以水溶性六偏磷酸盐作为磷源水热制备介孔羟基磷灰石的方法
【专利摘要】本发明公开了以水溶性六偏磷酸盐作为磷源、无机钙盐作为钙源通过水热法制备介孔羟基磷灰石的方法。所述方法步骤如下：首先将无机钙盐与水溶性六偏磷酸盐添加到水中，搅拌形成透明粘胶状沉淀；其次将所得混合液进行水热反应，所得反应终产物即为具有介孔结构的羟基磷灰石。通过调节反应体系的钙源、反应时间、反应温度、组分可以制备一系列形貌各异的介孔羟基磷灰石。所得具有介孔结构的羟基磷灰石具有高比表面积，可望在药物传输、组织工程、骨缺损修复和蛋白质吸附领域得到广泛应用。制备工艺简单，绿色环保，可以大规模生产。
【专利说明】
以水溶性六偏磷酸盐作为磷源水热制备介孔羟基磷灰石的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种采用水溶性六偏磷酸盐作为磷源、采用无机钙盐作为钙源通过水热法制备介孔羟基磷灰石的方法。
【背景技术】
[0002]轻基磷灰石(HydroxyapatiteJI^lHA)，其化学式为CaiQ(P04)6(0H)2，是脊椎动物体内骨和齿的主要无机成分。其具有良好的生物相容性，生物活性及骨传导性能。其化学式中的钙与磷酸根离子易被部分离子取代，是故在人体硬组织中羟基磷灰石也常参杂有锶，镁，氟，碳酸根，硫酸根等离子。其植入体内后，羟基磷灰石会逐渐被机体组织吸收，并与人体骨骼组织进行化学结合，最后部分或全部被人体组织吸收和取代。故而羟基磷灰石是一类理想的生物陶瓷材料，被广泛应用于组织工程，骨缺损填充，药物输运，基因转染，血液净化等领域。
[0003]介孔材料是一类孔径在2-50nm的材料，由于其具有较大的比表面积和孔容，使其在催化，吸附，组织工程等领域具有广阔的应用潜力。而具有介孔结构的羟基磷灰石具有高比表面积，已被证明可以对多种生物活性分子进行高效吸附。与常规的羟基磷灰石相比，其更适用于药物载体及骨组织修复。发展新的简单绿色经济的具有介孔结构的羟基磷灰石的制备方法具有重要的研究和商业价值。目前对于具有介孔结构的羟基磷灰石的制备，国内外主要是通过模板法来获得。例如CN104192817A公开了一种采用三嵌段共聚物聚氧乙烯_聚氧丙烯-聚氧乙烯(F127)作为模板来制备介孔羟基磷灰石的方法。而CN101759170A公开了一种采用十二烷基磺酸钠(CTAB)为模板制备介孔羟基磷灰石的方法。
[0004]Ceramics Internat1nal ,2015,41(9)，10624-10633则发表了使用F127,CTAB或者聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)三种模板剂可以调控介孔羟基磷灰石孔径的报道。但是模板法所使用的模板可能具有一定的毒性，其残留会污染介孔羟基磷灰石的纯度，且在高温煅烧去除模板的过程中可能会导致颗粒团聚。这些都增加了工艺的复杂性和生产成本，并可能会造成环境污染。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种简单绿色经济的具有介孔结构的羟基磷灰石的制备方法。以水溶性六偏磷酸盐作为磷源，由于其在常温条件下可以与钙离子结合形成透明粘胶状沉淀。在水热条件下，粘胶状沉淀逐步水解，释放出部分磷酸根离子，并在其结构中形成缺陷。随着水热反应的进行，六偏磷酸盐-钙离子复合物逐步转变为不定形磷酸钙直至形成稳定的羟基磷灰石，而磷酸根离子水解产生的缺陷则被部分保存，因而得到具有介孔结构的羟基磷灰石。
[0006]具体工艺为:
[0007](I)将无机钙盐与水溶性六偏磷酸盐添加到水中，搅拌直至形成透明粘胶状沉淀；
