CN101855168A - 制造磷酸钙和磷酸钙复合粒子的燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本申请案针对制造磷酸钙粒子的方法。具体来说，所述方法旨在消除对制造过程中烧结步骤的需要。所述方法包括雾化和燃烧一种或一种以上含有钙前体、磷前体和过氧化氢的前驱组合物。

Description

制造磷酸钙和磷酸钙复合粒子的燃烧方法

技术领域

       相关申请案的交叉引用

      本申请案主张2007年11月12日申请的爱尔兰专利申请案第2007/0808号的国外优先权，这一发明以引用的方式并入本文中。

      技术领域

      本申请案涉及制造磷酸钙和磷酸钙复合粒子的方法。

背景技术

磷酸钙从科技观点来说在许多领域中都很重要。存在多种在周围条件下呈亚稳相或稳定相的磷酸钙盐，最常见的按照在水溶液中的溶解度的递增顺序(1)列于表1中。也鉴别出非晶态磷酸钙（ACP）相。

      表I.常见磷酸钙盐

      化学式 Ca/P比名称

      Ca5(PO4)3(OH) 1.67      羟基磷灰石（hydroxyapatite，HAP）

      Ca4H(PO4)3??2.5H2O     1.33      磷酸八钙（octacalciumphosphate，OCP）

      Ca3(PO4)2  1.50      磷酸三钙（tricalciumphosphate，TCP）

      CaHPO4??2H2O 1.00      二水合磷酸氢钙（dicalciumphosphatedihydrate，DCPD）

      Ca(H2PO4)2      0.50      磷酸二氢钙（monocalciumphosphate，MCP）

      Ca(H2PO4)2??H2O   0.50      单水合磷酸二氢钙（monohydratecalciumphosphate，MCPH）

       

      羟基磷灰石（HAP）是在约周围温度下和4到12的pH值范围内热力学最稳定的磷酸钙盐。值得注意的是，此包括生理温度和生理pH值。HAP广泛用于催化、肥料和水处理工业中。其还用于生物医学和药理学领域。基于磷酸钙的生物材料因与人类组织的生物相容性极佳，已用于医学和牙科学达20多年。因此，羟基磷灰石已广泛用于牙植入体（dentalimplant）、经皮器件（percutaneousdevice）、牙周治疗、牙槽嵴增高术（alveolarridgeaugmentation）、矫形外科、颌面外科、耳鼻喉科学和脊柱外科。HAP作为生物材料的功能性归因于其与无脊椎动物牙齿和骨的主要无机组分骨磷灰石（bone-apatite）的化学和结构相似性。HAP是已知的骨传导材料且用作硬组织关节置换术用金属医学器件的涂层与合成骨移植物和骨水泥中的组成部分。作为生物模拟物的HAP促进骨向内生长和活体内固定，这是任何成功的硬组织植入体的必需的属性(2-3)。

      由于HAP的内在生物相容性和许多生物学物质可轻易地吸附于其表面上的事实，HAP日益成为传递多种治疗剂的精选材料，所述治疗剂包括抗生素、生长因子和各种具有生理意义的遗传路径中所涉及的其它调节蛋白和/或功能蛋白(4)。Habraken等人已撰写了陶瓷复合基质作为药物传递骨架的全面综述，磷酸钙和钙旨在消除对制造应用中烧结步骤的需要(5)。

      虽然广泛用于硬组织领域中，但使用HAP作为与心血管医学器件有关的药物传递系统（例如MIV治疗剂VESTASYNC??支架）中的聚合物的替代物目前正在研制中。最近关于由MIV治疗剂正在进行的临床试验所报导的结果证明使用经HAP涂布的冠状动脉支架无不良临床效果(6)。

      另外，如在美国专利第4,798,886号(7)中，还使用羟基磷灰石作为蛋白质纯化和DNA分离中的生物色谱载体。羟基磷灰石目前还用于多种生物分子的分馏和纯化，所述生物分子诸如酶、抗体片段和核酸的亚类(8)。结晶羟基磷灰石柱通常用于高效液相色谱中。色谱柱通常用具有较差机械强度的不规则形状的羟基磷灰石凝胶填充。

      已知，球状粉末的流变性能一般优于不规则粉末，且因此产生较佳的适于髋关节植入体的涂层和色谱分离。最近已开发出展现改良力学性能和物理和化学稳定性的球状羟基磷灰石陶瓷珠。然而，如在美国专利第5858318号(9)中，这些球状陶瓷珠的尺寸在20-80微米之间。

