CN102153060B - 一种羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法，是将钙源和磷源按摩尔比n(Ca2+)∶n(PO4 3-)＝5∶3混合，加水并用酸调节体系的pH至0.5-3.5后加入螯合剂和脲，然后加入丙三醇，通过溶剂热合成方法制得羟基磷灰石纳米结构微球，丙三醇和水的体积比为0-12∶1，钙源浓度为0.02-0.2mol/L。本发明采用一步合成，未使用表面活性剂，制备工艺简单，反应条件相对温和。羟基磷灰石纳米结构微球生物相容性好、比表面积大，作为药物缓释载体，其载药量大，缓释效果明显。
Description
一、技术领域
本发明涉及羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法及其作为药物缓释载体的应用。
二、背景技术
羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)是脊椎动物的骨骼和牙齿中的主要无机物成分，生物相容性好，化学稳定性高，降解后不产生有害物质。纳米空心球、空心胶囊、纳米管等空心纳米结构具有很大的内部空间、密度低、比表面积大及表面渗透能力强等特点，使其在催化剂、药物释放与运输等方面具有广阔的应用前景。纳米结构羟基磷灰石在催化剂载体、骨缺损填充物、生物分离、重金属吸附分离、尤其在药物缓释载体等领域近年来引起了科技人员的关注。纳米羟基磷灰石粘附性强，粒径小，可以延长药物在局部组织或部位的滞留时间，增加药物的接触面积，提高药物的吸收和生物利用度。
中国专利CN 101361715A(可载药的羟基磷灰石微球与骨水泥复合多孔微球制备方法)公开了一种以自制的明胶/纳米羟基磷灰石复合微球经煅烧制得羟基磷灰石多孔微球的制备方法。将四水硝酸钙和五氧化二磷的乙醇溶液均匀混合获得凝胶，干燥后经600℃煅烧2h获得粒径20-50nm羟基磷灰石粉末，将羟基磷灰石粉末和明胶溶液的混合悬浮体在植物油中搅拌1h、静置12h后得到明胶/纳米羟基磷灰石的复合微球，再将此复合微球在1100℃下煅烧2h，得到直径约200μm的多孔羟基磷灰石微球，升温程序为：以1℃/min的速率由室温升温到500℃，保温2h，然后再以2℃/min的速率升至1100℃，保温2h。该技术两次在较高温度下煅烧，能耗较高，所制备的多孔羟基磷灰石微球直径较大，限制了其在纳米药物载体等领域的应用。
中国专利CN 1903706A(一种羟基磷灰石空心微球的制备方法)公开了一种采用喷雾干燥法制备羟基磷灰石空心微球的方法，首先以四水硝酸钙和磷酸氢二铵为原料，采用化学沉淀法制备羟基磷灰石料浆，然后加入碳酸氢铵，搅拌均匀后进行喷雾干燥，喷雾干燥时进风温度为160～190℃，排风温度为80～100℃，将喷雾干燥后获得的粉末，在20-800℃的条件下热处理30-120min，制得平均直径约为5μm羟基磷灰石空心微球，空心率约为70％。采用喷雾干燥-热处理两步法制备羟基磷灰石微球，所得产物粒径大小不太均匀，且羟基磷灰石微球的空心率较低。
中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰教授课题组采用两步法制备羟基磷灰石纳米结构空心微囊，首先把乙酸钙的水/乙二醇溶液和碳酸氢钠的水/乙二醇溶液在室温下快速混合，搅拌3h，得到直径约400nm、长度800nm碳酸钙纳米颗粒，然后以一定浓度的纳米碳酸钙悬浮液与磷酸盐反应12h，碳酸钙表面形成一层羟基磷灰石，用乙酸溶解未反应的碳酸钙核，制得羟基磷灰石纳米结构空心微囊，空心微囊和碳酸钙纳米颗粒的尺寸没有明显变化。(Nanostructured porous hollow ellipsoidal capsules of hydroxyapatite and calcium silicate：preparation and application in drug delivery[J]Journal of Materials Chemistry，2008，18，2722-2727)该技术采用两步法制备，并且以硬模板法制备羟基磷灰石空心微球，去除模板的过程中可能导致微球坍陷，对载药量有一定的影响。
中国专利CN 10103230A(一种空心球状纳米羟基磷灰石材料及其制备方法)设计了一种在一定反应温度和超声的环境下制备空心球状纳米羟基磷灰石的方法。首先配置含有磷酸根和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的混合溶液，用氨水调节溶液pH值至9～10，超声5min后将钙盐溶液滴加到上述混合溶液中，得到羟基磷灰石溶胶，溶胶体系继续超声2min，然后室温静置1h，经过滤、洗涤、低温真空干燥后得到空心球状纳米羟基磷灰石，球直径130～170nm，壁厚为40～50nm，该球由羟基磷灰石和无定型磷酸钙，按羟基磷灰石含量为40％～60％的比率构成。该方法相对简单，但是仅得到空心球状纳米羟基磷灰石一种形貌，且空心球含有羟基磷灰石和无定型磷酸钙两种组分。
