CN100584389C - 一种空心球状纳米羟基磷灰石材料及其制备方法 - Google Patents
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一种空心球状纳米羟基磷灰石颗粒及其制备方法。该空心纳米球状颗粒的特征是：球状直径为130～170纳米，壁厚约为40～50纳米，中央空心，外壳中结晶态羟基磷灰石的含量为40%～60%，其余为无定形磷酸钙。制备方法是：在一定反应温度和超声的环境下，以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，将钙盐溶液缓慢滴加到含有磷酸根和CTAB的溶液中，滴加氨水溶液调节溶液pH值至9～10，得到乳白色悬浮液，经过滤、洗涤、低温真空干燥后收集。该空心纳米球状颗粒制备工艺简单，所用原材料便宜易得，适于批量生产，且具有比重轻、比表面积大等优势，在药物控制释放载体和带药组织工程支架等领域有重要的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米羟基磷灰石材料，特别是涉及一种纳米空心球状纳米羟基磷灰石材料及其制备方法。
背景技术
由于交通、运动创伤、社会老龄化的日趋接近以及对高水平生活质量的需求的增强，人们对医疗器械以及生物医用材料的需求量日益增加，目前在用于人体硬组织修复替换的医用生物材料中，羟基磷灰石由于与人体硬组织的无机成分基本一致，其生物相容性、界面生物活性均优于各类医用钛、硅橡胶及植骨用碳素材料，还有极好的骨传导性和与骨结合的能力，加上无毒副作用，无致癌作用，所以被广泛用作硬组织修复材料和骨填充材料。近来，为了进一步提高术后成功率，H.Takeyama，N.Mohri，I.Mizuno，Y.Akamo，H Sawai，T.Manabe，Yotsuyanagi T.，S.Nakamura(″Treatment of peritoneal carcinomatosis using carboplatin-loadedhydroxyapatite particles”，Anticancer Res.，2006，26(6B)，4603-4606)，S.Kano，A.Yamazaki，R.Otsuka，M.Ohgaki，M.Akao，H.Aoki(“Application of hydroxyapatite-sol as drug carrier”，BiomedMater Eng.，1994，4(4)，283-90)，孔桦，孟洁，郭小天，杨子彬，许海燕(“载药纳米羟基磷灰石材料的体外药物缓释研究”，Chinese J.Dlal.& Artif.Organs，2005，1612-15)设计了载药的羟基磷灰石，其目的在于降低药物对正常细胞的毒副作用、抑制炎症的发生、补充营养物质或者调控病患部位的细胞的生物功能从而加速新骨的生长等等。这些方法通常借助药物的物理吸附作用将药物附着在羟基磷灰石的表面，然后通过药物在体液中的扩散和羟基磷灰石的降解将药物释放出来。这些方法在一定程度上实现了人们的设想，但其作用很小，主要原因在于载药量有限，载体生物降解速率低，药物释放速度不能很好的控制等。
为了解决这些问题，J.R.Woodard，A.J.Hilldore，S.K.Lan，C.J.Park，A.W.Morgan，J.A..C.Eurell，S.G.Clark，M.B.Wheeler，R.D.Jamison，A.J.W.Johnson(“The mechanical properties andosteoconductivity of hydroxyapatite bone scaffolds with multi-scale porosity”，BIOMATERIALS，2007，28(1)：45-54)提出多孔羟基磷灰石载体，与常规的羟基磷灰石填充/修复材料相比较，多孔羟基磷灰石材料的表面积大大增加，从而增加了药物的吸附量，但是药物的释放速度、药效的持久性以及载体的降解速度等问题仍没有得到很好的解决。