      最近，HAP的机电性能备受关注；尤其已显示HAP具有热电性且可能具有压电性。已有轶事证据表明HAP的电性能的作用在生理环境中具有重要性，其中已显示与未偏振HAP相比，偏振对应物在模拟体液实验中具有改良生物活性。然而，为充分利用HAP的压电性和\或热电性潜能，需要制造HAP的单晶和\或各向异性膜或陶瓷体的更可控方法。

      活体外，已显示成骨细胞（骨细胞）对磷酸钙粒子或陶瓷的反应取决于在小/中规模和大规模下材料的分布状况和多孔性(10)。此外，磷酸钙粒子和陶瓷的多孔性和表面化学还影响其作为药物载剂的功能，具体来说，可用于吸附的表面积和表面自身的化学性质决定可负载的治疗剂的量和活体内实现的后续洗脱概况。

      这些高端纯化和活体内应用推动了对十分明确的合成HAP的需要。因此，投入很多时间和精力来开发用于制造形态、分布状况和多孔性视HAP和磷酸钙的基础化学一般备受关注的特定应用的需要而改变的磷酸钙粒子和陶瓷体的方法。

      已报导数种制备HAP和\或在表面上沉积HAP的方法，尤其包括固态反应路径、等离子体技术、水热法、其它磷酸钙盐的层水解和溶胶-凝胶反应法(11-17)。

      虽然经由水热途径通过从过饱和水溶液中沉淀来合成HAP因成本低而较有利，但迄今为止所使用的所有途径均产生结晶度较差的HAP晶体，通常具有非化学计量组成。产生高纯度HAP晶体的困难由磷酸钙相在相关pH值区中的溶解度一般较低和Ca2+/HPO42-水性系统的相图的复杂性质所致(1)。已提出许多使用除氧化物或磷酸盐以外的盐作为HAP沉淀的钙源的反应流程，其中最常见的是氯化钙和硝酸钙。虽然这些盐更易溶于水溶液中，产生关于［Ca］的高度过饱和的溶液，但不仅引入污染Cl或NO3离子，而且与PO4源一起或缓冲溶液时引入其它可能的污染物。已确定使用碳酸盐、磷酸氢盐、铵盐、氢氧化钾和氢氧化钠、硝酸盐、尿素和氯化物的途径，所有这些都是能够与反应物一起引入沉淀系统中的可能的污染物。HAP被这些离子污染导致沉淀物的结晶特征严重偏离。此外，过饱和（σ）条件在这些系统中占优势意味着在形成HAP的途中（包括表面化学现象介导的复合沉淀溶解反应）形成许多前体亚稳相。取决于温度和pH值，最常观察到的（动力学稳定）相是OCP、DCPD、TCP和ACP（非晶态磷酸钙）。在许多情况下，通常需要对沉淀磷酸钙进行热处理，从而产生通常与高温下羟基离子损失有关的非化学计量HAP。

      从纯度观点来说，针对HAP的最想要的水热途径应使用Ca(OH)2、CaO和H2O和按适当比率混合的磷酸，因为这将使得其它离子不会污染最终产物。虽然已提出这类反应流程(18)，但因为CaO的溶解度相对于HAP的溶解度较高，所以反应早期存在10-20范围内的局部过饱和，此外，在形成最终产物的途中，形成若干亚稳固相。因为这些相转化成HAP的动力学较慢，所以这一过程期间必须应用极长的反应时间和复杂的洗涤程序。

      重要的是，过饱和条件在表面介导的二次成核占主导的典型HAP合成途径中占优势，意味着这些方法产生的合成HAP通常是非晶态的或是纳米结晶。此外，通过烧结这些HAP粉末制备的致密体在性质上是各向同性的。

      虽然存在的许多发明使用喷雾干燥作为形成HAP或其它磷酸钙盐的方式，但在所有情况下，必须应用处理后烧结（postprocessingsintering）来产生想要的产物。

      HAP制造的溶胶-凝胶法提供钙和磷前体分子层面的混合，此举能够在很大程度上提高所得HAP的化学均质性(19)。

      利用溶胶-凝胶法的合成一般包括混合溶解于适当溶剂中的Ca和P前体以使所产生的溶液具有适当的Ca/P摩尔比1.67。通常使所得溶液老化以形成溶胶和\或去除过量溶剂，此时在高温下烧结以引发所存在的Ca与P物质之间的反应。使用不同的Ca和P前体材料、溶剂烧结温度和持续时间的文献中报导了关于这一基本主题的许多变化(20-32)。形成磷灰石结构所需的温度基本上取决于前体的化学性质，但反应物长期保持在高温下不可避免地导致所得HAP因羟基损失而降解。

