球形多孔羟基磷灰石吸附剂及其方法与流程

本申请按照美国专利法第35卷第119(e)条款规定主张对2014年3月3日提交的编号为61/947,128的美国临时申请案的优先权，其全文以引用的方式并入本文。
技术领域：
本发明涉及纳米结构合成羟基磷灰石的组分及其制备方法。合成羟基磷灰石组分具有高度球形颗粒和多孔结构，在高压下具有极好的机械强度和耐久性，并可用作色谱吸附剂。
背景技术：
：羟基磷灰石的化学式为Ca10(PO4)6·(OH)2，是骨头和牙齿的无机成分。作为一种无毒和生物相容性材料，其通常用作填充在如蛋白质、酶、疫苗和核酸等生物分子色谱分离柱中的填充材料。其吸收这些生物分子的能力取决于色谱吸附剂颗粒的结构及所暴露表面上活性位点的浓度。用于柱状色谱法的羟基磷灰石的制备方法首先由Tiselius等人发明。【生物化学与生物物理文献，65:132-155(1956)】。填充在用于色谱柱中的羟基磷灰石可通过多种方法制备而成。结晶羟基磷灰石通常通过使水溶性钙盐和磷酸盐在水溶液中发生反应的湿法合成来合成。接着对形成的羟基磷灰石进行粒化以获得微粒。通过常规工艺制备的羟基磷灰石具有以下缺点：1)颗粒形状和大小不规则、2)机械强度低、及3)热处理后晶体表面活性位点的水平低。由于颗粒形状和大小不规则，羟基磷灰石颗粒不能均匀或致密地填充在柱中进行色谱分离。由于其机械强度低，填充在柱床中的羟基磷灰石在用于纯化时易受损，而最终导致柱床塌陷。因此，使用羟基磷灰石进行色谱分离受到很大限制。过去二十年中，人们已为制备用于色谱法的理想吸附剂付出了许多努力，但均未取得很大的成功。作为一种陶瓷材料，羟基磷灰石虽然十分坚硬，但机械强度低。羟基磷灰石通常在高温下进行处理，以提高其机械强度。作为折衷结果，与羟基磷灰石吸附剂结合生物分子能力成正比的表面活性位点大大降低。考虑到其化学和结构性质，很难制备满足所有基本要求的羟基磷灰石吸附剂。不仅用于制备球形羟基磷灰石吸附剂的常规工艺存在各种问题，而且将所制备的吸附剂用作色谱纯化的填充材料也存在问题。因此，需要新的工艺来制备多孔羟基磷灰石吸附剂，使其达到所需的分离能力，且进行色谱分离时可保持其形状、结合能力及化学和机械性能。此外，羟基磷灰石吸附剂应具有足以允许大生物分子快速质量转移的孔径。最后，各批次的制备工艺可在各批次重复进行，以确保羟基磷灰石吸附剂的色谱性能和物理特性。目前尚无任何关于具有上述极高机械强度和色谱特性的羟基磷灰石材料的报道。技术实现要素：本发明提供了一种用作色谱吸附剂的新型羟基磷灰石组分，以及所述新型羟基磷灰石组分的制备方法。一方面，本发明提供了包含羟基磷灰石颗粒的羟基磷灰石组分，其中，羟基磷灰石颗粒的堆积密度约为0.5-0.9g/cm3，且羟基磷灰石颗粒还包含具有球形和多孔结构的固结次级颗粒。在一个实施例中，本发明羟基磷灰石组分中所述固结次级颗粒的平均孔径约为50-100nm，且其平均孔体积约为0.1-0.5cm3/g。在另一实施例中，本发明羟基磷灰石组分中所述羟基磷灰石颗粒的中值粒径为20±4μm、40±4μm、60±4μm或80±4μm。在另一实施例中，本发明羟基磷灰石组分中每个羟基磷灰石颗粒的球形度为至少0.95，优选为至少0.97，更优选为至少0.99。另一方面，本发明提供了一种羟基磷灰石组分的制备方法，包括以下步骤：(a)使包含氢氧化钙粉末的水性悬浮液与包含磷酸和磷酸盐的水溶液发生反应，以获得包含羟基磷灰石初级颗粒的羟基磷灰石悬浮液；(b)研磨悬浮液中所述羟基磷灰石初级颗粒；(c)喷雾干燥所述悬浮液，以获得固结羟基磷灰石次级颗粒；并(d)烧结所述固结次级颗粒，以获得烧结的羟基磷灰石颗粒。在一个实施例中，本发明的方法还包括步骤(e)将所述烧结的羟基磷灰石颗粒分级，以获得具有所需粒径范围和/或所需中值粒径的羟基磷灰石颗粒。