CN103708519B - 一种制备碳酸钙/磷酸钙复合纳米球的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备碳酸钙/磷酸钙复合纳米球的方法，所述方法包括如下步骤：将水溶性钙盐溶于去离子水中，然后加入稳定剂，并调节溶液的pH值为7～11，形成A溶液；将水溶性碳酸盐溶于去离子水中，形成B溶液；将B溶液逐滴加入A溶液中，并控制溶液体系的pH为7～11；滴毕，在室温下搅拌一定时间，然后转入微波反应器中，在100～200℃下保温反应1～60分钟；自然冷却至室温，进行离心分离、洗涤和干燥，即得碳酸钙/磷酸钙复合纳米球。本发明方法具有工艺简单、操作方便、不需要复杂昂贵设备、易于实现工业化生产等优点。通过本发明方法制备的碳酸钙/磷酸钙复合纳米球可作为生物医用材料，具有良好的应用前景。

Description

一种制备碳酸钙/磷酸钙复合纳米球的方法
技术领域
本发明涉及一种制备碳酸钙/磷酸钙复合纳米球的方法，具体说，是涉及一种采用含磷生物分子作为稳定剂和磷源，并在微波加热条件下制备碳酸钙/磷酸钙复合纳米球的方法，属于生物材料制备技术领域。
背景技术
碳酸钙和磷酸钙均是生物界中最主要的矿物种类，它们在生物体中起着重要的作用。其中碳酸钙是甲壳类动物的外骨骼、海洋生物的外壳以及鸟类的蛋壳之中的主要无机成分，而磷酸钙则是人体骨骼和牙齿的主要无机成分，所含钙和磷元素是细胞生长所必需的营养元素，其良好的生物活性、生物相容性以及生物可降解性使其常应用于骨骼替代材料、牙齿填充材料、药物输运载体以及基因转染等生物医学领域。
碳酸钙和磷酸钙由于合成方法的不同，具有不同的结晶性、尺寸、形貌以及物理化学性质，因而具有不同的用途。无定形碳酸钙和无定形磷酸钙作为水溶液中沉积碳酸钙和磷酸钙矿物的最初物相，其与晶态碳酸钙和磷酸钙(如结晶性良好的方解石相和羟基磷灰石相)相比，具有更好的生物活性和生物可降解性(例如生物降解性)，因而广泛地应用于药物输运、蛋白吸附、基因转染等生物医学领域。但是无定形相作为一种介稳相，其在水溶液中很不稳定，将通过溶解、成核和结晶等过程转变为相对应的结晶矿物相。
一直以来，研究者在制备无定形碳酸钙和磷酸钙方面作了大量的研究，比较常见的方法是模拟生物矿化过程，在制备碳酸钙和磷酸钙的水溶液中添加稳定剂。现有文献报道的稳定剂包括镁离子、聚天冬氨酸、树枝状高分子、聚丙烯酸、聚乳酸-聚乙二醇以及磷酸酯等有机物。例如中国专利CN100428963公开一种无定形磷酸钙粉末的制备方法，其采用聚乙二醇、均丙烯酸等聚合物作为稳定剂，但聚合物添加量较大、造成成本增加，而且其制备温度限制较严。又如中国专利CN100445201公开一种纳米非晶态磷酸钙粉末的制备方法，其采用环糊精等有机物作为稳定剂，但该方法操作时间较长。
虽然目前人工合成碳酸钙或磷酸钙的方法很多，但直接利用生物体内的有机生物分子作为稳定剂，研究其在生物矿化过程中所起到的作用还少有报道。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种制备碳酸钙/磷酸钙复合纳米球的方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种制备碳酸钙/磷酸钙复合纳米球的方法，包括如下步骤：
a)将水溶性钙盐溶于去离子水中，然后加入稳定剂，并调节溶液的pH值为7～11，形成A溶液；所述的稳定剂为磷酸腺苷或磷酸腺苷盐；
b)将水溶性碳酸盐溶于去离子水中，形成B溶液；
c)将B溶液逐滴加入A溶液中，并控制溶液体系的pH为7～11；
d)滴毕，在室温下搅拌一定时间，然后转入微波反应器中，在100～200℃下保温反应1～60分钟；自然冷却至室温，进行离心分离、洗涤和干燥，即得碳酸钙/磷酸钙复合纳米球。
作为优选方案，所述的水溶性钙盐为氯化钙和/或其水合物、硝酸钙和/或其水合物、乙酸钙和/或其水合物。
作为优选方案，所述的磷酸腺苷盐为三磷酸腺苷二钠盐和/或其水合物。
作为优选方案，所述的水溶性碳酸盐为碳酸钠和/或其水合物、碳酸氢钠和/或其水合物、碳酸钾和/或其水合物、碳酸氢钾和/或其水合物、碳酸铵和/或其水合物、碳酸氢铵和/或其水合物。
作为优选方案，所述水溶性钙盐与稳定剂的摩尔比为1:1～25:1，进一步优选为5:1～15:1。
作为优选方案，所述水溶性钙盐与水溶性碳酸盐的摩尔比为1:10～10:1，进一步优选为1:4～4:1。
作为优选方案，A溶液中水溶性钙盐的摩尔浓度为0.001～1摩尔/升，进一步优选为0.005～0.1摩尔/升。