      同时，溶胶-凝胶法尤其具有多用途，因为可合并其它组分来产生组成改变的产物。举例来说，可通过在溶胶中包括适量现有离子制造经取代磷灰石。取代到磷酸钙中的离子是二氧化硅、卤素离子、碳酸根、镁、锶、钒、砷、硫酸根、氧化铝、氧化锆和许多其它类似物。

      另外，溶胶-凝胶法可用于制造磷酸钙与其它相结合存在的复合材料。已制备磷酸钙以粘附层形式存在于衬底上或作为复合体中的一种组分的材料。这些组合物通常含有二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锆和其它陶瓷作为各别相(26,27,32-41)。

      虽然溶胶-凝胶法已成为一种成功的措施且提供若干优点，即节省成本且用途广泛，但作为磷酸钙生产的方式，其主要缺点在于需要反应后热处理。此不可避免地产生非化学计量产物（羟基损失）且想要的产物（HAP）降解成CaO和其它磷酸钙盐。然而，由文献清楚可知，具有中性或碱性pH值（通常包括氢氧化铵）的HAP前体制剂所需的烧结温度高于由酸性前体溶胶形成的制剂，诸如Dean-MoLiu等人的溶胶-凝胶制剂(58)。然而，酸性前体的一个缺点是并入HAP晶格中的前体溶液中缺乏羟基物质。

      出于喷砂的目的，还揭示制造HAP是一种组分的复合喷砂粒子的方法。在这种情况下，HA和提供冲击时允许HAP组分浸渗的粒子质量和密度的其它较硬物质一起存在于玻璃基质内。这些粒子使用溶胶-凝胶技术产生且在制造期间同样需要长期烧结。若干发明是关于喷丸法（shotpeeningprocess），涉及包含致密核心材料和外部较软材料粘附层的复合粒子，例如牙植入体的Rocatekjuniorbondingsystem??。在这种情况下，包含氧化铝致密核心和外部二氧化硅粘附层的复合粒子用于金属植入体的喷丸（shotblasting）中，冲击时，外部二氧化硅粘附层包埋于表面中。这样包埋的二氧化硅通过使用硅烷偶合化学增强对连接于植入体的其它聚合物层的粘附。已揭示外层由二氧化钛组成的类似类型的粒子。虽然这些包含致密核心和外部磷酸钙粘附层的分层粒子的产生将在生物医学领域中具有类似的应用，但迄今为止，尚未揭示制造所述粒子的火焰热解法。

      近年来，火焰喷雾热解法和\或氧化法作为工业规模生产许多重要无机化合物（包括纳米粒子）的方式备受关注。实例尤其包括制造碳黑、二氧化钛、氧化锌和气相二氧化硅（fumedsilica）的方法。气溶胶火焰反应器中还产生许多金属粉末和催化剂。在这些反应器中，将适当前体化合物的溶液喷射至高温火焰中以引发化学反应且产生想要的产物(42-52)。火焰喷雾反应器提供可轻易地扩大规模成工业生产同时能够在想要的程度上控制所制造的粒子的形态和尺寸的优点。

      这一流程最近已被建议用于制造磷酸钙纳米粒子，包括TCP和HAP(53)。在本发明中，将在水溶液中呈羧酸盐形式的适当Ca和P前体的溶液喷射至由甲烷和氧气提供燃料的高温火焰中来引发反应。然而，所得产物还需要热处理步骤（烧结）来产生想要的产物。Cho等人（54）最近还报导一种制造羟基磷灰石纳米粒子的喷雾热解法，所述方法包括将磷酸铵和硝酸钙水溶液喷射至由丙烷提供燃料的高温火焰中。然而，所得粒子还需要烧结步骤来产生想要的材料。Inoue等人(55-57)教示利用含Ca和P前体的水性和烃溶剂的混合物喷射至火焰中引发反应来产生磷酸钙材料的燃烧法。然而，为将前体完全溶解于溶剂混合物中，与烃结合使用大量水。即使如此，也必须使用过量酸来防止在暴露于火焰中之前，不想要的Ca和P相沉淀于前体溶液中。假如在火焰中的停留时间极短，那么前体溶液中不宜存在大量水：必须供应潜热来蒸发这些水，这会降低火焰温度并在动力学上阻碍反应程度。因此，所产生的具有适当Ca/P比的产物是非晶态的，且必须经烧结以产生结晶材料。