三、发明内容
本发明是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，旨在提供一种制备工艺简单、反应条件温和、生物相容性好，比表面积大的羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法的特点在于：将钙源和磷源按摩尔比n(Ca2+)∶n(PO4 3-)＝5∶3混合，加水并用酸调节体系的pH至0.5-3.5后加入螯合剂和脲，然后加入丙三醇，通过溶剂热合成方法制得羟基磷灰石纳米结构微球；丙三醇和水的体积比为0-12∶1，钙源浓度为0.02-0.2mol/L，磷源浓度为0.012～0.12mol/L；
所述钙源为氯化钙和/或硝酸钙；
所述磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的一种或几种。
本发明一种羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法的特点也在于：所述酸为盐酸、硝酸中一种或多种，酸的浓度为0.5-2mol/L。
本发明一种羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法的特点也在于：所述螯合剂为乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸中一种或多种，螯合剂与钙源的摩尔比为1∶25-50；脲与钙源的摩尔比为3-10∶1。
本发明一种羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法的特点也在于：所述溶剂热合成方法的反应温度为85-140℃，反应时间3-10小时。
将钙源和磷源溶液按摩尔比n(Ca2+)∶n(PO4 3-)＝5∶3混合，溶液呈现浑浊，用0.5-2.25mol/L的酸调节pH至0.5-3.5，使溶液变澄清。然后，按摩尔比n(脲)∶n(Ca2+)＝3-10∶1、n(螯合剂)∶n(Ca2+)＝1∶25-50加入脲、螯合剂，最后加入一定量的丙三醇，采用溶剂热合成反应在85-140℃中反应3-10小时。当V(丙三醇)∶V(H2O)＝5.1-12∶1，产物为直径0.4-1μm羟基磷灰石空心纳米结构微球，丙三醇含量不同、产物尺寸不同，空心微球壁由厚几nm、长约一百nm的片组装而成；当V(丙三醇)∶V(H2O)＝0-3.5∶1，产物为直径1-20μm的羟基磷灰石实心纳米结构微球，丙三醇含量不同、产物尺寸不同，实心微球壁由厚几十nm、长约几μm的片组装而成；当V(丙三醇)∶V(H2O)＝3.5-5∶1，产物为直径1μm的羟基磷灰石纳米结构微球，且产物中部分微球为空心球，部分为实心球，丙三醇含量不同、产物尺寸不同，微球壁由厚十几nm、长约二百nm的片组装而成。
本发明采用溶剂热方法一步合成，在水/丙三醇体系中，温度为85-140℃，反应时间为3-10h，通过控制体系中水和丙三醇体积比，可分别得到不同粒径的羟基磷灰石空心和实心纳米结构微球，未使用表面活性剂，制备工艺简单，反应条件相对温和，并且制备的羟基磷灰石纳米结构微球生物相容性好，比表面积大，作为药物缓释载体，其载药量大，缓释效果明显。
将制备的羟基磷灰石纳米结构空心和实心微球进行药物装载。在相同载药浓度下，羟基磷灰石纳米结构空心微球比实心微球具有更高的药物装载量。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明采用一步合成，未使用表面活性剂，制备工艺简单，反应条件相对温和。
2、本发明采用简单的溶剂热合成方法，通过调节水/丙三醇的比例，控制合成得到不同粒径的羟基磷灰石空心和实心纳米结构微球。
3、本发明制备的羟基磷灰石生物相容性好，比表面积大，作为药物缓释载体，其载药量大，缓释效果明显。
四、附图说明
图1为本发明制得的羟基磷灰石纳米结构微球的X射线衍射图(XRD)。其中：a：直径500nm空心微球；b：直径6μm的实心微球；c：直径20μm的实心微球。
图2为本发明制得的羟基磷灰石纳米结构微球的扫描电镜照片(SEM)和透射电镜照片(TEM)。其中：a、b：直径500nm空心微球；c、d：直径6μm的实心微球；e、f：直径20μm的实心微球。
图3为本发明制得的羟基磷灰石纳米结构微球在模拟体液中的布洛芬释放曲线。其中：a：直径500nm、装药浓度为50mg/mL的空心微球；b：直径20μm、装药浓度为50mg/mL的实心微球；c：直径500nm、装药浓度为20mg/mL的空心微球；d：直径20μm、装药浓度为50mg/mL的实心微球。
