一种介孔β-磷酸三钙粉体的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种介孔β-磷酸三钙粉体的制备方法，包括有以下步骤：1)制备两份含有表面活性剂、助表面活性剂和水的透明溶液；2)向透明溶液中分别加入含钙无机盐溶液和含磷无机盐溶液，搅拌，向所得含钙无机盐的混合溶液中加入含磷无机盐的混合溶液，调节pH值，搅拌得乳浊液；3)静置陈化，离心，洗涤干燥处理后置于高温炉中，升温，保温，得介孔β-TCP粉体。本发明的有益效果在于：1、操作简单，能耗低，成本低，反应条件温和，制备过程不产生对环境有害的物质。2、所得到的介孔β-TCP粉体孔径较小，具有三维孔道结构，其平均孔径为8.80-21.36nm，比表面积为10.11-153.43m2/g。
【专利说明】一种介孔β-磷酸三钙粉体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种介孔β -磷酸三钙粉体的制备方法。
【背景技术】
[0002]Ca3(PO4)2[TCP]有高温型的α相和低温型的β相两种。其中低温型的β -TCP [ β -Ca3 (PO4) 2]主要是由钙、磷组成，其成分与骨基质的无机成分[Caltl (PO4) 6 (OH) 2]相似，具有良好的生物相容性。学者已经证实β-TCP能被机体所吸收，无炎症或排斥反应，不产生局部或全身性毒性反应。β -TCP的溶血程度< 5%;按毒性计量分级属无毒级；热源检测体温升高量<0.6°C。β-TCP能与骨组织直接结合，两者间没有纤维组织长入。β-TCP植入骨组织后，在其界面形成一种钙磷的固一液平衡。维持这种平衡的离子来自周围的骨组织和植入材料。这些钙磷离子“媒介”最终以生物性磷灰石的形式形成钙磷固体沉积在界面，形成β-TCP与骨的直接结合或骨性结合。β-TCP在临床上主要用于治疗脸部和颁部的骨缺损，填补牙周的空洞及与有机或无机复合制作人造肌腱及复合骨板，还可作为药物的载体。随着研宄的深入，各种形式的β-TCP材料在骨科应用中展现出优良的性能。同时和HA (羟基磷灰石)比较，β-TCP更易于在体内降解，其溶解度约比HA高10-20倍，而它们的生理性质却无本质上差别，使得β -TCP在组织工程等领域中得到了非常广泛的使用。
[0003]介孔材料是指孔径在2-50nm范围的多孔材料，因其具有允许分子进入的更大的内表面和孔穴、因量子尺寸效应及界面耦合效应的影响而具有奇异的物理、化学等许多优良的性能，将在化学、光电子学、电磁学、材料学、环境学等诸多领域有巨大的潜在应用前景。介孔材料具有较高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点，使其在药物载体、蛋白吸附、催化等方面发挥重要的作用。β-TCP具有良好的生物相容性、生物活性以及生物降解性，是理想的人体硬组织修复和替代材料，一直是生物材料领域研宄的热点。然而介孔β-TCP由于其晶体习性、制备困难而未见报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种介孔β -磷酸三钙粉体的的制备方法，可制备出孔径较小，具有三维孔道结构的介孔β -TCP粉体。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种介孔磷酸三钙粉体的制备方法，包括有以下步骤:
[0006]I)制备两份含有表面活性剂、助表面活性剂和水的透明溶液，表面活性剂浓度为10-100g/L，助表面活性剂浓度为50-250mL/L ；
[0007]2)向步骤I)所得两份透明溶液中分别加入钙离子浓度为0.1-1.0moI/L的含钙无机盐溶液和磷离子浓度为0.1-1.0mol/L的含磷无机盐溶液，并于25-90°C充分搅拌均匀，得到含钙无机盐的混合溶液和含磷无机盐的混合溶液，保持温度不变，向含钙无机盐的混合溶液中加入含磷无机盐的混合溶液，使得所加入的元素钙与磷的摩尔比为1.5:1，随后调节PH值为6.0-9.0，搅拌均匀得到乳浊液；
[0008]3)将步骤2)所得乳浊液在室温下静置陈化12_48h，并用离心的方法分离出沉淀物，洗涤干燥处理后置于高温炉中，室温下以2-10°C /min的速度升温到750_950°C，保温l_6h后，得到介孔β-磷酸三钙粉体。