发明内容

      利用混合水性烃溶剂的火焰合成法受上述问题困扰，且本申请案旨在提供将从火焰热解步骤直接产生结晶磷酸钙而不再需要烧结的燃烧法。此通过使用过氧化氢作为前体材料中的组分来实现。此提供若干从以下描述和权利要求书中显而易见的优点和特征。

      本申请案教示一种制造磷酸钙盐的方法，所述方法包括直接燃烧适合的Ca和P前体化合物溶解于尤其适于HAP生产的适当溶剂中的溶液。所述方法还可用于制造复合粒子和在金属和陶瓷制品、尤其植入体表面上沉积磷酸钙涂层。

      更具体来说，根据随附权利要求书，本申请案提供一种制造磷酸钙材料的方法、由所述方法产生的磷酸钙粒子、涂有所述粒子的、制造系统和涂布系统。从属权利要求中阐述有利的特征、替代者和实施例。

      附图说明

      参考随附图式将能更清楚地了解本申请案，其中：

      图1是用于本申请案的示范性燃烧器配置的示意图；

      图2是根据现有技术方法产生的HAP的XRD谱；

      图3是根据本申请案方法，直接燃烧实质上无水的乙醇/Ca和P前体溶液产生的磷酸钙的XRD谱；和

      图4是本申请案方法产生的HAP的XRD谱。

      具体实施方式

      在现有技术中，从Ca和P前体的溶液或溶胶成功制造纯HAP的关键在于提供大量热能来引发前体化合物的反应且使HAP晶格结晶，同时维持任何利用长期高温烧结的方法中不可能维持的环境中的水和\或羟基物质。

      本申请案通过消除对长期烧结产物的需要同时提供足够热能来引发前体的反应且同时在即将反应时维持环境中的水蒸汽和羟基物质来避免这一问题。

      将适合的磷和钙化合物按适当比率溶解或悬浮于过量可燃溶剂中以产生磷酸钙材料的前驱组合物。同时加入过氧化氢作为燃烧混合物中的组分。

      所属领域的技术人员应知道过氧化氢可发生如下反应：

       

      后者负责增加酸的氧化能力（溶解能力），且为此目的，在诸如食人鱼溶液（piranhasolution）等氧化制剂中，H2O2与无机酸结合使用。

      在本申请案中，前驱组合物中过氧化物的存在使前驱组合物的水含量保持在最低限度，同时防止在完全混合之前不想要的Ca和P相沉淀在组合物中。

      另外，反应2提供火焰中羟基物质的来源，即使酸性条件可能在前驱组合物中占优势，此在HAP生产中尤其重要。

      在本申请案的情况下，前者反应提供以下优点：

      首先，在火焰中产生氧气有助于烃溶剂的完全燃烧，其次，所述气体的释放有助于所燃烧的前驱组合物的雾化。同时，由于这一反应高度放热，因此在火焰中提供额外热以平衡因极少量水性组分蒸发所带走的热。

      随后雾化磷酸钙材料和过氧化氢的前驱组合物且优选同时与氧气源混合并点火。溶剂优选具有高热值（calorificvalue）和足够高的氢摩尔组成来提供两者；所述热能引发前体化合物的反应，产生想要的磷酸钙盐和燃烧反应的副产物水蒸汽。在HAP生产的特定情况下，在反应期间维持水合环境有益于产生纯化学计量的产物。

      钙前体材料可选自一种或一种以上可溶性钙盐，包括例如硝酸钙、氯化钙、氟化钙和碘化钙。前体钙化合物可选自一种或一种以上有机钙化合物，包括例如醇钙（Ca(OR)2）和钙的其它酯。有机钙前体化合物还可通过将可溶性钙盐溶解于适当溶剂中获得。此外，钙前体可选自一种或一种以上分布于溶剂中形成胶体的纳米粒度范围内的不可溶钙盐，包括例如氧化钙、碳酸钙、碳酸氢钙、硫酸钙和磷酸钙。