五、具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例中羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法如下：
分别取2mL 0.4mol/L的氯化钙和2mL 0.24mol/L磷酸氢二铵溶液混合，溶液呈现浑浊，用1mol/L的盐酸调节体系的pH至1后溶液变澄清，按摩尔比n(脲)∶n(Ca2+)＝5∶1、n(乙二胺四乙酸二钠)∶n(Ca2+)＝1∶50、V(丙三醇)∶V(H2O)＝9∶1加入脲、乙二胺四乙酸二钠和丙三醇，完全溶解后溶液总体积为40mL，氯化钙浓度为0.02mol/L，磷酸氢二铵浓度为0.012mol/L，将溶液转移到50mL高压釜采用溶剂热合成反应在100℃反应5小时即得羟基磷灰石纳米结构微球。
由图1a和图2a，b分析表明，产物为六方晶系的羟基磷灰石空心纳米结构微球，直径约500nm，球壁由厚约几nm、长约100nm的纳米片组装而成。本实施例制备出的羟基磷灰石空心纳米结构微球的比表面积为120.6m2/g。
实施例2：
本实施例中羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法如下：
分别取10mL 0.4mol/L的氯化钙和10mL 0.24mol/L磷酸氢二铵溶液混合，溶液呈现浑浊，用2mol/L的盐酸调节体系的pH至0.5后溶液变澄清，按摩尔比n(脲)∶n(Ca2+)＝3∶1、n(柠檬酸)∶n(Ca2+)＝1∶30、V(丙三醇)∶V(H2O)＝1∶1加入脲、柠檬酸和丙三醇，完全溶解后溶液总体积为40mL，氯化钙浓度为0.1mol/L，磷酸氢二铵浓度为0.06mol/L，将溶液转移到50mL高压釜采用溶剂热合成反应在85℃反应10小时即得羟基磷灰石纳米结构微球。
由图1b和图2c，d分析表明，产物为六方晶系的羟基磷灰石实心纳米结构微球，直径约6μm，球壁由厚约20-30nm、长约1-2μm纳米片组装而成。
实施例3：
本实施例中羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法如下：
分别取20mL 0.4mol/L的氯化钙和20mL 0.24mol/L磷酸氢二铵溶液混合，溶液呈现浑浊，用0.5mol/L的硝酸调节体系的pH至3.5后溶液变澄清，按摩尔比n(脲)∶n(Ca2+)＝10∶1、n(乙二胺四乙酸二钠)∶n(Ca2+)＝1∶25加入脲和乙二胺四乙酸二钠，完全溶解后溶液总体积为40mL，氯化钙浓度为0.2mol/L，磷酸氢二铵浓度为0.12mol/L，将溶液转移到50mL高压釜采用溶剂热合成反应在140℃反应3小时即得羟基磷灰石纳米结构微球。
由图1c和图2e，f分析表明，产物为六方晶系的羟基磷灰石实心纳米结构微球，图中“*”为少量杂质，直径约20μm，球壁由厚约60-80nm、长约5-10μm的纳米片组装而成。本实施例制备出的羟基磷灰石空心纳米结构微球的比表面积为28.6m2/g。
羟基磷灰石纳米结构微球的药物装载与缓释：
将实施例1和实施例3制备的羟基磷灰石纳米结构空心微球(直径500nm)和实心微球(直径20μm)在浓度为20mg/mL和50mg/mL的布洛芬-正己烷溶液中进行药物装载，药物缓释实验在常温下模拟体液中进行。由图3可知，在相同载药浓度下，羟基磷灰石纳米结构空心微球比实心微球具有更高的药物装载量。布洛芬-正己烷浓度为50mg/mL时，羟基磷灰石空心微球释药量为224mg/g(图3a)，羟基磷灰石实心微球释药量为166mg/g(图3b)；布洛芬-正己烷浓度为20mg/mL时，羟基磷灰石空心微球释药量为121mg/g(图3c)，羟基磷灰石实心微球释药量为96mg/g(图3d)。
Claims (2)
1.一种羟基磷灰石纳米结构微球的制备方法，其特征在于：将钙源溶液和磷源溶液按摩尔比n（Ca2+）：n（PO4 3-）=5:3混合，加水并用酸调节体系的pH至0.5-3.5后加入螯合剂和脲，然后加入丙三醇，通过溶剂热合成方法制得羟基磷灰石纳米结构微球；丙三醇和水的体积比为0-12:1，钙源浓度为0.02-0.2mol/L；
所述钙源为氯化钙和/或硝酸钙；
所述磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的一种或几种；
所述螯合剂为乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸中一种或多种，螯合剂与钙源的摩尔比为1:25-50；脲与钙源的摩尔比为3-10：1；
所述溶剂热合成方法的反应温度为85-140℃，反应时间3-10小时。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述酸为盐酸、硝酸中一种或多种，酸的浓度为0.5-2moL/L。
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