Q.Peng，L.Ming，C.X.Jiang，B.Feng，S.X.Qu，J.Weng(“Preparation and characterization ofhydroxyapatite microspheres with hollow core and mesoporous shell”，Bioceramics and KeyEngin.Mater.，2006，18，309-311：65-68)，Q.Wang，W.H.Huang，D.P.Wang，B.W.Darvell，D.E.Day，M.N.Rahaman，″Preparation of hollow hydroxyapatite microspheres”，J.Mater.Sci.-Mater.in Medicine，2006，17(7)：641-646)，R.X.Sun，M.S.Li，Y.P.Lu，S.T.Li，“Dissolution behaviorof hollow hydroxyapatite microspheres immersed in deionized water”，Mater.Res.Bulletin，2006，41(6)，1138-1145)提出纳米空心球的纳米结构，纳米空心球作为一种新的纳米结构，其一个明显的特征就是具有很大的内部空间。这种特殊的空心结构还使得这种材料与其块体材料或粉体材料相比具有比表面积大、密度小等很多特性，使它可作为客体物质的载体，从而在医学和制药学领域得到广泛应用。此外，因其特殊的结构导致的优越性能使得纳米空心球的应用范畴不断扩展到材料科学、染料工业等众多领域，作为轻质结构材料、隔热、隔声和电绝缘材料、颜料、催化剂载体等。目前，制备纳米空心球的方法有很多种，如模板法、吸附技术、喷雾高温分解法、水热法等。用这些方法已成功制备出CdS、ZrO2、TiO2、Si、SnO2等多种无机材料纳米空心球，但对于生物陶瓷，却还没有非常成熟且简单易行的制备方法。通常都需要以一定的模板为基底，然后高温处理或碱液浸泡去除模板制得，或者需要借助于复杂昂贵的设备，如等离子喷涂等。
发明内容
为了克服已有技术的缺点，本发明目的之一是提供一种具有比重轻、比表面积较大和较高的生物降解速度纳米空心球状纳米羟基磷灰石材料；目的之二是提出一种制备方法简单，成本低，可控制性强空心球状纳米羟基磷灰石材料的制备方法。
本发明提供的空心球状纳米羟基磷灰石材料，其特征是：球中央为空心结构，球体直径为130～170纳米，壁厚为40～50纳米，由羟基磷灰石和无定形磷酸钙，按羟基磷灰石含量为40％～60％的比率构成。
上述球体直径空心纳米球平均直径为150纳米，平均壁厚为45纳米。
上述羟基磷灰石含量优选为50％。
本发明空心球状纳米羟基磷灰石材料制备方法，是在一定反应温度和超声的环境下，以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，将钙盐溶液滴加到含有磷酸根和CTAB的溶液中，调节溶液pH值至9-10，反应得到羟基磷灰石溶胶，经过滤、洗涤、低温真空干燥后空心球状纳米羟基磷灰石材料。其中在超声条件下CTAB可以形成稳定的胶束结构并诱导羟基磷灰石在其界面的原位成核、生长和聚集从而形成空心结构。
步骤如下：
a)配制含有磷酸根和十六烷基三甲基溴化铵的混合溶液，其中十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0.5×10-3～1.0×10-3mol/L，搅拌均匀，用氨水调节混合溶液的pH值至9～10，强超声环境下反应，反应温度为30～60℃；
b)在上述混合溶液中滴加钙盐溶液，滴加总量Ca/P的摩尔比为1.67，同时滴加氨水调节反应体系的pH值，使之维持在9～10之间，得到羟基磷灰石溶胶；
c)将溶胶静置沉淀，用微孔滤膜过滤出沉淀，用去离子水清洗三遍后，将过滤出来的物料放入真空烘箱中30～60℃下烘干，得到空心球状纳米羟基磷灰石纳米颗粒。
上述制备步骤中所述调节混合溶液的pH值的氨水浓度优选为0.1mol/L。
上述制备步骤中所述滴加钙盐溶液，滴加速度优选为1滴/秒，滴加量为反应结束时Ca/P摩尔比为1.67。
上述制备步骤中所述强超声环境优选为超声输入功率为40kHz，150W。
上述制备步骤中所述微孔滤膜为优选0.22μm的微孔滤膜。
上述制备步骤中所述真空干燥优选温度40℃，干燥12小时。