      磷前体材料可选自一种或一种以上可溶性磷酸盐，包括例如氧化磷、磷酸氢铵、磷酸钠和磷酸钾。磷前体材料宜选自一种或一种以上亚磷酸和磷酸。前体磷化合物可选自一种或一种以上有机磷酸化合物，包括例如磷醇盐（Phosphaticalkoxide）、磷酚盐（Phosphaticphenoxide）、亚磷酸酯（P(OR)3）、磷酸酯（OP(OR)3）、膦酸（HOP(OR)3）或膦酸酯（ROP(OR)3），其中R是任何芳基或烷基。有机磷酸前体化合物还可通过将可溶性磷酸盐或磷酸溶解于适当溶剂中获得。磷前体可选自一种或一种以上不可溶磷酸盐，包括例如分布于溶剂中形成胶体的纳米粒度范围内的磷酸钙盐。

      溶剂可包含醇，包括烷基和芳基醇，但更佳为烷基醇，且最佳为甲醇、乙醇、异丙醇（IPA）或1-丙醇。溶剂还可包含烃，包括例如烷、烯、炔、醛、酯或酮，每个分子不超过20个碳，但更佳每个分子不超过10个碳且最佳每个分子不超过6个碳。溶剂还可包含不超过40体积%的水和过氧化氢。

      可在雾化和燃烧之前混合个别Ca和P前体溶液，或可分别雾化并在火焰中混合。

      在一个方案中，将钙前体溶解于溶剂中，所得溶液的钙浓度在0.0001摩尔浓度（摩尔/升（molesLt-1））到10摩尔浓度范围内，但更佳在0.001摩尔浓度到5摩尔浓度范围内且最佳在0.01摩尔浓度到1摩尔浓度范围内，同时将磷前体溶解于溶剂中，所得Ca:P摩尔比在0.45-1.8范围内，但更佳在0.5-1.7范围内。

      在另一个方案中，通过分别溶解磷和钙前体且将所得溶液加到一起产生具有想要的P和Ca浓度的易燃溶液来制备所需溶液。

      控制前驱组合物中钙与磷的比率，从而控制火焰中产生的磷酸钙材料，对最终产物而言非常重要。

      在一个方案中，想要的磷酸钙盐是HAP且溶液中Ca:P的摩尔比是1.67，而在另一个实施例中，想要的磷酸钙盐是TCP且溶液中Ca:P的摩尔比是1.5。

      在一个方案中，想要的磷酸钙盐是通式为Ca10-x(A)x(PO4)6-y(B)y(OH)2-z(C)z的经取代HAP，其中A是任何二阶阳离子，包括（但不限于）Ca、Mg、Sr、Ba、二价过渡金属和二价镧系金属。B可为阴离子，包括（但不限于）磷酸根、硅酸根、砷酸根、钛酸根、氧化铝、硫酸根、碳酸根、过渡金属和镧系金属的四面体离子（tetrahedralion），尤其为氧化物。C可为单价阴离子，包括（但不限于）羟基离子、碳酸氢根、硝酸根、氟离子、氯离子、溴离子和碘离子。在某些申请案中，将想要的取代物质的前体溶解于欲燃烧的溶液中，使得所产生的经取代磷灰石的x在0.001到10范围内，y在0.001到6范围内，且z在0.001到2范围内。取代物质的前体是取代物质的卤化物、氧化物、硅酸盐、氢氧化物、磷酸盐、碳酸盐、硝酸盐和硫酸盐，以及有机前体，包括（但不限于）取代物质的硅烷、醇盐和酯。在这些申请案中，相应调节Ca和P前体在溶剂中的摩尔浓度以保持溶液或胶体燃烧时所形成的经取代磷灰石的电中性（chargeneutrality）。

      所产生的磷酸钙材料的粒度可在纳米范围内。在另一个应用中，欲燃烧的溶液另外含有不可溶磷酸钙盐晶种的悬浮液，在胶体或悬浮液燃烧时，其它磷酸钙将在这一晶种上结晶并生长，从而制造粒度较大的磷酸钙粒子。所产生的粒子可为纳米粒子的聚结且具有纳米结构和多孔性。这些粒子可用作治疗载剂。

      欲燃烧的溶剂可另外含有纳米到微米尺寸范围内的核心粒子的悬浮液。这一胶体或悬浮液燃烧时，磷酸钙盐在核心粒子表面上结晶，产生具有外部粘附磷酸钙层的复合粒子。核心粒子选自包含如下的核心粒子：二氧化硅、生物玻璃、氧化铝、二氧化钛、氧化钛、碳化物、氧化锆、不锈钢丸和钢砂、铁素体钢、钢丸、钢砂和其组合。在一个实施例中，由此所产生的复合粒子应用于基于喷丸的表面处理。还可使核心粒子液化，例如在各别气流中液化，且在即将点燃易燃溶液之前传递至易燃溶液的轨道中或传递至点燃易燃溶液时所产生的火焰中。