[0008](2)调节步骤(2)所得透明粘胶状沉淀的pH至4-12后，于100-200°C下水热反应1-48小时，得羟基磷灰石沉淀；
[0009](3)分离、洗涤并干燥步骤(2)所得沉淀，制得具有介孔结构的羟基磷灰石。
[0010]其中，优选:
[0011]步骤(I)添加到水溶液中的无机钙盐与水溶性六偏磷酸盐按照Ca/P的摩尔比为:1-2的比例加入，搅拌直至形成透明粘胶状沉淀。
[0012]步骤(I)所述无机钙盐的摩尔浓度可为0.001-0.1摩尔/升。
[0013]步骤(I)所述水溶性六偏磷酸盐的摩尔浓度可为0.001-0.1摩尔/升。
[0014]步骤(2)所述水热反应的温度优选为120_160°C，时间优选为4-8小时。
[0015]步骤(2)所述反应体系的pH优选为7-12。
[0016]步骤(2)所述反应体系的液相为水。
[0017]步骤(3)所述反应体系体中获得的具有介孔结构的羟基磷灰石可以通过过滤的方法获得，并使用水进行清洗。
[0018]步骤(3)所得介孔结构的羟基磷灰石可在50_70°C空气氛围下进行干燥。
[0019]其中，本发明所述无机钙盐可以采用氯化钙和/或其水合物、硝酸钙和/或其水合物、乙酸钙和/或其水合物、氧化钙、氢氧化钙、或其它水溶性无机钙盐。
[0020]所述水溶性六偏磷酸盐可以采用六偏磷酸钠，六偏磷酸钾中的一种或两种。
[0021]液相水中可以添加乙醇，甘油等水溶性有机溶剂，也可以添加葡萄糖，茶多酚，柠檬酸等水溶性有机分子对介孔羟基磷灰石的形貌进行调控。
[0022]本发明的有益效果:本发明方法具有工艺简单、快速、成本低廉、环境友好、制得的产品形貌可控等优点，是一种适合规模化生产的制备方法。以水溶性六偏磷酸盐作为磷源、无机钙盐作为钙源通过水热法制备介孔羟基磷灰石，通过调节反应体系的pH、钙源、反应时间、反应温度、组分可以制备一系列形貌各异的介孔羟基磷灰石;本发明制得的具有介孔结构的羟基磷灰石具有高比表面积，可望在药物传输、组织工程、骨缺损修复和蛋白质吸附领域得到广泛应用。
【附图说明】
[0023]图1是以磷酸氢二钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠作为磷源，氢氧化钙作为钙源，通过2小时和4小时水热反应制备的羟基磷灰石的X射线衍射(XRD)图片；
[0024]图2是以磷酸氢二钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠作为磷源，氢氧化钙作为钙源，通过4小时水热反应制备的羟基磷灰石的透射电镜(TEM)图片；
[0025]图3是以六偏磷酸钠作为磷源，氯化钙作为钙源，通过4小时水热反应制备的棒状介孔羟基磷灰石的TEM图片；
[0026]图4是以六偏磷酸钠作为磷源，氢氧化钙作为钙源，并在水中添加了茶多酚来调控介孔羟基磷灰石形貌终产物的TEM图；
[0027]图5为使用阿霉素比较有/或无茶多酚的六偏磷酸钠的实验组制备所得的介孔羟基磷灰石在药物释放方面的差异。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，应理解，下述实施方式和附图仅用于说明本发明，而非限制本发明。
[0029]本发明采用无机钙盐和水溶性六偏磷酸盐为原料，在水相溶剂中形成透明粘胶状沉淀。而后在水热条件下通过透明粘胶状沉淀的水解，释放出磷酸根离子与游离的钙离子结合形成不定形磷酸钙。并在水热条件下逐步由不定形磷酸钙向羟基磷灰石转变直至反应完成。通过调节反应体系的pH、钙源、反应时间、反应温度、组分可以制备一系列形貌各异的介孔羟基磷灰石。
[0030]下面进一步举例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
