CN105999292B - 一种多孔空心陶瓷微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种多孔空心陶瓷微球的制备方法，使用二氯甲烷等有机溶剂和聚乙烯醇水溶液形成的乳液，将陶瓷原料粉均匀分散在所述的乳液中形成浆料，将所述的浆料用于喷雾冷冻得到的颗粒，再经冷冻干燥，脱脂，烧结后得到多孔空心的陶瓷微球。本发明解决了孔径分布不可控，孔隙率太低的问题，且所得的多孔空心陶瓷微球尺寸小，孔隙分布均匀。

Description

一种多孔空心陶瓷微球的制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷粉末制备技术领域，具体涉及一种多孔空心陶瓷微球的制备方法。
背景技术
颗粒系统因其具有可预测治疗反应及可控药物释放时间而被广泛应用于药物释放。植入材料中不规则或致密颗粒易导致炎症且阻碍骨生长，而多孔微球因其能避免炎症且促进骨生长而被广泛应用与药物及细胞的载体材料。与人体骨骼晶体成分、结构基本一致的羟基磷灰石陶瓷微球，其生物相容性、界面活性均优于各类医用钛、硅橡胶等，拥有应用在药物载体和矫形及颌面外科植入的巨大潜力。微球的多孔结构及孔隙率对其药物装载特性有很大影响，获得孔径<10μm的均匀孔是微球应用在药物缓释方面的决定因素。
多孔陶瓷微球的制备技术中，目前很少有针对空心多孔陶瓷微球研究，而空心加多孔的陶瓷微球与多孔陶瓷微球相比较，能为药物、蛋白质、基因装载提供更大的物理空间，同时比表面积也更大，吸附活性更高。
本发明的目的是提供一种多孔空心陶瓷微球的制备方法，解决了孔径分布不可控，孔隙率太低的问题，且所得的多孔空心陶瓷微球尺寸小，孔隙分布均匀。
本发明的技术方案是：使用有机溶剂和聚乙烯醇水溶液形成的乳液，将陶瓷原料粉均匀分散在所述的乳液中形成浆料，将所述的浆料用于喷雾冷冻得到的颗粒，再经冷冻干燥，脱脂，烧结后得到多孔空心的陶瓷微球；聚乙烯醇水溶液的体积分数为2％～8％；有机溶剂与水的体积比为：1:1～1:6；陶瓷原料粉在乳液中的体积分数为1％～10％；所述冷冻干燥时的温度范围在-100～-110℃，气压为10～20Pa的条件下进行；所述乳液的配制为将有机溶剂在温度低于25℃的环境下缓慢加入上述聚乙烯醇水溶液中，并持续搅拌0.5～2h；所述的脱脂是在温度500℃～700℃保温0.5～4小时，所述的烧结是1000℃～1500℃保温0.5-4h；所述的有机溶剂包括二氯甲烷、氯仿或丙酮。
喷雾冷冻后的粉末在冷冻干燥机中的干燥时间为24h～48h。这时样品中的冰和有机溶剂都被除去了。
冷冻后的粉末在脱脂过程升温速度为0.1℃/min～5℃/min，然后在500℃～700℃保温0.5～4小时，该过程是为了去除粉末中的聚乙烯醇。
脱脂后的粉末在烧结过程升温速度为10℃/min～20℃/min，然后在1000℃～1500℃保温0.5～4h，该过程是为了让颗粒重排和晶粒生长。
烧结后的粉末随炉冷却下来，得到空心多孔的羟基磷灰石。
所述的聚乙烯醇(PVA)水溶液的配制为将一定质量的聚乙烯醇加入到固定体积的去离子水中在磁力搅拌机上搅拌0.5～2小时，搅拌温度为70～90℃。
所述喷雾冷冻用的浆料为在上述乳液中加入陶瓷原料粉球磨而成。
在本方案的一个优选的实施例中，所述的陶瓷粉末选用羟基磷灰石粉，得到粒径为20μm，孔径为0.6μm的多孔空心微球。
本发明的有益效果
本发明的目的是在于提供一种拥有均匀多孔结构和空心结构的陶瓷微球的制备方法。具体地，通过本发明的方法在多孔微球里引入高空心度的结构，大大提高了与之相应的孔隙率，并且与多孔微球相比增加了吸附药物的内比表面积，其高比表面积的性质能增强微球与吸附药物之间的相互作用并提供更多的装载空间。发明人通过研究意外的发现油相(即有机溶剂，如二氯甲烷)可显著增强了羟基磷灰石粉在PVA水溶液中的稳定性，有机溶剂与PVA水溶液形成的乳液会在界面上吸附陶瓷颗粒，搅拌均匀后陶瓷颗粒分散在油相液滴外，有利于后续形成分布均匀多孔空心微球。
附图说明
图1为在不同时间段，分散羟基磷灰石粉末在上文所述的乳液(A)中与在相同浓度的聚乙烯醇水溶液(B)中的数码照片，其中(a)为两份浆料超声震荡后的初始状态，(b)为震荡0.5h后，(c)为震荡2h后。从(b)和(c)中A样品没有发生明显沉降，而B样品则分层明显。因此在没有加入表面活性剂的情况下，二氯甲烷增强了羟基磷灰石粉在PVA水溶液中的稳定性。
图2为经过本发明处理得到的羟基磷灰石多孔空心微球，都拥有很高的球形度，表面形貌为多孔。
图3为一个粒径约为20um的单独并且经研磨破坏后的空心多孔微球，为了证明其内部的空心结构。
图4为有絮状沉淀的乳液的数码照片，絮状物位置在盖子与白色溶液之间的瓶壁上。
图5为结构不完整的空心多孔微球，其中的微球表面有大孔。
以下实施方式旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
配制3体积％的聚乙烯醇水溶液，其中加入60体积％的二氯甲烷，其中二氯甲烷与水的体积比1:1.5，并混合8体积％的羟基磷灰石粉末一起超声震荡5分钟形成的乳液如图1(a)中的A，3体积％的PVA水溶液加入8体积％的羟基磷灰石形成的悬浊液超声震荡5分钟如图1(a)中的B。与A的分散稳定性相比，羟基磷灰石粉在悬浊液的稳定性明显差很多。
将乳液(A)进行喷雾冷冻、在-100℃温度下干燥48小时、以1℃/min升温到500℃保温2小时，然后以10℃/min升温至1250℃保温2小时，随炉冷却得到图2中的多孔空心羟基磷灰石微球，得到粒径为20μm，孔径为0.6μm。
配制6体积％的聚乙烯醇水溶液，加入二氯甲烷，其中二氯甲烷与水的体积比1:6，并混合2体积％的羟基磷灰石粉末，将乳液(A)进行喷雾冷冻、在-110℃温度下干燥24小时、以3℃/min升温到700℃保温1小时，然后以10℃/min升温至1400℃保温1小时，随炉冷却得到多孔空心羟基磷灰石微球，其多孔空心羟基磷灰石微球，得到粒径为27μm，空心的尺寸为14μm，如图3。
对比例1
将乳液中的二氯甲烷与水的体积比改变为1:0.8，乳液中会出现絮状PVA沉淀，如图4，如此，进行后续喷雾冷冻时会堵塞喷头，无法应用于后续处理。
对比例2
二氯甲烷与水的体积比为1:7，其它步骤同实施例1，发明人发现无法形成明显可见的空心结构。
对比例3
将实施例1中的乳液(A)进行喷雾冷冻、在-90℃温度下干燥48小时、以1℃/min升温到500℃保温2小时，然后以10℃/min升温至1250℃保温2小时，随炉冷却得到图3中的多孔空心羟基磷灰石微球。因为形成的空心陶瓷微球表面有大孔，形成不完整，如图5。