      在另一个方案中，在包含雾化器（喷嘴）、点火源（火花或引导火焰）、供氧和燃烧室的燃烧器中燃烧磷酸钙材料前驱组合物。可使用可自市面上购得的习用燃烧器雾化和燃烧溶液或胶体，所述燃烧器诸如商业油燃烧器或可自市面上购得的生物燃料燃烧器，包括乙醇和甲醇燃烧器。类似地，可在可自市面上购得的习用雾化喷嘴中雾化易燃流体。

      在另一个方案中，在具有燃烧室的更具体设计的燃烧器1中燃烧溶液或胶体；所述燃烧器1示意性呈现于图1中，其中同轴喷嘴2用于雾化易燃溶液或胶体。更具体来说，将溶液4或胶体传递到同轴喷嘴的中枢文丘里管（centralventure）中。传递实质上富含氧气的高速气流6穿过外部文丘里管，同时使易燃溶液或胶体雾化并向燃烧反应供应氧气。高速（外部）气流可另外含有水蒸汽。气流可另外含有惰性气体、氢气、低分子量挥发性烃或其组合。可构造喷嘴以使同轴喷嘴的至少外部部分实质上由陶瓷或其它耐火材料制造，所述材料包括例如氧化铝、瓷、碳化物、碳化硅、碳化钨、碳化硼和\或莫来石（mullite）。

      在一个配置中，在燃烧室的包含喷嘴的那端密封燃烧室。任选地可提供另一气流（未图示）穿过喷嘴的文丘里管后面的燃烧室入口，以便在文丘里管后面诱导冷却作用且产生引导燃烧产物沿燃烧室向下朝相反（敞开）端的正压力。在一个实施例中，所述另一气流含有氧气、空气、惰性气体、水蒸汽、液化的核心粒子或其组合。

      选择流入燃烧室的气流以确保至少向反应系统供应足够的氧气以使进入系统的所有碳和氢（呈氢气形式或烃中的氢形式）实质上分别转化成二氧化碳和水（实现完全氧化）。可通过在离开喷嘴文丘里管的雾化的溶液或胶体附近产生火花点燃反应物。火花可通过点火器10产生，所述点火器10例如所属领域的技术人员应熟知的电火花发生器或引导火焰。所属领域的一般技术人员应了解，维持氧化剂与燃料（溶剂、氢气或挥发性烃）的比率在可燃极限内以便传播和维持火焰的重要性。

      燃烧室壁8可由适合的金属（包括例如钢、铁或铝）构造。室壁的内面可适当地衬有隔热耐火材料，例如陶瓷。适于这一目的的示范性材料包括（但不限于）瓷、莫来石、耐火水泥、氧化铝、碳化物（诸如碳化硅、碳化钨和碳化硼）。另外，可在外部金属和内部耐火材料之间的间隙中使用柔韧或可压缩的耐火材料来吸收由金属和内部耐火材料的不同热膨胀性引起的热冲击。适于这一目的的材料包括可自市面上购得的隔热胶带、衬里、绳、玻璃棉和布。使用中，可借助于热源、例如使用包埋于耐火衬里中的电加热线圈控制所述室的温度和\或沿燃烧室的热梯度。

      适合地，氧化火焰的燃烧温度在300℃到2000℃范围内。

      适当选择燃烧室的长度以使产物粒子在高温和\或水合环境中的停留时间足够产生想要的产物。燃烧室不限于水平配置，因此，例如其还可垂直安置，其中烟气向上导向收集室中。腔室长度的选择可在一定程度上取决于从火焰发出的燃烧产物的线性速度。所属领域的技术人员应了解这一参数如何取决于流入燃烧室中的流率。最佳流率和\或腔室尺寸可通过计算或实验确定。

      上述方法的一个优点在于所得磷酸钙粒子或复合粒子一般不再需要热烧结来产生想要的产物。

      为促进产物的回收，可在燃烧室的敞开端提供排放口通向粒子捕集器（未图示）以回收产物粒子。粒子捕集器可为习用洗涤器或集尘器。类似地，粒子捕集器可采用液相（优选为水）来捕集产物粒子。