[0009]按上述方案:步骤I)所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚醚F127、十八胺、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯、聚酰胺-胺、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇2000和聚乙二醇6000中的任意一种或多种的混合。
[0010]按上述方案:步骤I)所述的助表面活性剂为正丁醇、异丁醇、1-辛醇、2-辛醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正戊醇、异戊醇、1-己醇、2-己醇和对壬基酚中的任意一种或多种的混入口 ο
[0011]按上述方案:步骤2)所述的含钙无机盐为四水硝酸钙、氯化钙、碳酸钙、硫酸钙、氯酸钙、柠檬酸钙、氢氧化钙和氧化钙中的任意一种或多种的混合。
[0012]按上述方案:步骤2)所述的含磷无机盐为磷酸氢二铵、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸、偏磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸二氢铵、多聚磷酸钠、磷酸氢二钾和磷酸二氢钾中的任意一种或多种的混合。
[0013]按上述方案:步骤3)所述的洗涤干燥处理包括采用水洗2-3次，再用无水乙醇洗1-3 次，并于 80-120°C干燥 12-24h。
[0014]按上述方案，所述的介孔β -磷酸三钙粉体的介孔平均孔径为8.80-21.36nm，比表面积为 10.11-153.43m2/g°
[0015]本发明的有益效果在于:1、本发明制备方法操作简单，能耗低，成本低，反应条件温和，制备过程不产生对环境有害的物质。2、根据本发明的制备方法所得到的介孔β -TCP粉体孔径较小，具有三维孔道结构，其平均孔径为8.80-21.36nm，比表面积为10.11-153.43m2/go 3、本发明制备的介孔β-TCP不仅具有常规β-TCP的优点，如良好的生物相容性、生物活性以及生物降解性，是理想的人体硬组织修复和替代材料，而且因为具有较高的比表面积、有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点，使其在药物载体、蛋白吸附、催化等方面发挥重要的作用，并在药物缓释载体、基因治疗、蛋白与核酸的纯化、大分子吸附、生物医用材料等方面具有重要利用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例1所制备的介孔β -TCP粉体的XRD图；
[0017]图2为本发明实施例1所制备的介孔β -TCP粉体的SEM照片；
[0018]图3为本发明实施例1所制备的介孔β -TCP粉体的SEM照片；
[0019]图4为本发明实施例1所制备的介孔β-TCP粉体的氮气吸附-脱附等温线；
[0020]图5为本发明实施例1所制备的介孔β-TCP粉体的孔径分布曲线图。
【具体实施方式】
[0021]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0022]实施例1
[0023]制备两份含有表面活性剂CTAB、助表面活性剂正丁醇和水的透明溶液，其中水的体积为40mL，表面活性剂浓度为12.5g/L，助表面活性剂浓度为100mL/L，然后向两份透明溶液中分别加入0.5mol/L的Ca (NO3) 2.4Η20溶液20mL和0.5mol/L的(NH4) 2ΗΡ04溶液，并于40°C充分搅拌均匀，得到含钙无机盐的混合溶液和含磷无机盐的混合溶液，保持温度不变，以每分钟0.1mL速度向含钙无机盐的混合溶液中加入含磷无机盐的混合溶液，并使所加入的元素钙与磷的摩尔比为1.5: 1，用NH3.H2O溶液调节pH = 7.5，继续磁力搅拌21h，然后室温下静置陈化48h，以10000转/分高速离心3min，所得沉淀物先水洗三次，再醇洗三次，最后将沉淀物在干燥箱中80°C烘干24h后，室温下以5°C /min的升温速度升温至800 °C，并在800°C热处理4h，得到介孔β -TCP粉体样品。
