CN108545766B - 中空α-半水石膏超大微球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种中空α‑半水石膏超大微球及其制备方法，制备方法包括以下步骤：步骤1.在质量浓度为25～60％的醇水溶液中，加入有机模板剂，超声分散均匀得反应液；步骤2.在反应液中加入无机钙盐、硫酸盐及醋酸和醋酸钠缓冲液，开起搅拌装置搅拌5～8h后，得到乳白色前驱体浆液；步骤3.将前驱体浆液装入反应器中，搅拌加热，在60～90℃反应7～10h后，得α‑半水石膏微球料浆；步骤4.将微球料浆抽滤，分别用沸水和无水乙醇洗涤，然后干燥，即得中空α‑半水石膏超大微球。本方法通过简单的化学沉淀法就能制备出纯度高，结构稳定，不易团聚，颗粒均匀的中空α‑半水石膏超大微球，非常适合产业化。

Description

中空α-半水石膏超大微球及其制备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料制备领域，具体涉及一种中空α-半水石膏超大微球及其制备方法与应用。
技术背景
中空微球材料涵盖了材料、生物和医学科学等许多领域，具有重要的应用潜力。根据选择的壳材料不同，它们将在不同领域发挥特殊的作用。例如中空球形碳酸钙主要用于纸张填料或涂布颜料，可提高纸张的光散射系数和热绝缘性能，随着这种中空球形碳酸钙用量的增加，纸张平滑度也得到增加；中空球形羟基磷灰石可用于医药行业中药物、基因和蛋白的装载和释放；中空金属有机骨架材料可用于催化、能源储存与释放等多个领域。
α-半水石膏因具有良好的骨传导性、生物相容性，体内可快速降解和抗压强度高等优点使其成为人工骨修复材料的热点。近年来大量研究表明，α-半水石膏微球能有效增加载体材料的比表面积，具有流动性好、注射性能良好、填充度高等独特的优点。药剂学上研究也表明球形的载体材料具有更好的吸附效果，在生物体内具有较低的免疫原性。因此，α-半水石膏微球是一种具有良好应用前景的材料。
发明内容
本发明是目的在于提供一种中空α-半水石膏超大微球及其制备方法，通过简单的化学沉淀法就能制备出纯度高，结构稳定，不易团聚，颗粒均匀的中空α-半水石膏超大微球。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
<制备方法>
本发明提供一种中空α-半水石膏超大微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.在质量浓度为25～60％的醇水溶液中，加入有机模板剂，超声分散均匀得反应液；步骤2.在反应液中加入无机钙盐、硫酸盐及醋酸和醋酸钠缓冲液，开起搅拌装置搅拌5～8h后，得到乳白色前驱体浆液；步骤3.将前驱体浆液装入反应器中，搅拌加热，在60～90℃反应7～10h后，得α-半水石膏微球料浆；步骤4.将微球料浆抽滤，分别用沸水和无水乙醇洗涤，然后干燥，即得中空α-半水石膏超大微球。
进一步地，本发明提供的中空α-半水石膏超大微球的制备方法还可以具有以下特征：在步骤1中，醇水溶液中的醇为能与水混溶的水溶性醇中的一种或多种，优选为乙醇、乙二醇、丙三醇中的任意一种或多种。
进一步地，本发明提供的中空α-半水石膏超大微球的制备方法还可以具有以下特征：在步骤1中，有机模板剂在反应液中的质量浓度优选为0.8％～2.5％。
进一步地，本发明提供的中空α-半水石膏超大微球的制备方法还可以具有以下特征：在步骤1中，有机模板剂为氨基酸和聚乙烯亚胺，并且氨基酸优选为丝氨酸或苏氨酸，聚乙烯亚胺优选超枝化树状分子结构。
进一步地，本发明提供的中空α-半水石膏超大微球的制备方法还可以具有以下特征：在步骤1中，氨基酸和聚乙烯亚胺的质量比优选为1～1:5。有机模板剂毒性低，性质稳定，表面带有较强的正电荷，对晶核有较强的亲和力。
进一步地，本发明提供的中空α-半水石膏超大微球的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2中，无机钙盐优选为Ca(NO3)2或Ca(Cl)2，硫酸盐优选为K2SO4或(NH4)2SO4。
进一步地，本发明提供的中空α-半水石膏超大微球的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2中，无机钙盐和硫酸盐的质量浓度优选为5％～30％，无机钙盐和硫酸盐摩尔比优选为1～1:3。