[0031]实施例1:
[0032]0.37g氢氧化钙与0.51g的六偏磷酸钠添加到300mL的水溶液中，搅拌5分钟，混合液的pH用IM氢氧化钠调成10。将混合液置于水热反应爸中，水热加热温度为120°C，反应4小时，反应后过滤收集产物，水洗，60°C空气干燥后获得具有介孔结构的羟基磷灰石(如图1、图2所示)。
[0033]实施例2:
[0034]0.93g氯化钙和0.51g的六偏磷酸钠添加到300mL的水溶液中，搅拌5分钟，混合液的pH用IM氢氧化钠调成7.4。将混合液置于水热反应爸中，水热加热温度为120°C，反应4小时，反应后过滤收集产物，水洗，60°C空气干燥后使用TEM进行表征。如图3所示，所得产物为具有介孔结构的棒状羟基磷灰石。
[0035]实施例3:
[0036]0.37g氢氧化钙与0.51g的六偏磷酸钠添加到300mL的水溶液中，并加入0.15g的茶多酚。搅拌5分钟，混合液的pH用IM氢氧化钠调成10。将混合液置于水热反应釜中，水热加热温度为120 0C，反应4小时，反应后过滤收集产物，水洗，60 °C空气干燥后使用TEM对样品进行表征。如图4所示，与例I中不使用茶多酚的六偏磷酸钠实验组相比，使用了茶多酚的六偏磷酸钠实验组所得的介孔羟基磷灰石结构形貌为规则的米粒状结构。使用BET测试，其平均介孔孔径约为9nm。使用阿霉素比较有/或无茶多酚的六偏磷酸钠的实验组制备所得的介孔羟基磷灰石对于药物释放的差异。如图5所示，在反应体系中使用了茶多酚所获得的介孔羟基磷灰石具有更加缓慢的药物释放速率。
[0037]实施例4
[0038]0.8g氯化钙和0.51g的六偏磷酸钾添加到300mL的水溶液中，并在水溶液中添加150mL的甘油。搅拌5分钟，混合液的pH用IM氢氧化钠调成10。将混合液置于水热反应釜中，水热加热温度为120°C，反应4小时，反应后过滤收集产物，水洗。所得产物为具有介孔结构的羟基磷灰石。
[0039]实施例5
[0040]0.37g氢氧化钙与0.51g的六偏磷酸钠添加到300mL的水溶液中，搅拌5分钟，混合液的P H用IM氢氧化钠调成1。将混合液置于微波辅助的水热反应爸，水热加热温度为13 O0C，反应6小时，反应后过滤收集产物，水洗，600C空气干燥后.所得产物为具有介孔结构的球形羟基磷灰石。[0041 ]对比实施例1
[0042]0.37g氢氧化钙与0.51g的磷酸氢二钠添加到300mL的水溶液中，搅拌5分钟，混合液的pH用IM氢氧化钠调成10。将混合液置于水热反应爸中，水热加热温度为120°C，反应4小时，反应后过滤收集产物，水洗，60°C空气干燥后得到羟基磷灰石(如图1、图2所示)。
[0043]对比实施例2
[0044]0.37g氢氧化钙与0.51g的焦磷酸钠添加到300mL的水溶液中，搅拌5分钟，混合液的pH用IM氢氧化钠调成10。将混合液置于水热反应爸中，水热加热温度为1200C，反应4小时，反应后过滤收集产物，水洗，60°C空气干燥后得到羟基磷灰石(如图1、图2所示)。
[0045]对比实施例3
[0046]0.37g氢氧化钙与0.51g的三聚磷酸钠添加到300mL的水溶液中，搅拌5分钟，混合液的pH用IM氢氧化钠调成10。将混合液置于水热反应爸中，水热加热温度为120°C，反应4小时，反应后过滤收集产物，水洗，60°C空气干燥后得到羟基磷灰石(如图1、图2所示)。
[0047]对比实施例4
[0048]0.37g氢氧化钙与0.51g的六偏磷酸钠添加到300mL的水溶液中，搅拌5分钟，混合液的pH用IM氢氧化钠调成10。将混合液置于水热反应爸中，水热加热温度为120°C，反应2小时，反应后过滤收集产物，水洗，60°C空气干燥后得到有相当部分的不定形磷酸钙存在的介孔结构的羟基磷灰石(如图1所示)。