与现有技术相比，本发明方法具有工艺简单、操作方便、不需要复杂昂贵设备、易于实现工业化生产等优点。通过本发明方法制备的碳酸钙/磷酸钙复合纳米球可作为生物医用材料用于药物输运、基因转染、硬组织修复等领域，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1～6样品的X射线粉末衍射(XRD)图谱；
图2为实施例1样品的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图3为实施例1样品在不同浓度下对细胞存活率的影响；
图4为实施例1样品在不同初始浓度下对牛血红蛋白的吸附量的影响；
图5为实施例1样品吸附牛血红蛋白后在不同pH值的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中的释放性能；
图6为实施例2样品的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图7为实施例3样品的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图8为实施例4样品的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图9为实施例5样品的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图10为实施例6样品的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
在室温下，将0.925克CaCl2溶于250毫升去离子水中形成A溶液，将1.060克Na2CO3溶于100毫升去离子水中形成B溶液；取0.110克三磷酸腺苷二钠盐水合物溶于30毫升A溶液中并用1摩尔/升的氢氧化钠调节其pH等于9后，逐滴加入10毫升B溶液，此过程中采用磁搅拌且保持pH值在9左右；滴加完成并在室温下搅拌1小时后，将该悬浊液转入容量为60毫升的微波反应釜中，在110℃下反应10分钟；使反应体系自然冷却到室温，取出产物并离心分离，分离出的固体部分用去离子水洗涤3次，用无水乙醇洗涤1次，再于60℃空气中干燥，即得碳酸钙/磷酸钙复合纳米球。
所得样品的XRD图谱如图1中的曲线a所示：所得复合纳米球为无定形相。
所得样品的SEM照片见图2所示：所得复合纳米球的直径为10～100纳米。
经分析：所得复合纳米球的比表面积为141.30平方米/克，其脱附孔体积为1.50立方厘米/克。
图3反映了所得复合纳米球样品在不同浓度下对细胞存活率的影响，由图3可见：所得复合纳米球在0～100微克/毫升的浓度范围内，对细胞几乎没有毒性。
图4反映了所得复合纳米球样品在不同初始浓度下对牛血红蛋白的吸附量的影响，由图4可见：所得复合纳米球对牛血红蛋白具有很好的吸附能力。
图5反映了所得复合纳米球样品吸附牛血红蛋白后在不同pH值的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中的释放性能，由图5可见：所得复合纳米球具有良好的pH控释效果。
实施例2
在室温下，将0.925克CaCl2溶于250毫升去离子水中形成A溶液，将1.060克Na2CO3溶于100毫升去离子水中形成B溶液；取0.110克三磷酸腺苷二钠盐水合物溶于30毫升A溶液中并用1摩尔/升的氢氧化钠调节其pH等于9后，逐滴加入10毫升B溶液，此过程中采用磁搅拌且保持pH值在9左右；滴加完成并在室温下搅拌1小时后，将该悬浊液转入容量为60毫升的微波反应釜中，在110℃下反应30分钟；使反应体系自然冷却到室温，取出产物并离心分离，分离出的固体部分用去离子水洗涤3次，用无水乙醇洗涤1次，60℃空气中干燥，即得碳酸钙/磷酸钙复合纳米球。
所得样品的XRD图谱如图1中的曲线b所示：所得复合纳米球为无定形相。
所得样品的SEM照片见图6所示：所得复合纳米球的直径为10～100纳米。
实施例3
在室温下，将0.925克CaCl2溶于250毫升去离子水中形成A溶液，将1.060克Na2CO3溶于100毫升去离子水中形成B溶液；取0.110克三磷酸腺苷二钠盐水合物溶于30毫升A溶液中并用1摩尔/升的氢氧化钠调节其pH等于9后，逐滴加入10毫升B溶液，此过程中采用磁搅拌且保持pH值在9左右；滴加完成并在室温下搅拌1小时后，将该悬浊液转入容量为60毫升的微波反应釜中，在110℃下反应60分钟；使反应体系自然冷却到室温，取出产物并离心分离，分离出的固体部分用去离子水洗涤3次，用无水乙醇洗涤1次，60℃空气中干燥，即得碳酸钙/磷酸钙复合纳米球。
所得样品的XRD图谱如图1中的曲线c所示：所得复合纳米球主要为无定形相，同时含有少量的球霰石相。
所得样品的SEM照片见图7所示：所得复合纳米球的直径为10～100纳米。