[0024]如图1所示为本发明实施例所得粉体样品的XRD图，样品的主要衍射峰与β -TCP的标准图谱相符，表明所得粉体样品的主晶相为β-TCP。从图中也可看出衍射峰的峰宽较窄，峰线较尖锐，说明β-TCP粉体的结晶程度比较高。如图2和图3所示为β-TCP粉体的扫描电镜图片，可以看出所制备的β -TCP粉体含有三维孔道结构，孔道结构由颗粒堆积而成，粉体表面分布着比较有序的相互连通的介孔。从该β-TCP粉体的队吸附-脱附等温线(图4)可以看出，β-TCP粉体具有IV型吸附-脱附等温线和Η2型滞后环，这是典型介孔结构的特征等温线，说明所制备的粉体为介孔β -TCP，且在PziPtl= 0.94-0.96范围有一个较明显的阶梯，说明粉体样品中介孔结构的孔径分布较广。从介孔β-TCP粉体的孔径分布图(图5)可以看出样品中含有孔径在2-50nm的介孔结构，且在2.1nm有一个比较集中的峰值，但高温热处理后所得的粉体样品的比表面积较小。采用全自动比表面积及孔隙度分析仪测得样品的平均孔径为8.80nm，比表面积为10.llm2/g。
[0025]实施例2
[0026]制备两份含有表面活性剂聚乙二醇6000、助表面活性剂1-辛醇和水的透明溶液，其中水的体积为30mL，表面活性剂浓度为10g/L，助表面活性剂浓度为50mL/L，然后向两份透明溶液中分别加入0.lmol/L的CaCl2溶液30mL和0.lmol/L的NaH2PO4溶液，并于25°C充分搅拌均匀，得到含钙无机盐的混合溶液和含磷无机盐的混合溶液。保持温度不变，以每分钟0.2mL速度向含钙无机盐的混合溶液中加入含磷无机盐的混合溶液，并使所加入的元素钙与磷的摩尔比为1.5:1，用NH3.H2O溶液调节pH = 6.0，继续磁力搅拌2h，然后室温下静置陈化12h，以9500转/分高速离心3min，所得沉淀物先水洗两次，再醇洗一次。最后将沉淀物在干燥箱中120°C烘干12h后，室温下以2°C /min的升温速度升温至750°C，并在750°C热处理6h，得到介孔β-TCP粉体样品。N2吸附-脱附等温线及孔径分布曲线表明，其介孔平均孔径为21.36nm，比表面积为153.43m2/g。
[0027]实施例3
[0028]制备两份含有表面活性剂聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯、助表面活性剂正丙醇和水的透明溶液，其中水的体积为200mL，表面活性剂浓度为100g/L，助表面活性剂浓度为250mL/L，然后向两份透明溶液中分别加入1.0mol/L的CaSO4溶液80mL和1.0mol/L的Na3PO4溶液，并于90°C充分搅拌均匀，得到含钙无机盐的混合溶液和含磷无机盐的混合溶液。保持温度不变，以每分钟0.6mL速度向含钙无机盐的混合溶液中加入含磷无机盐的混合溶液，并使所加入的元素钙与磷的摩尔比为1.5: 1，用NH3.H2O溶液调节pH = 9.0，继续磁力搅拌24h，然后室温下静置陈化24h，以9000转/分高速离心3min，所得沉淀物先水洗两次，再醇洗两次。最后将沉淀物在干燥箱中100°c烘干22h后，室温下以10°C /min的升温速度升温至950°C，并在950°C热处理lh，得到介孔β-TCP粉体样品。N2吸附-脱附等温线及孔径分布曲线表明，其介孔平均孔径为20.18nm，比表面积为148.27m2/g。
[0029]实施例4
[0030]制备两份含有表面活性剂十八胺、助表面活性剂异丁醇和水的透明溶液，其中水的体积为50mL，表面活性剂浓度为50g/L，助表面活性剂浓度为100mL/L，然后向两份透明溶液中分别加入0.3mol/L的Ca (ClO3)2溶液30mL和0.3mol/L的NH 4Η2Ρ04溶液，并于50°C充分搅拌均匀，得到含钙无机盐的混合溶液和含磷无机盐的混合溶液。保持温度不变，以每分钟0.4mL速度向含钙无机盐的混合溶液中加入含磷无机盐的混合溶液，并使所加入的元素钙与磷的摩尔比为1.5: 1，用NH3.H2O溶液调节pH = 8.0，继续磁力搅拌20h，然后室温下静置陈化18h，以10000转/分高速离心3min，所得沉淀物先水洗两次，再醇洗三次。最后将沉淀物在干燥箱中80°C烘干22h后，室温下以6°C /min的升温速度升温至900°C，并在900°C热处理2h，得到介孔β-TCP粉体样品。N2吸附-脱附等温线及孔径分布曲线表明，其介孔平均孔径为18.22nm,比表面积为113.96m2/g。
[0031]实施例5