[0049]对比实施例各样品通过水热反应后所得产物与使用了六偏磷酸钠的实验组进行XRD和TEM比较。如图1所示，磷酸氢二钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠4小时水热反应后所得的终产物均为羟基磷灰石，六偏磷酸钠在水热反应2小时后还有相当部分的不定形磷酸钙存在。
[0050]如图2所示，六偏磷酸钠实验组所得的羟基磷灰石拥有不规则形貌，但具有明显的介孔结构，而其余对照组的羟基磷灰石均无介孔结构。这表明只有使用水溶性六偏磷酸盐作为磷源才能直接通过水热反应获得介孔羟基磷灰石。
【主权项】
1.一种以水溶性六偏磷酸盐作为磷源水热制备介孔羟基磷灰石的方法，其特征在于:所述制备方法为: (1)将无机钙盐与水溶性六偏磷酸盐添加到水中，搅拌直至形成透明粘胶状沉淀； (2)调节步骤(I)所得透明粘胶状沉淀的pH至4-12后于100-200°C下水热反应1-48小时，得羟基磷灰石沉淀； (3)分离、洗涤并干燥步骤(2)所得沉淀，制得具有介孔结构的羟基磷灰石。2.如权利要求1所述的以水溶性六偏磷酸盐作为磷源水热制备介孔羟基磷灰石的方法，其特征在于:步骤(I)所述的无机钙盐为:氯化钙和/或其水合物、硝酸钙和/或其水合物、乙酸钙和/或其水合物、氧化钙、氢氧化钙、或其它水溶性无机钙盐中的一种或多种。3.如权利要求1所述的以水溶性六偏磷酸盐作为磷源水热制备介孔羟基磷灰石的方法，其特征在于:步骤(I)所述水溶性六偏磷酸盐为六偏磷酸钠，六偏磷酸钾中的一种或两种。4.如权利要求1所述的以水溶性六偏磷酸盐作为磷源水热制备介孔羟基磷灰石的方法，其特征在于:步骤(I)所述无机钙盐与水溶性六偏磷酸盐按照Ca/P摩尔比1-2的比例添加到水溶液中。5.如权利要求1所述的以水溶性六偏磷酸盐作为磷源水热制备介孔羟基磷灰石的方法，其特征在于:步骤(I)所述无机钙盐的摩尔浓度为0.001-0.1摩尔/升;水溶性六偏磷酸盐的摩尔浓度为0.001-0.1摩尔/升。6.如权利要求1所述的以水溶性六偏磷酸盐作为磷源水热制备介孔羟基磷灰石的方法，其特征在于:步骤(2)所述水热反应的温度为120-160 0C，水热反应的时间为4-8小时;反应体系的pH为7-12;反应体系的液相为水。7.如权利要求1所述的以水溶性六偏磷酸盐作为磷源水热制备介孔羟基磷灰石的方法，其特征在于:步骤(3)所述具有介孔结构的羟基磷灰石通过过滤的方法获得，并用水进行清洗;所得介孔结构的羟基磷灰石在50-70°C空气氛围下进行干燥。8.如权利要求6所述的以水溶性六偏磷酸盐作为磷源水热制备介孔羟基磷灰石的方法，其特征在于:步骤(2)所述液相水中添加乙醇，甘油水溶性有机溶剂，或者葡萄糖，茶多酚，柠檬酸水溶性有机分子对介孔羟基磷灰石的形貌进行调控。9.如权利要求1所述方法制备的介孔羟基磷灰石的应用，其特征在于:所述介孔羟基磷灰石用于生物医药领域。
【文档编号】C01B25/32GK106082154SQ201610392363
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月12日 公开号201610392363.3, CN 106082154 A, CN 106082154A, CN 201610392363, CN-A-106082154, CN106082154 A, CN106082154A, CN201610392363, CN201610392363.3
【发明人】周欢, 杨蒙蒙, 邓林红
【申请人】常州大学