在一些实施例中，所述方法还包括在所述喷雾干燥步骤前向所述悬浮液中加入分散剂，以获得均质悬浮液。在本发明一些实施例中，反应步骤(a)中的磷酸盐包括基于磷酸钙的化合物。在另一实施例中，本发明的方法中形成的羟基磷灰石悬浮液pH范围约为7-12，优选为8-11。在本发明一些实施例中，分散剂选自无机化合物、短链有机化合物、聚合物及其组合。在本发明一些实施例中，作为分散剂的无机化合物选自包含磷酸盐、硅酸盐和碳酸盐的组；短链有机化合物选自包含有机电解质和表面活性剂的组；且聚合物选自包含聚合物电解质和聚合物非电解质的组。本发明的方法中，步骤(b)中的所述研磨可为本领域技术人员已知的任何合适的研磨技术，包括但不限于球磨。在本发明一些实施例中，研磨步骤(b)中所得的羟基磷灰石颗粒的平均粒径范围约为1.0-5.0μm。在本发明一些实施例中，用于所述烧结的温度范围约为450-800℃，优选约为550-750℃，更优选约为650℃。在本发明一些实施例中，本领域技术人员可利用任何已知合适的筛分技术对所得羟基磷灰石颗粒进行分级，包括但不限于超声筛分。另一方面，本发明包括根据本文所公开的任何实施例方法制备而成的羟基磷灰石组分。另一方面，本发明包括羟基磷灰石组分，其特性基本如示例所述和附图所示。另一方面，本发明提供了根据本文所公开的任何实施例的羟基磷灰石组分用作色谱吸附剂的使用方法。另一方面，本发明提供了包含根据本文所公开的任何实施例的羟基磷灰石组分的色谱吸附剂。另一方面，本发明提供了包含根据本文所公开的任何实施例的羟基磷灰石组分的制品。另一方面，本发明提供了包括根据本文所公开的任何实施例的色谱吸附剂的设备或装置。另一方面，本发明提供了利用包括根据本文所公开的任何实施例的色谱吸附剂的色谱法设备或装置的有机和/或生物样本的分析或分离方法。根据以下附图和详细描述，本领域技术人员可清楚了解本发明的其他目的、优点和新特性。附图说明图中的组分不一定按比例示出，其重点在于说明本发明示例性实施例的原理，且参考编号表示不同视图中相应的部分。图1为示例1中所得的悬浮液中羟基磷灰石初级颗粒的粒径分布曲线图。图2为示例2中所得经球磨的悬浮液中羟基磷灰石颗粒的粒径分布曲线图。图3为示例4中所得的羟基磷灰石吸附剂(粒径为40μm)的扫描电子显微镜(SEM)图像。图4为烧结温度为650℃下，对比示例1中所得的羟基磷灰石吸附剂(粒径为40μm)的扫描电子显微镜(SEM)图像。图5为示例4中所得的羟基磷灰石吸附剂(粒径为40μm)的X射线衍射图(XRD)。图6为示例4中所得的羟基磷灰石吸附剂(粒径为40μm)的傅里叶变换红外(FT-IR)光谱。图7为示例4中所得的羟基磷灰石吸附剂(粒径为40μm)的色谱稳定性。具体实施方式本发明旨在提供一种具有机械稳定性的吸附剂，且当其用作填充在柱中的吸附剂时，可在色谱分离中表现出极好的性能。此外，本发明还旨在提供一种可靠的方法，可实现吸附剂大规模制备以满足工业应用的需求。一方面，本发明提供了具有羟基磷灰石化学组分的色谱吸附剂，其结合了晶体的分离能力，并以其自身的框架强度作为支撑。当被用作填充或载入柱中的吸附剂时，本发明的色谱介质在物质分离中表现出极好的特性。尤其是对于彼此结构差异很小或化学性质相同的物质如单体和聚合物而言，利用本发明的介质用作吸附剂的色谱法可实现良好选择性和高精度分离。此外，本发明所选用的介质可用于高纯度分离，而利用市场现有吸附剂难以实现该分离。可以通过本发明的介质分离的物质包括生物分子(例如含免疫球蛋白或酶的蛋白质)、核酸(例如RNA和DNA)和疫苗。一些应用中，本发明的介质在为获得有价值高纯度药物的下游生物工艺最后精纯步骤中的使用必不可少。在一个实施例中，本发明的色谱介质由微米级羟基磷灰石微球组成，其特征在于该介质具有纳米网状结构、高平均孔径、良好的球形度和狭窄范围的粒径分布、良好的结合能力和持久的机械稳定性。