Claims (5)

1.一种多孔空心陶瓷微球的制备方法，其特征在于，使用有机溶剂和聚乙烯醇水溶液形成的乳液，将陶瓷原料粉均匀分散在所述的乳液中形成浆料，将所述的浆料用于喷雾冷冻得到的颗粒，再经冷冻干燥，脱脂，烧结后得到多孔空心的陶瓷微球；聚乙烯醇水溶液的体积分数为2％～8％；有机溶剂与水的体积比为：1:1～1:6；陶瓷原料粉在乳液中的体积分数为1％～10％；所述冷冻干燥时的温度范围在-100～-110℃，气压为10～20Pa的条件下进行；所述乳液的配制为将有机溶剂在温度低于25℃的环境下缓慢加入上述聚乙烯醇水溶液中，并持续搅拌0.5～2h；所述的脱脂是在温度500℃～700℃保温0.5～4小时，所述的烧结是1000℃～1500℃保温0.5～4h；所述的有机溶剂包括二氯甲烷、氯仿或丙酮；其中陶瓷原料粉选用羟基磷灰石粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，冷冻干燥时间为24h～48h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的脱脂过程升温速度为1℃/min～5℃/min；所述的烧结过程升温速度为10℃/min～20℃/min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯醇水溶液的配制是将聚乙烯醇加入到固定体积的去离子水中在磁力搅拌机上搅拌0.5-2小时，搅拌温度为70～90℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷雾冷冻用的浆料为在所述的乳液中加入陶瓷原料粉球磨而成。
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