      在另一个方案中，可将腔室中所产生的磷酸钙材料粒子流导向物件以致在物件上形成所述磷酸钙材料的涂层。形成磷酸钙材料所需的高温有助于通过使所述材料与物件表面融合来形成涂层。涂布过程可能最宜在经配置以接受物件的改良燃烧室中进行。这一过程尤其适于由金属、陶瓷或其它能够经得起高温的材料构造的物件。可在涂布过程期间移动或旋转物件以根据需要将材料均匀涂布于物件上。可通过使用步进电机、双轴和三轴机器人和自动化控制系统的类似物控制这一移动或旋转，所有这些应为所属领域的技术人员所熟知。

      实例

      实例1

      将117.56g四水合硝酸钙溶解于250ml乙醇中，类似地，将21.28g五氧化二磷溶解于250ml乙醇中。所述盐完全溶解后，混合所得溶液，且馈入油燃烧器中进行燃烧。将烟气引导到含有水的不锈钢容器中。燃烧后，从水中回收粉状材料，在100℃下干燥过夜并进行XRD（X射线衍射）分析。所得XRD图显示于图3中，且可与图2中所示的NIST标准HAP的XRD图作比较。结果表明，燃烧钙与磷摩尔比为1.67的乙醇溶液使得在无需进一步高温处理下即形成HAP，但衍射图中观察到磷酸三钙（TCP）和氧化钙（CaO）的特征峰。

      实例2

      通过将115.05g四水合硝酸钙溶解于250ml乙醇中制备钙溶液。通过向50ml30%（w/w）过氧化氢水溶液中加入20ml85%（w/w）磷酸水溶液制备磷溶液。混合所得溶液，在持续剧烈搅拌下，向磷溶液中缓慢加入钙溶液。未在两种溶液混合期间或混合时即刻形成沉淀，而是在获得适当的Ca/P比（完全混合）之后，出现混浊，含有分散的胶体胶状材料的组合物。将这一组合物馈入同轴燃烧喷嘴的内部文丘里管（innerventuri）中。向外部文丘里管中供应空气，且引导火焰提供点燃雾化组合物的方式。将燃烧产物引导到含水的不锈钢容器中。燃烧后，从水中回收粉状材料，在100℃下干燥过夜并进行XRD（X射线衍射）分析。所得XRD图显示于图4中。结果表明，燃烧钙与磷摩尔比为1.67的乙醇/水溶液使得在无需进一步高温处理下即形成结晶HAP。此外，衍射图中未观察到磷酸三钙（TCP）和氧化钙（CaO）的特征峰，证明了过氧化氢的优点。

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Claims (36)

1.一种制造磷酸钙材料的方法，其包含使一种或一种以上含有钙前体、磷前体和过氧化氢的前躯组合物雾化，接着燃烧所述雾化的前躯组合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述磷酸钙材料包含一种或一种以上以下材料：

a. 磷酸钙粒子

b. 磷酸钙复合粒子。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述磷酸钙复合粒子包含与至少一种其它材料混合的磷酸钙材料。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述磷酸钙复合粒子包含环绕内部核心粒子的磷酸钙材料涂层。

5.根据权利要求1至4所述的方法，其中所述前驱组合物包含一种或一种以上以下物质：

a. 液体

b. 溶液

c. 悬浮液

d. 凝胶

e. 溶胶

f. 胶体

g. 颗粒

h. 气体。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其中所述前驱组合物含有一种或一种以上以下物质：

a. 有机金属物质

b. 离子物质

c. 颗粒

d. 水

e. 烃。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述有机金属物质是一种或一种以上以下物质的醇盐、羧酸盐或酯：

a. 钙

b. 磷

c. 钇

d. 锆

e. 镁

f. 硅

g. 锶

h. 钡

i. 二价过渡金属

j. 二价镧系金属。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述离子物质是一种或一种以上以下物质：钙、磷、硅、锆、钇、钛、铝、磷酸盐、亚磷酸盐、硝酸盐、卤化物、氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、砷酸盐、钛酸盐、氧化铝、过渡金属的四面体离子或镧系金属的四面体离子。

9.根据权利要求1所述的方法，其中混合步骤在雾化和燃烧之前进行以将所述前驱物质混合在一起。

10.  根据权利要求1所述的方法，其中所述前驱物质在雾化和\或燃烧期间混合在一起。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述雾化利用一种或一种以上以下物件进行：伯努利（Bernoulli）雾化器、压力雾化器、双流体雾化器、超声波雾化器、改良喷雾干燥器、改良喷涂机、喷枪、电喷雾雾化器、同轴喷嘴总成、合并有压降的喷嘴和按气体透镜原理运行的同轴喷嘴总成。