此外，与常规吸附剂相比，本发明的羟基磷灰石吸附剂具有高堆积密度和更小粒径，其可重复的柱分离性能便于固定柱床的填充。由于其具有高机械强度，在填充在大体积(例如>50L)柱床时色谱柱的运行周期相应增加，因此大大降低了工业生产的操作成本。一方面，本发明提供了一种纳米结构羟基磷灰石晶体的合成方法，用作制备色谱吸附剂的前体。由于其网络结构由纳米棒组成，所合成的羟基磷灰石表面积很大，从而保证了吸附在晶体表面上时对生物分子具有良好的结合能力。原材料主要是廉价且可商购的无机物。反应条件温和、易于控制，无需使用特定类型的设备。同时，所生产的副产物无毒且环保。在一个实施例中，制备羟基磷灰石纳米晶体时，本发明的方法包括剧烈搅拌并将含有两种原料即磷酸二氢铵和磷酸的溶液加入到含有固体原料氢氧化钙的悬浮液中。随后获得含有羟基磷灰石纳米晶体的所得悬浮液。在一个实施例中，所得悬浮液的最佳pH值范围约为8-11。为增加最终固结产物的堆积密度并获得适当的孔径，在一个实施例中，将上述所得悬浮液中的羟基磷灰石初级颗粒研磨成更小的颗粒。在一个实施例中，球磨法通过将包含羟基磷灰石颗粒的悬浮液连续泵送到填充有氧化锆珠的封闭汽缸中来实施。在一个实施例中，研磨颗粒的中值粒径约为或大于1μm(D50)，优选范围约为1-5μm，更优选范围约为1-3μm。通过将研磨颗粒的中值粒径控制在这些范围内，本发明的方法确实可制备最终羟基磷灰石吸附剂，其包含堆积密度范围约为0.5-0.9g/cm3，尤其是0.55-0.82g/cm3的固结次级颗粒。在另一实施例中，本发明提供了一种由固结的次级颗粒组成的高度球形多孔羟基磷灰石微粒的制备方法。具体而言，在一个实施例中，喷雾干燥前，将适量的分散剂加入到上述研磨的悬浮液中，以降低悬浮液的粘度，从而大大改善液体流动性。随后，通过喷雾干燥受热垂直腔内含有羟基磷灰石初级颗粒的液滴，来获得固结的羟基磷灰石次级颗粒。因此，与不使用任何分散剂的产品相比，这种方法大大提高了固结羟基磷灰石次级颗粒的球形度。用于改善悬浮液流动性的分散剂包括但不限于无机化合物、短链有机化合物和聚合物。在另一实施例中，本发明提供了通过高温下喷雾干燥获得羟基磷灰石粉末并进一步将粉末分级以获得具有不同平均粒径的各种最终吸附剂产物的处理方法。在一个实施例中，对处理温度进行调节，以确保其具有机械稳定性、良好的结合能力和足够大的孔开口，从而克服生物分子向最终吸附剂质量转移的潜在阻碍。优选地，利用超声筛分法对宽粒径分布的颗粒进行分级。因此，获得的最终吸附剂产物具有较窄粒度分布。本发明的吸附剂通过喷雾干燥球磨合成羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)初级颗粒，再进行高温处理和颗粒分级来制备。尽管无限制条件，然而根据本发明所得的吸附剂粒径分布范围小且堆积密度范围约为0.5-0.9g/cm3，普遍范围约为0.55-0.82g/cm3，且孔体积约为0.1-0.5cm3/g。所述吸收剂具有化学和机械稳定性，特别适用于填充床、流化床或搅拌批量吸附、或生物分子的色谱分离和纯化。使用本发明的方法所得的高度球形吸附剂包括羟基磷灰石及其它类型的合成材料。合成材料包括有机材料和无机材料，无机材料优选为陶瓷材料如磷酸钙基陶瓷、矿物氧化物等。其中，羟基磷灰石无毒且具有生物相容性。因此，羟基磷灰石是生物医学应用的理想生物材料，如人造骨头和牙齿、给药系统基质等。此外，羟基磷灰石作为晶体表面上具有官能团的陶瓷材料，不仅对各种生物分子具有极好的吸附能力，而且还可用作色谱介质的支撑材料。下文将参照某些优选实施例更详细地描述本发明的吸附剂及其制备方法。1.纳米结构羟基磷灰石前体的合成首先，通过将溶液与悬浮液混合的反应来合成用于制备球形颗粒前体的纳米结构羟基磷灰石。溶液含有两种原料的混合物，悬浮液含有一种原料。