[0032]制备两份含有表面活性剂(十二烷基硫酸钠和聚乙烯吡咯烷酮)、助表面活性剂(2-辛醇和乙醇)和水的透明溶液，其中水的体积为60mL，表面活性剂浓度为60g/L，助表面活性剂浓度为150mL/L，然后向两份透明溶液中分别加入含钙无机盐溶液(0.4mol/L的Ca (OH) 2溶液20mL和0.4mol/L的CaO溶液20mL)与含磷无机盐溶液(0.4mol/L的Na2HPO4S液和0.4mol/L的偏磷酸钠溶液)，并于45°C充分搅拌均匀，得到含钙无机盐的混合溶液和含磷无机盐的混合溶液。保持温度不变，以每分钟0.3mL速度向含钙无机盐的混合溶液中加入含磷无机盐的混合溶液，并使所加入的元素钙与磷的摩尔比为1.5:1，用NH3.Η20溶液调节pH = 8.5，继续磁力搅拌22h，然后室温下静置陈化36h，以8500转/分高速离心3min，所得沉淀物先水洗三次，再醇洗两次。最后将沉淀物在干燥箱中80°C烘干24h后，室温下以70C /min的升温速度升温至800°C，并在800°C热处理3h，得到介孔β -TCP粉体样品。队吸附-脱附等温线及孔径分布曲线表明，其介孔平均孔径为9.0lnm,比表面积为13.78m2/g。
[0033]实施例6
[0034]制备两份含有表面活性剂(聚乙二醇2000和柠檬酸)、助表面活性剂(正戊醇和1-己醇)和水的透明溶液，其中水的体积为80mL，表面活性剂浓度为80g/L，助表面活性剂浓度为200mL/L，然后向两份透明溶液中分别加入含钙无机盐溶液(0.6mol/L的柠檬酸钙溶液30mL和0.6mol/L的CaCO3溶液30mL)与含磷无机盐溶液(0.6mol/L的H 3P04溶液和0.6mol/L的六偏磷酸钠溶液)，并于60°C充分搅拌均匀，得到含钙无机盐的混合溶液和含磷无机盐的混合溶液。保持温度不变，以每分钟0.5mL速度向含钙无机盐的混合溶液中加入含磷无机盐的混合溶液，并使所加入的元素钙与磷的摩尔比为1.5:1，用NH3.Η20溶液调节pH = 7.0，继续磁力搅拌18h，然后室温下静置陈化24h，以10000转/分高速离心3min，所得沉淀物先水洗三次，再醇洗两次。最后将沉淀物在干燥箱中110°C烘干18h后，室温下以8°C /min的升温速度升温至800°C，并在800°C热处理2h，得到介孔β -TCP粉体样品。N2吸附-脱附等温线及孔径分布曲线表明，其介孔平均孔径为11.59nm，比表面积为34.66m2/g°
[0035]实施例7
[0036]制备两份含有表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠、聚酰胺-胺和聚乙烯吡咯烷酮)、助表面活性剂(异丙醇、2-己醇和对壬基酚)和水的透明溶液，其中水的体积为100mL，表面活性剂浓度为90g/L，助表面活性剂浓度为220mL/L，然后向两份透明溶液中分别加入含钙无机盐溶液(0.8mol/L 的 Ca (NO3) 2.4H20 溶液 20mL、0.8mol/L 的 CaCl2溶液 20mL 和0.8mol/L的CaSO4溶液20mL)与含磷无机盐溶液(0.8mol/L的K 2ΗΡ04溶液、0.8mol/L的多聚磷酸钠溶液和0.8mol/L的(NH4)2HPO4溶液)，并于80°C充分搅拌均匀，得到含钙无机盐的混合溶液和含磷无机盐的混合溶液。保持温度不变，以每分钟0.3mL速度向含钙无机盐的混合溶液中加入含磷无机盐的混合溶液，并使所加入的元素钙与磷的摩尔比为1.5:1，用NH3 -H2O溶液调节pH = 7.5，继续磁力搅拌19h，然后室温下静置陈化24h，以10000转/分高速离心5min，所得沉淀物先水洗三次，再醇洗一次。最后将沉淀物在干燥箱中100°C烘干12h后，室温下以9°C /min的升温速度升温至850 °C，并在850°C热处理4h，得到介孔β -TCP粉体样品。N2吸附-脱附等温线及孔径分布曲线表明，其介孔平均孔径为15.31nm，比表面积为 58.37m2/g。
[0037]实施例8
[0038]制备两份含有表面活性剂(聚醚F127、聚乙二醇6000和CTAB)、助表面活性剂(异戊醇、正丁醇和1-辛醇)和水的透明溶液，其中水的体积为150mL，表面活性剂浓度为100g/L，助表面活性剂浓度为250mL/L，然后向两份透明溶液中分别加入含钙无机盐溶液(0.9mol/L的Ca(NO3)2.4H20溶液40mL和0.9mol/L的柠檬酸钙溶液40mL)与含磷无机盐溶液(0.9mol/L的KH2PO4溶液、0.9mol/L的六磷酸钠溶液和0.9mol/L的(NH4) 2ΗΡ04溶液)，并于70°C充分搅拌均匀，得到含钙无机盐的混合溶液和含磷无机盐的混合溶液。保持温度不变，以每分钟0.5mL速度向含钙无机盐的混合溶液中加入含磷无机盐的混合溶液，并使所加入的元素妈与磷的摩尔比为1.5:1，用NH3.Η20溶液调节pH = 8.0，继续磁力搅拌24h，然后室温下静置陈化24h，以10000转/分高速离心3min，所得沉淀物先水洗三次，再醇洗三次。最后将沉淀物在干燥箱中80°C烘干24h后，室温下以5°C /min的升温速度升温至800°C，并在800°C热处理4h，得到介孔β-TCP粉体样品。队吸附-脱附等温线及孔径分布曲线表明，其介孔平均孔径为14.83nm，比表面积为109.48m2/g。