12.根据权利要求1所述的方法，其中供应气体以促进燃烧。

13.13.  根据权利要求12所述的方法，其中所述气体包含一种或一种以上以下物质：

a. 氢气

b. 氧气

c. 空气

d. 惰性不燃气体

e. 挥发性烃

f. 水蒸汽。

14.根据权利要求5、12或13中任一权利要求所述的方法，其中所述气体另外执行一种或一种以上以下功能：

a. 雾化

b. 将颗粒传递至火焰中。

15.根据权利要求5或权利要求14所述的方法，其中所述颗粒为一种或一种以上以下物质：磷酸钙、氧化锆、稳定的氧化锆、二氧化钛、氧化铝、玻璃、二氧化硅、碳纤维、氮化物、硫酸盐或碳化物。

16.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述前驱组合物在燃烧室中燃烧。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述燃烧室的壁由一种或一种以上以下材料形成：

a. 金属

b. 耐火材料。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述燃烧室的壁经调适以允许以控制方式加热以便控制沿所述腔室长度的热梯度。

19.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述磷酸钙材料收集在一种以下物件中：

a. 洗涤器

b. 集尘器

c. 采用液体捕集所述产物粒子的粒子捕集器。

20.根据权利要求1所述的方法，其中燃烧通过使用一种以下物件引发：

a. 火花发生器

b. 引导火焰。

21.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述磷酸钙材料为一种或一种以上以下材料：

a. 羟基磷灰石

b. 氧磷灰石

c. 碳磷灰石

d. 氟磷灰石

e. 氯磷灰石

f. 硼磷灰石

g. 磷酸三钙

h. 磷酸八钙

i. 磷酸氢钙

j. 磷酸二氢钙。

22.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述磷酸钙材料是具有通式Ca_10-x(A)_x(PO₄)_6-y(B)_y(OH)_2-z(C)_z的经取代磷灰石。

23.根据权利要求22所述的方法，其中A是二阶阳离子，为一种或一种以上以下物质：

a. 钇

b. 锆

c. 镁

d. 钐

e. 钡

f. 锶

g. 二价过渡金属

h. 二价镧系金属。

24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中B是阴离子，为一种或一种以上以下物质：

a. 硅酸根

b. 砷酸根

c. 钛酸根

d. 铝酸根

e. 硫酸根

f. 碳酸根

g. 过渡金属的四面体离子

h. 镧系金属的四面体离子。

25.   根据权利要求22至24中任一权利要求所述的方法，其中C是阴离子，为一种或一种以上以下物质：

a. 羟基离子

b. 碳酸根

c. 硝酸根

d. 氟离子

e. 氯离子

f. 溴离子

g. 碘离子。

26.根据权利要求21至23所述的方法，其中x、y和z的值分别位于0.001至10、0.001至6和0.001至2范围内。

27.一种磷酸钙粒子，其由根据权利要求1至26中任一权利要求所述的方法制造。

28.一种物体，其具有包含由根据权利要求1至27至中任一权利要求所述的方法制造的材料的涂层。

29.   根据权利要求28所述的物体，其中所述涂层通过将所述燃烧产物导向所述物体的表面形成。

30.   根据权利要求28或权利要求29所述的方法，其中所述物体是可植入物体。

31.   根据权利要求30所述的方法，其中所述可植入物体是一种或一种以上以下物件：

a. 医学器件

b. 支架

c. 起搏器

d. 除颤器

e. 硬组织植入体

f. 导管

g. 碳纤维织物。

32.   一种制造磷酸钙材料的系统，其包含

燃烧室，

含有钙前体、磷前体和过氧化氢的前驱组合物来源，

使所述前驱组合物雾化成包含所述前驱组合物的物流的雾化器，和

引发雾化的前驱组合物的所述物流燃烧的点火器。

33.   根据权利要求32所述的制造磷酸钙材料的系统，其中所述腔室的一端被密封。

34.   根据权利要求33所述的系统，其中所述雾化器经安置以在远离所述密封端的方向上引导所述物流。

35.   根据权利要求33或权利要求34所述的系统，其进一步包含引入另一携带粒子的物流的构件。

36.   一种涂布包含根据权利要求32至35中任一权利要求所述的系统的物件的系统，其中所述欲涂布的物件放置在从所述燃烧中产生的产物的路径中。

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