反应期间，需剧烈搅拌悬浮液并将循环浴温度设定在可维持容器内反应的温度。反应结束后，即可获得具有纳米棒结构的初级羟基磷灰石颗粒。在一个实施例中，为制备羟基磷灰石前体，将磷酸二氢铵和磷酸水溶液缓慢加入到含有氢氧化钙的悬浮液中，同时剧烈搅拌。在一个实施例中，所用原料的钙/磷化学计量比为1.67。根据上述方法，可获得具有纳米棒网状结构和表面积很大的羟基磷灰石颗粒，非常适合用作色谱介质。基于工业应用的需要，可提升羟基磷灰石的制备批量，这对羟基磷灰石的物化特性没有任何影响。优选地，反应容器大小为10L至10,000L，更优选为50L至5,000L。在一个实施例中，反应容器中悬浮液的初始温度可设定在20至50℃间，反应过程中的循环浴温度优选保持在初始温度。在另一优选实施例中，初始温度设定为35℃，如示例1所示。循环浴温度保持在35℃时，可使原料间中和反应过程中放热引起的反应温度变化最小。在一些实施例中，为避免温度偏移，应控制磷酸二氢铵、磷酸溶液和氢氧化钙悬浮液混合反应时的添加速率。在一些优选实施例中，偏移温度控制在初始反应温度约5℃上下，这对于确保各批次重复制备并在此合成步骤中获得特性一致的羟基磷灰石纳米晶体非常重要。在一些实施例中，加入含有磷酸二氢铵和磷酸溶液的时间约为10至24小时，优选约为16小时。溶液添加完成后，将混合物继续搅拌约1至5小时，优选约2小时，同时保持温度与初始温度相同，确保反应完成。反应结束时所得悬浮液的pH很关键。在一些实施例中，所得悬浮液的pH范围应约为7至12，优选范围8至11。pH小于7时，羟基磷灰石易进一步转变为磷酸二钙(DCP)、磷酸三钙(TCP)等。仅使用磷酸与氢氧化钙反应时，由于反应系统中缺乏缓冲力，pH会在反应接近结束时显著变化，可能生成一些副产物如DCP和TCP。高纯度羟基磷灰石纳米晶体的制备过程中不期望生成DCP和TCP。尤其是磷酸的使用量略高于化学计量的使用量时，pH可能远低于7，且会生成大量如DCP和TCP等副产物。为克服上述缺点，在一些实施例中，本发明还使用磷酸二氢铵作为原料之一，与磷酸一起提供磷酸盐源。使用磷酸二氢铵的一个优点是反应接近结束时，反应在具有缓冲力的系统中发生，从而可避免pH的潜在显著变化。将磷酸二氢铵作为原料的另一个优点是可使反应更温和、更可控地发生，从而减小反应系统的温度偏移。与氢氧化钙和磷酸间较剧烈的中和放热反应不同，磷酸二氢铵与氢氧化钙的反应产生较少热量，因此较温和。这些条件有助于制备材料特性一致的羟基磷灰石。只要反应过程中反应器中的悬浮液容易搅拌而无阻碍物，则悬浮在水中的固体氢氧化钙的量和溶于水中的磷酸和磷酸二氢铵的量可变化。具体而言，在一个实施例中，氢氧化钙：水的比例为1:10(重量/重量)。在另一实施例中，磷酸(85％w/w)：磷酸二氢铵：水的比例为17:1:50(重量/重量/重量)。根据本发明，只要钙/磷的化学计量比约为1.67，磷酸和磷酸二氢铵的相对量可变化。2.利用球磨法进行精细羟基磷灰石颗粒的制备如果通过直接喷雾干燥上述合成的初级颗粒，而后烧结固结的次级颗粒，则获得的吸附剂非常松散，且堆积密度低，因此机械强度低。吸附剂填充在柱床时，在压力下容易破裂。为增加吸附剂的堆积密度和机械稳定性，需将上述所得悬浮液中含有的羟基磷灰石初级颗粒研磨成更小的颗粒，进而获得紧密固结的次级颗粒。在一个实施例中，本发明提供了利用球磨法制备精细羟基磷灰石颗粒的方法。与其它方法，如喷射磨法相比，球磨法成本低、易于操作和维护，且适用于悬浮液样本的大规模生产。同时，所得的粒径满足下一步骤的工艺要求。简言之，球磨法是通过将羟基磷灰石悬浮液连续进料到填充有球形氧化锆珠粒的封闭气缸腔中、并机械旋转所述珠粒来实施的。在一个实施例中，球磨法步骤详述如下。将羟基磷灰石悬浮液通过如机械装置等方法泵入填充有氧化锆珠的封闭气缸腔中，例如珠粒平均直径约为0.8mm；氧化锆珠和悬浮液在高压下快速机械旋转时，腔内的初级颗粒被研磨成较小颗粒。