实施例4
在室温下，将0.925克CaCl2溶于250毫升去离子水中形成A溶液，将1.060克Na2CO3溶于100毫升去离子水中形成B溶液；取0.110克三磷酸腺苷二钠盐水合物溶于30毫升A溶液中并用1摩尔/升的氢氧化钠调节其pH等于9后，逐滴加入10毫升B溶液，此过程中采用磁搅拌且保持pH值在9左右；滴加完成并在室温下搅拌1小时后，将该悬浊液转入容量为60毫升的微波反应釜中，在130℃下反应10分钟；使反应体系自然冷却到室温，取出产物并离心分离，分离出的固体部分用去离子水洗涤3次，用无水乙醇洗涤1次，60℃空气中干燥，即得碳酸钙/磷酸钙复合纳米球。
所得样品的XRD图谱如图1中的曲线d所示：所得复合纳米球为无定形相。
所得样品的SEM照片见图8所示：所得复合纳米球的直径为10～100纳米。
实施例5
在室温下，将0.925克CaCl2溶于250毫升去离子水中形成A溶液，将1.060克Na2CO3溶于100毫升去离子水中形成B溶液；取0.110克三磷酸腺苷二钠盐水合物溶于30毫升A溶液中并用1摩尔/升的氢氧化钠调节其pH等于9后，逐滴加入10毫升B溶液，此过程中采用磁搅拌且保持pH值在9左右；滴加完成并在室温下搅拌1小时后，将该悬浊液转入容量为60毫升的微波反应釜中，在150℃下反应10分钟；使反应体系自然冷却到室温，取出产物并离心分离，分离出的固体部分用去离子水洗涤3次，用无水乙醇洗涤1次，60℃空气中干燥，即得碳酸钙/磷酸钙复合纳米球。
所得样品的XRD图谱如图1中的曲线e所示：所得复合纳米球含有大量的磷灰石矿物相。
所得样品的SEM照片见图9所示：所得复合纳米球的直径为10～100纳米。
实施例6
在室温下，将0.925克CaCl2溶于250毫升去离子水中形成A溶液，将1.060克Na2CO3溶于100毫升去离子水中形成B溶液；取0.110克三磷酸腺苷二钠盐水合物溶于30毫升A溶液中并用1摩尔/升的氢氧化钠调节其pH等于9后，逐滴加入10毫升B溶液，此过程中采用磁搅拌且保持pH值在9左右；滴加完成并在室温下搅拌1小时后，将该悬浊液转入容量为60毫升的微波反应釜中，在180℃下反应10分钟；使反应体系自然冷却到室温，取出产物并离心分离，分离出的固体部分用去离子水洗涤3次，用无水乙醇洗涤1次，60℃空气中干燥，即得碳酸钙/磷酸钙复合纳米球。
所得样品的XRD图谱如图1中的曲线f所示：所得复合纳米球为含碳酸根的羟基磷灰石相。
所得样品的SEM照片见图10所示：所得复合纳米球的直径为10～100纳米。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种制备碳酸钙/磷酸钙复合纳米球的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)将水溶性钙盐溶于去离子水中，然后加入稳定剂，并调节溶液的pH值为7～11，形成A溶液；所述的稳定剂为磷酸腺苷或磷酸腺苷盐；
b)将水溶性碳酸盐溶于去离子水中，形成B溶液；
c)将B溶液逐滴加入A溶液中，并控制溶液体系的pH为7～11；
d)滴毕，在室温下搅拌一定时间，然后转入微波反应器中，在100～200℃下保温反应1～60分钟；自然冷却至室温，进行离心分离、洗涤和干燥，即得碳酸钙/磷酸钙复合纳米球。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的水溶性钙盐为氯化钙和/或其水合物、硝酸钙和/或其水合物、乙酸钙和/或其水合物中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的磷酸腺苷盐为三磷酸腺苷二钠盐和/或其水合物。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的水溶性碳酸盐为碳酸钠和/或其水合物、碳酸氢钠和/或其水合物、碳酸钾和/或其水合物、碳酸氢钾和/或其水合物、碳酸铵和/或其水合物、碳酸氢铵和/或其水合物中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水溶性钙盐与稳定剂的摩尔比为1:1～25:1。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水溶性钙盐与水溶性碳酸盐的摩尔比为1:10～10:1。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：A溶液中水溶性钙盐的摩尔浓度为0.001～1摩尔/升。
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