ml/min的速度逐渐滴加入磷酸氢二钠溶液中，同时以大约1.5 ml/min的速度滴加氨水，以维持体系PH在10左右。硝酸钙溶液滴加完毕，继续搅拌5 h后，停止搅拌，开始陈化。陈化24 h后，得到350 ml乳白色沉淀。倒去上清液，加入500 ml乙醇，处理5h，然后通过抽滤的方式依次进行分离、水洗至中性、600 ml乙醇第二次醇洗，最后加热干燥24 h，得到的产物具有尺寸5~8 μ m、厚度100~120 nm的微米片状多层结构，单层具有10~120 nm多种大小的纳米孔径。
[0028]实施例5:
配制0.75 mol/L的硝酸钙溶液600 ml,配制0.5 mol/L的磷酸氢二钠溶液600 ml。持续进行磁力搅拌，用25~28 wt%氨水将两种溶液的pH调节至10。30°C条件下，将硝酸钙溶液以3 ml/min的速度逐渐滴加入磷酸氢二钠溶液中，同时以大约1.5 ml/min的速度滴加氨水，以维持体系PH在10左右。氯化钙溶液滴加完毕，继续搅拌5 h后，停止搅拌，开始陈化。陈化24 h后，得到750 ml乳白色沉淀。倒去上清液，加入1000 ml乙醇，处理5h，然后通过抽滤的方式依次进行分离、水洗至中性、750 ml乙醇第二次醇洗，最后加热干燥24 h，得到的产物具有尺寸5~8 μ m、厚度110~150 nm的微米片状多层结构，单层具有10~120 nm多种大小的纳 米孔径。
【权利要求】
1.一种具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步:配制钙盐溶液和磷酸盐溶液，按照钙磷比1.67量取钙盐溶液和磷酸盐溶液，然后用氨水预调两种溶液的pH值； 第二步:将钙盐溶液匀速滴加入磷酸盐溶液中，同时用匀速滴加25~28%氨水，维持体系PH为10~12 ;钙盐溶液滴加完毕后，将体系密封，持续搅拌一段时间； 第三步:停止搅拌，陈化一段时间，体系分层，下层为乳白色沉淀； 第四步:倒去上层上清液，加入乙醇进行分散，处理一段时间，然后经分离、水洗至中性、二次醇洗、干燥，制得具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙白色粉末。
2.根据权利要求1所述的具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末制备方法，其特征在于，第一步所述的钙盐为硝酸钙、氯化钙中的一种或其组合；所述钙盐溶液浓度为0.1~lmol/L ;所述的钙盐溶液中钙含量为0.05~2 mo I ;所述的磷酸盐为磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾中的一种或其组合；所述磷酸盐溶液浓度为0.1~lmol/L。
3.根据权利要求1所述的具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末制备方法，其特征在于，第一步所述的钙盐溶液和磷酸盐的预调pH为10~12。
4.根据权利要求1所述的具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末制备方法，其特征在于，第二步所述钙盐溶液滴加速度为2~6 ml/min，氨水滴加速度为0.5~3 ml/min，所述的持续搅拌 时间为3~12小时。
5.根据权利要求1所述的具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末制备方法，其特征在于，第三步所述的陈化时间为12~48小时。
6.根据权利要求1所述的具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末制备方法，其特征在于，第四步所述的分散乙醇用量为乳白色沉淀的0.5~2倍，处理时间为I~12小时。
7.根据权利要求1所述的具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末制备方法，其特征在于，第四步所述的分离步骤为高速离心，或抽滤；高速离心的具体步骤包括:温度控制在30度以下，转速3000~5000 rpm，离心时间10~20分钟；抽滤的具体步骤包括:采用布氏漏斗、砂心漏斗，或可替代型过滤装置，在负压条件下进行抽滤，得到呈润湿状态的白色滤饼。
8.根据权利要求1所述的具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末制备方法，其特征在于，第四步所述水洗采用离心式水洗，或抽滤式水洗的方法；所述离心式水洗的步骤为:重新加入水，搅匀，再次离心，倒去上清液；重复加水、离心、倒去上清液的操作，到上清液由碱性达到中性为止；所述抽滤式水洗的步骤为:补充水继续进行抽滤，始终维持滤饼润湿状态，直至滤液达到中性。
9.根据权利要求1所述的具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末制备方法，其特征在于，第四步所述二次醇洗采用离心式醇洗，或抽滤式醇洗方法；所述离心式醇洗的步骤为:加入乙醇、搅匀、离心、倒去上清液，反复进行2~4次；所用乙醇的体积用量为固体沉淀的I~4倍；所述抽滤式醇洗的步骤为:补充水乙醇,继续进行抽滤,至乙醇体积用量为固体沉淀的I~4倍，将滤饼抽干。
10.根据权利要求1所述的具有微纳米多级结构的层状多孔磷酸钙粉末制备方法，其特征在于，第四步所述干燥方法采用真空冷冻干燥、加热或真空加热的方式；所述真空冷冻干燥，时间为24~72小时；所述加热采用温度为50~70 °C，时间为24~72小时；所述真空加热的温度为 50~70 °C，时间为24~72小时。
【文档编号】C01B25/32GK103803519SQ201210456072
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月14日 优先权日:2012年11月14日
【发明者】闫策, 钟建, 何丹农 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司