研磨的悬浮液从气缸端部的开口连续洗脱出并盛于容器中。因腔内的操作过程产生很大热量，因此需利用围绕气缸腔的冷水循环来减少热量，以免可能发生的设备损坏。为获得期望粒径的粉碎颗粒，可相应地调节操作的运行周期。因此，该方法可以很好的粉碎初级颗粒，通过进一步的制备工艺很好地获得最终产物(羟基磷灰石吸附剂)。在一些实施例中，所得的粉碎颗粒中值粒径为1μm以上，优选为1至5μm，更优选为1至3μm。最终产物的孔径与粉碎颗粒的粒径直接相关，其确定了通过喷雾干燥步骤所得的固结次级颗粒之间的空间。当粉碎颗粒的中值粒径在这些范围内时，可制备具有适当堆积密度、高机械稳定性及孔径大小足够生物分子结合的色谱吸附剂粉末。3.固结羟基磷灰石次级颗粒的制备具有良好机械强度的高度球形吸附剂一直是人们所期望的。由于现有的吸附剂球形度低，不具有良好的机械稳定性且表面孔开口不大，不能有效结合高分子量的生物分子。为获得具有良好球形度的固结次级颗粒，有必要改进制备工艺。因此，一方面，本发明提供了利用改进的喷雾干燥法制备球形颗粒的方法。在一个实施例中，本发明提供了在喷雾干燥前在研磨的羟基磷灰石悬浮液前加入分散剂的方法。在一个实施例中，需加入适量的分散剂以改善粉末颗粒的球形形状。因此，固结羟基磷灰石次级颗粒的球形度高于不使用任何分散剂的产品。在一些实施例中，应严格控制所使用的分散剂的量，因为在研磨的悬浮液中加入过多或过少的分散剂都会破坏所得的固结颗粒形状。具体而言，在一个实施例中，将已计算好量的分散剂缓慢加入上述研磨的悬浮液中，同时在环境条件下剧烈搅拌，从而降低了悬浮液的致密度和粘度。因此，也大大提高了悬浮液的流动性，有助于喷雾干燥步骤中在旋转盘的顶部形成平滑膜。此外，使用分散剂还降低了高速旋转时，旋转盘上的膜破裂所形成液滴的表面张力。上述所有优点提供了利用喷雾干燥工艺获得高度球形固结次级颗粒的可靠方法。分散剂用量需进行计算并以分散剂(重量)：悬浮液(重量)的比例百分数(％w/w)表示。根据分散剂的类型和研磨悬浮液中羟基磷灰石的固体含量，分散剂用量可在，但不限于，约0.005％至1％(w/w)范围内，优选范围为0.01％至0.2％(w/w)。在一些实施例中，合适的分散剂用量对于获得具有高产品质量和性能的固结次级颗粒至关重要。因此，分散剂用量添加不足可能不会明显降低悬浮液的粘度。同时，分散剂用量添加过多可能导致分散颗粒重新聚集。这样形成的悬浮液不均匀且容易沉淀出来，这并不是所期望的结果。用于本发明的分散剂包括但不限于无机化合物、短链有机化合物和聚合物等。无机化合物分散剂的示例包括但不限于磷酸盐(例如六偏磷酸钠)、硅酸盐和碳酸盐。短链有机化合物的示例包括但不限于有机电解质(例如柠檬酸盐)和表面活性剂(例如吐温20、吐温80、十二烷基硫酸钠(SDS)和(CTAB)。聚合物分散剂的示例包括但不限于聚合物电解质(例如聚丙烯酸酯)和聚合物非电解质(例如聚丙烯酸和PVA)。在一个实施例中，将7g聚丙烯酸钠缓慢(例如逐滴)加入到35L研磨的羟基磷灰石(约10％w/w)悬浮液中，同时搅拌。悬浮液将变得较不粘稠且更均匀。甚至所得悬浮液在不搅拌的情况下，静置几小时，无任何羟基磷灰石颗粒沉淀。接下来喷雾干燥上述分散好的悬浮液以制备球形次级颗粒。具体而言，将上述悬浮液与热气流如空气或氮气一起通过雾化装置如旋转盘、喷雾喷嘴注入到垂直干燥腔中。所述热气流将由旋转盘形成的微滴水快速蒸发，并从喷嘴释放。气体通常在140至220℃下注入，并在略高于100℃的温度下从干燥器放出；由微滴形成的羟基磷灰石的微粒固结成高度球形单个聚集体。喷雾干燥机底部收集所得的羟磷灰石微球粉末粒度范围约为10-90μm，大部分颗粒的粒径约为40μm。4.高温处理及分级羟基磷灰石是易碎的陶瓷材料。为提高羟基磷灰石的机械强度，需将其在高温下加热一段时间。