[0039]显然，上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而并非对本发明保护范围或实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，可以对本发明的技术方案做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的修改或等同替换仍处于本发明创造的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种介孔β -磷酸三钙粉体的制备方法，包括有以下步骤: 1)制备两份含有表面活性剂、助表面活性剂和水的透明溶液，表面活性剂浓度为10-100g/L，助表面活性剂浓度为50-250mL/L ； 2)向步骤I)所得两份透明溶液中分别加入钙离子浓度为0.1-1.0mol/L的含钙无机盐溶液和磷离子浓度为0.1-1.0mol/L的含磷无机盐溶液，并于25-90°C充分搅拌均匀，得到含钙无机盐的混合溶液和含磷无机盐的混合溶液，保持温度不变，向含钙无机盐的混合溶液中加入含磷无机盐的混合溶液，使得所加入的元素钙与磷的摩尔比为1.5:1，随后调节pH值为6.0-9.0，搅拌均匀得到乳浊液； 3)将步骤2)所得乳浊液在室温下静置陈化12-48h，并用离心的方法分离出沉淀物，洗涤干燥处理后置于高温炉中，室温下以2-10°C /min的速度升温到750_950°C，保温l_6h后，得到介孔磷酸三钙粉体。
2.根据权利要求1所述的介孔β-磷酸三钙粉体的制备方法，其特征在于:步骤I)所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚醚F127、十八胺、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯、聚酰胺-胺、柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇2000和聚乙二醇6000中的任意一种或多种的混合。
3.根据权利要求1所述的介孔β-磷酸三钙粉体的制备方法，其特征在于:步骤I)所述的助表面活性剂为正丁醇、异丁醇、1-辛醇、2-辛醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正戊醇、异戊醇、1-己醇、2-己醇和对壬基酚中的任意一种或多种的混合。
4.根据权利要求1所述的介孔β-磷酸三钙粉体的制备方法，其特征在于:步骤2)所述的含钙无机盐为四水硝酸钙、氯化钙、碳酸钙、硫酸钙、氯酸钙、柠檬酸钙、氢氧化钙和氧化钙中的任意一种或多种的混合。
5.根据权利要求1所述的介孔β-磷酸三钙粉体的制备方法，其特征在于:步骤2)所述的含磷无机盐为磷酸氢二铵、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸、偏磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸二氢铵、多聚磷酸钠、磷酸氢二钾和磷酸二氢钾中的任意一种或多种的混合。
6.根据权利要求1所述的介孔β-磷酸三钙粉体的制备方法，其特征在于:步骤3)所述的洗涤干燥处理包括采用水洗2-3次，再用无水乙醇洗1-3次，并于80-120°C干燥12-24ho
7.根据权利要求1所述的介孔β-磷酸三钙粉体的制备方法，其特征在于，所述的介孔β -磷酸三钙粉体的介孔平均孔径为8.80-21.36nm，比表面积为10.11-153.43m2/g。
【文档编号】C01B25/32GK104445130SQ201410704264
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】戴红莲, 黄岸, 喻莹, 韩颖超, 李世普 申请人:武汉理工大学