上述制备步骤中所述优选反应温度为50℃，在超声环境下反应2分钟，在非超声环境下陈化1小时
本发明空心球状纳米羟基磷灰石材料，其中羟基磷灰石的平均结晶度为40％～60％。具有较轻的比重、较大的比表面积和较高的生物降解速度，可成为制备或直接用作高性能药物控释载体、骨缺损填充物的重要材料；本发明原材料便宜易得，制备方法简单，成本低。
附图说明
附图一纳米羟基磷灰石空球的透射电镜和扫描电镜相片
附图二纳米羟基磷灰石空球的粒径DLS测试曲线
附图三纳米羟基磷灰石空球的X射线衍射图
具体实施方式
实施例1
一种空心球状纳米羟基磷灰石颗粒，其制备过程依次为：
1.在浓度为1.2×10-3mol/L的50mL磷酸氢二钠溶液中加入模板剂CTAB，混合溶液中CTAB的浓度为0.9×10-3mol/L，用磁力搅拌器搅拌均匀，搅拌速度为200转/分；
2.上述第一步溶液搅拌10分钟后，用精密碱性试纸测定混合溶液pH值，用0.1mol/L的氨水调节溶液pH为9.5；
3.上述第二步溶液搅拌30分钟后，将它放置在50℃强超声环境下超声5分钟，超声输入功率为40kHz，150W；
4.向上述第三步溶液中缓慢滴加浓度为0.05mol/L的氯化钙溶液2ml，反应体系中钙和磷酸根的莫尔比为1.67。滴加速度为1滴/秒，在滴加氯化钙溶液的过程中，同时用浓度为0.1mol/L的氨水随时调节溶液pH值使之维持在9～10之间，得到羟基磷灰石溶胶；
5.完成上述第四步后，溶胶体系继续超声2分钟后停止超声，室温静置1小时后，用0.22μm的微孔滤膜滤出沉淀，用去离子水清洗三遍；
6.将沉淀置于40℃真空烘箱中干燥12小时，制得空心的球形羟基磷灰石纳米颗粒。
7.用透射电镜(JEM-200CX，JEOL Japan)和扫描电镜(SLR10N，FEI Holand)对纳米羟基磷灰石空球的形貌进行了分析(见附图一)，结果表明纳米球的直径约为150nm左右，壁厚为45nm左右。用动态光散射仪(MasterSizer 2000，Malvern England)分析测定颗粒平均粒径为150nm(见附图二)。用X射线衍射仪(D/MAX-RA，Rigaku Japan)分析了纳米颗粒的相组成，结果表明壳中含有羟基磷灰石，其中结晶态的羟基磷灰石的含量在50％左右(见附图三)。
Claims (7)
1、一种空心球状纳米羟基磷灰石材料，其特征是：所述空心纳米球是由羟基磷灰石和无定形磷酸钙，按羟基磷灰石含量为40％～60％的比率构成的，羟基磷灰石的平均结晶度为40％～60％，所述空心纳米球直径为130～170纳米，壁厚为40～50纳米。
2、根据权利要求1所述的空心球状纳米羟基磷灰石材料，其特征是所述空心纳米球平均直径为150纳米，平均壁厚为45纳米。
3、根据权利要求1所述的空心球状纳米羟基磷灰石材料，其特征是所述羟基磷灰石含量为50％。
4、权利要求1所述的空心球状纳米羟基磷灰石材料的制备方法，其特征是包括如下步骤：
a)配制含有磷酸根和十六烷基三甲基溴化铵的混合溶液，其中十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0.5×10-3～1.0×10-3mol/L，搅拌均匀，用氨水调节混合溶液的pH值至9～10，强超声环境下反应，反应温度为30～60℃；
b)在上述混合溶液中滴加钙盐溶液，滴加总量Ca/P的摩尔比为1.67，同时滴加氨水调节反应体系的pH值，使之维持在9～10之间，得到羟基磷灰石溶胶；
c)溶胶的静置沉淀，溶胶体系继续超声2分钟后停止超声，室温静置1小时后，用0.22μm微孔滤膜过滤出沉淀，用去离子水清洗三遍后，将过滤出来的物料放入真空烘箱中30～60℃下烘干，得到空心球状纳米羟基磷灰石纳米颗粒。
5、根据权利要求4所述的空心球状纳米羟基磷灰石材料的制备方法，其特征是所述滴加钙盐溶液的滴加速度为1滴/秒。
6、根据权利要求4所述的空心球状纳米羟基磷灰石材料的制备方法，其特征是所述调节混合溶液的pH值的氨水浓度为0.1mol/L。
7、根据权利要求4所述的空心球状纳米羟基磷灰石材料的制备方法，其特征是所述超声输入功率为40kHz，150W。
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