上述步骤所得干燥羟基磷灰石粉末在高温下处理时，棒状球形初级颗粒收缩并易交织在一起，形成更紧密的网状结构。因此，所得羟基磷灰石吸附剂的表面孔径增大，并相应地增强了微粒粉末的机械强度。孔口大小随着烧结温度增加而增加。此外，在高于600℃的烧结温度下，孔径可随烧结时间增加直至最大值。显然，烧结粉末的表面积随着烧结温度增加而降低。与表面活性位点直接相关的羟基磷灰石吸附剂的表面积决定了其与生物分子的结合能力。根据利用羟基磷灰石吸附剂进行色谱分离的应用，本领域技术人员可优化工艺参数如烧结温度和时间，以获得期望的性能。在一个实施例中，使用有机分散剂时，在存在空气流的条件下进行烧结，从而烧尽有机分散剂。在一个实施例中，粉末置于暴露于空气流的炉中。将粉末逐渐加热至650℃，并在650℃下保持4小时。然后将粉末冷却并从炉中取出。虽然加热和冷却导致结晶颗粒体积变化，但是吸附剂珠粒经过这些工艺后不会出现任何裂纹。上述操作生成了具有较大孔径的稳定珠粒。通过高温处理所得的上述粉末的粒径分布范围大。作为色谱分离介质，尤其用于工业纯化工艺时，优选较均匀粒径的吸附剂。因此，在一些实施例中，需对上述所得粉末进行分级以获得粒度分布范围较小的吸附剂。本发明中可使用各种分级法，包括筛分和气旋分级。所述气旋分级法不能完全消除所有不需要的较小及较大颗粒。而对于超声筛分法，粒径筛分由筛网孔径确定，可进行商业化定制设计。因此，所述超声筛分法更可靠地获得具有所期望的小范围粒径分布的颗粒。在一个实施例中，本发明提供了使用超声波振动筛分器进行羟基磷灰石颗粒分级的方法。该方法可靠并具有良好的重复性，且可提供性能一致的吸附剂最终产物。由于烧结粉末机械强度高，在该阶段进行分级可很好地保持固结次级颗粒的完整性。喷雾干燥所得的次级颗粒的机械稳定性比烧结粉末弱。在烧结工艺之前，将所述分级工艺，尤其是使用气旋分级法工艺应用于干燥的粉末时，一些颗粒易分解，从而可能导致分级的颗粒上形成缺陷并影响颗粒的完整性。因此，本发明还提供了一种对烧结粉末进行分级的超声筛分法，来代替这种未进行粉末烧结的工艺。具体而言，为获得粒径为40μm的羟基磷灰石吸附剂，在超声波振动筛上分别安装孔径为35μm和45μm的两个筛网。为使分离效率最大化并避免粒径损耗，筛网装有超声系统，尤其适用于密度小于1g/cm3的粉末，如本发明中的羟基磷灰石粉末。简言之，将一些烧结粉末放置在45μm筛网的顶部。筛分操作进行一段时间后，收集两个筛网间的粉末即45μm筛网下部和35μm筛网顶部的粉末，以获得羟基磷灰石吸附剂的最终产物。产物的平均粒径为40±2μm。具体而言，使用不同筛网所得的吸附剂最终产物的平均粒径为20μm、40μm、60μm和80μm等。本发明所得的最终产物为高度球形，球形度至少为0.95，普遍为0.97。羟基磷灰石吸附剂的堆积密度范围约为0.5至0.9g/cm3，普遍范围约为0.55至0.82g/cm3，且优选范围约为0.62至0.75g/cm3。另一方面，本发明提供了一种使用含色谱吸附剂的色谱设备或装置对有机或生物样品进行分析或分离的方法。所述设备和装置包括如色谱柱本身或以所述色谱柱作为整体部件的自动化机器。分析或分离的有机样本可为含有合成或天然有机化合物的任何组分或混合物。分析或分离的生物样本可包括蛋白质、酶、核酸等任何组分或混合物。本领域技术人员了解使用色谱柱来分析或分离所述样本的方法，但本发明下具有优良特性的色谱吸附剂可实现更有效地分析和/或分离。在本申请案中，术语“约”出现在数值前时，应理解为该值可变化至少±10％，但优选在±5％内，更优选在±2％内。术语“约”出现在范围前时，应理解为上限和下限可变化至少±10％，但优选在±5％内，更优选为±2％内。另一方面，这些范围的表达包括从一个特定值和/或到另一个特定值。同样，使用先行词“约”表示数值的近似值时，应理解为特定值也适用于另一方面。示例下文将参照实施例对本发明进行描述。示例1.纳米结构羟基磷灰石的合成制备纳米结构的羟基磷灰石时，将3kg氢氧化钙粉末缓慢加入30L水中形成氢氧化钙悬浮液，并机械搅拌以确保悬浮液在反应容器中均匀分散。将悬浮液温度保持在35℃，同时搅拌。再将含有2.7kg磷酸(85％w/w)和0.1kg磷酸二氢铵的水溶液(5L)于16小时内缓慢均匀地加入到上述悬浮液中，同时将反应温度保持在35℃；上述溶液添加完成后，再将悬浮液连续搅拌4小时，获得纳米结构羟基磷灰石。测得所得悬浮液的pH为8.5。为获得高纯度的羟基磷灰石产物，最终悬浮液的pH范围控制在7至12，优选范围为8至11。加入变量的含有磷酸和磷酸二氢铵的水溶液，将最终悬浮液的pH调节至上述范围内。保持反应温度恒定以确保制造重复性。示例2.研磨的羟基磷灰石的制备首先，将示例1中所得的羟基磷灰石初级颗粒进一步研磨成更小颗粒。利用球磨法，设备中使用粒径为0.8mm的氧化锆珠。具体而言，将示例1中所得的羟基磷灰石悬浮液连续泵入填充有氧化锆珠的研磨腔中。研磨腔保持在高压下。可使用循环冷水来除去研磨过程中产生的热量。将研磨的羟基磷灰石悬浮液收集在单独容器中。重复上述研磨过程约20次，得到研磨的悬浮液样本。利用激光散射衍射测量粒径分布。图1为示例1中所得未经研磨的羟基磷灰石悬浮液的粒径分布曲线图。图2为示例2中所得研磨的羟基磷灰石悬浮液的粒径分布曲线图。结果如表1所示。球磨工艺后，初次颗粒的中值粒径从5.6μm(D50)降至1.8μm(D50)。通过调节研磨循环或使用不同粒径的氧化锆珠，将研磨的羟基磷灰石悬浮液的中值粒度范围控制为1至5μm。1至3μm的研磨颗粒可形成足够孔径的微粒，用作生物分子分离的色谱介质。表1.羟基磷灰石颗粒的平均粒径样本ID平均粒径(μm)示例15.6示例21.8示例3.喷雾干燥的羟基磷灰石粉末的制备利用喷雾干燥法获得高度球形的羟基磷灰石颗粒。期望生成高度球形的颗粒，可大大增强颗粒的机械强度。为实现该目的，需要在喷雾干燥前将合适量的分散剂加入到悬浮液中。具体而言，实验中将7g聚丙烯酸钠缓慢加入35L羟基磷灰石悬浮液中，剧烈搅拌，悬浮液逐渐变得较不粘稠且更均匀的悬浮液，其粘度降低且流动性大大提高。再将上述悬浮液与热空气流一起通过配有旋转盘和喷雾喷嘴的雾化装置，泵入垂直干燥腔中。空气流的入口温度设为165℃，出口温度为110℃；在垂直干燥腔内将羟基磷灰石的精细颗粒固结成高度球形的单个聚集体。在干燥腔的底部收集干燥的羟基磷灰石粉末。示例4.40μm羟基磷灰石吸附剂的制备在高温下处理上述干燥粉末时，将收集的粉末置于暴露于空气流的炉中。高温炉从室温逐渐加热至650℃，并在650℃下保持4小时，再将粉末缓慢冷却并从炉中取出。利用超声波振动法对烧结粉末进行分级。具体而言，将孔径为35μm和45μm的两个筛网分别安装在超声振动筛上。两个筛网都装有所述超声系统。将45μm筛网堆叠在35μm筛网的正上方。将上述所得的烧结粉末置于45μm筛网的顶部。筛分操作进行10分钟后，收集两个筛网间的粉末，得到40μm羟基磷灰石粉末的最终产物。对比示例1利用与示例4中所述的相同方法获得40μm羟基磷灰石吸附剂，不同之处在于将示例1中所得的悬浮液直接喷雾干燥而不进行球磨，烧结温度分别为475℃和650℃。对比示例2利用与示例4中所述的相同方法获得40μm羟基磷灰石吸附剂，不同之处在于处理温度为475℃。表2为不同工艺条件下制备的羟基磷灰石吸附剂的堆积密度。如表2所示，示例4中所得的吸附剂的堆积密度比对比示例1中所得的吸附剂的堆积密度高约30％。堆积密度的增加可提高吸附剂的机械强度，以满足其用作色谱分离填充介质的基本要求。表2.羟基磷灰石吸附剂的堆积密度图3为示例4中所得的羟基磷灰石吸附剂(粒径为40μm)的扫描电子显微镜(SEM)图像。图4为烧结温度650℃下对比示例1中所得的羟基磷灰石吸附剂(粒径为40μm)的扫描电子显微镜(SEM)图像；在特定范围40±2μm内，利用激光散射衍射测定的平均粒径为40μm。SEM图像显示，示例4中所得的羟基磷灰石吸附剂珠粒呈高度球形、大小均匀、珠粒表面也非常光滑。测定吸附剂珠粒的球形度大于0.99。而对比示例1中所得的吸附剂珠粒仅仅呈球形，但其表面粗糙且有缺陷。示例4中得到的吸附剂，其特征还在于利用液氮吸附-解吸等温线测量。固结次级颗粒的平均孔径和孔体积分别约为80nm和0.2cm3/g。图5为示例4中所得的羟基磷灰石吸附剂(粒径为40μm)的X射线衍射图(XRD)。图6为示例4中所得的羟基磷灰石吸附剂(粒径为40μm)的FT-IR光谱。XRD和FI-IR光谱的结果显示40μm羟基磷灰石吸附剂与羟基磷灰石晶体的结构一致。吸附剂填充在可调空柱中时，还需评估羟基磷灰石吸附剂珠粒的机械稳定性。填充在柱中的吸附剂大小为11mm(内径)×200mm(长度)。将已填充的柱安装在GEAKTA蛋白纯化系统上。运行条件：流动相为5mM磷酸钠pH＝6.5的缓冲液，流速为300cm/时。图7为示例4中所得样本的柱压对时间的曲线图。羟基磷灰石在微酸性条件(pH<7)下缓慢溶解。因此，如吸附剂机械强度不高，则吸附剂易于缓慢溶解，导致柱床塌陷且柱压急剧增加。图7表明，72小时后柱压几乎与初始压力相同。另外，显微镜下的颗粒检测表明，72小时后颗粒形状和大小与填充前的吸附剂的颗粒形状和大小相同，没有观察到球形颗粒碎片。但对于对比示例1中所得的吸附剂而言，由于柱床塌陷，因此观察到2小时后压力急剧增加，必须停止评估试验。结果表明，示例4中的吸附剂(40μm)比对比示例1中所得的样本更具机械稳定性，因此满足色谱分离吸附剂的使用要求。示例5.20μm羟基磷灰石吸附剂的制备利用与示例4中所述的相同方法获得20μm羟基磷灰石吸附剂，不同之处在于用大小为15μm和25μm开口的两个筛网分别代替大小为35μm和45μm开口的两个筛网。示例6.60μm羟基磷灰石吸附剂的制备利用与示例4中所述的相同方法获得60μm羟基磷灰石吸附剂，不同之处在于用大小为50μm和70μm开口的两个筛网分别代替大小为35μm和45μm开口的两个筛网。示例7.80μm羟基磷灰石吸附剂的制备利用与示例4中所述的相同方法获得80μm羟基磷灰石吸附剂，不同之处在于用大小为70μm和90μm开口的两个筛网分别代替大小为35μm和45μm开口的两个筛网。示例8.使用六偏磷酸钠分散剂进行40μm羟基磷灰石吸附剂的制备利用与示例4中所述的相同方法获得40μm羟基磷灰石吸附剂，不同之处在于用六偏磷酸钠代替聚丙烯酸钠，如示例3所示。具体而言，将20g溶解在50mL水中的六偏磷酸钠缓慢加入到35L羟基磷灰石悬浮液中，同时剧烈搅拌。示例9.使用十二烷基磺酸钠分散剂进行40μm羟基磷灰石吸附剂的制备利用与示例4中所述的相同方法获得40μm羟基磷灰石吸附剂，不同之处在于用十二烷基磺酸钠代替聚丙烯酸钠，如示例3所示。具体而言，将5g溶解在100mL水中的十二烷基磺酸钠缓慢加入到35L羟基磷灰石悬浮液中，同时剧烈搅拌。示例5-9中所得的所有吸附剂均呈高度球形并与示例4中所得的吸附剂具有相似的堆积密度。中值粒径范围分别为20±4μm、60±4μm、80±4μm、40±4μm和40±4μm。根据评估，它们也与示例4中所得的吸附剂具有同样好的机械稳定性。上述实施例和具体示例仅用于说明，而非限制本发明。上述任一实施例的一个或多个特性可通过任何合适的方式与本说明书中所述其它实施例的一个或多个特性相结合。此外，本领域技术人员在阅读本说明书所公开内容并结合本领域一般知识的前提下，可清楚了解本发明的多种变型或等效方式。这些变型和等效方式都应包括在本发明的范围内。当前第1页1 2 3