进一步地，本发明提供的中空α-半水石膏超大微球的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2中，醋酸和醋酸钠缓冲液的pH优选为4.5～6.0，醋酸和醋酸钠缓冲溶液的浓度优选为0.3～0.6mol/L。
进一步地，本发明提供的中空α-半水石膏超大微球的制备方法还可以具有以下特征：在步骤3中，搅拌速度优选为150～180r/min，干燥条件优选为：在45～60℃条件下干燥2～4h。
<微球>
本发明还提供一种中空α-半水石膏超大微球，其特征在于：采用上述<制备方法>中所描述的方法制备得到。
发明的作用与效果
本发明在醇水溶液中，以钙盐和硫酸盐为原料，以氨基酸和聚乙烯亚胺为有机模板，采用简单的化学沉淀法，制备得到纯度高，结构稳定且可控，不易团聚，颗粒均匀，直径为200～300微米的中空α-半水石膏超大微球。球体比表面积大，具有载药应用价值。而且本方法工艺简单，操作方便，非常适合产业化。
附图说明
图1为实施例一中制备的中空α-半水石膏微球的扫描电镜图；
图2为实施例一中制备的中空α-半水石膏微球的XRD图；
图3为实施例一中在相同条件下不添加有机模板制得的α-半水石膏微球的扫描电镜图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明涉及的中空α-半水石膏超大微球及其制备方法的具体实施方案进行详细地说明。以下实施例中所采用的有机模板剂和聚乙烯亚胺均为Aldrich公司的产品；有机模板剂的成分为丝氨酸与聚乙烯亚胺；聚乙烯亚胺为超枝化树状分子结构，并且Mn＝20000g/mol，枝化度DB＝60％，分散性指数PDI＝2.1。
<实施例一>
制备方法：
在500g质量浓度为30％的乙醇水溶液中，加入10g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1∶3)，超声分散均匀，然后再加入150g Ca(NO3)2与K2SO4(Ca(NO3)2:K2SO4＝1:1)及pH值为5.5，0.4mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌6.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至90℃反应9.5h，得中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中50℃干燥4.0h，即得中空α-半水石膏微球。
性能表征：
如图1所示，本实施例一中制备的α-半水石膏微球，颗粒大小均匀，平均粒径约为300μm的中空结构；图2为α-半水石膏微球的XRD表征结果，结果显示α-半水石膏微球纯度高、无杂质峰存在；图3为实施例一不添加有机模板，其它条件不变制备所得的α-半水石膏扫描电镜图，其为分散的短柱状，不规则α-半水石膏晶体，未形成微球。<实施例二>
在500g质量浓度为45％的乙醇水溶液中，加入8g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1：2)，超声分散均匀，然后再加入200g Ca(NO3)2与K2SO4(Ca(NO3)2:K2SO4＝1:1)及pH值5.5，0.5mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌7.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至85℃反应9.0h，得中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中50℃干燥4.0h，即得中空α-半水石膏微球。微球大小均匀，平均直径约为280μm。
<实施例三>
在500g质量浓度为60％的乙醇水溶液中，加入6g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1：1)，超声分散均匀，然后再加入250g Ca(NO3)2与K2SO4(Ca(NO3)2:K2SO4＝1:1)及pH值4.5，0.6mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌8.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至85℃反应8.5h，得多孔中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中60℃干燥2.5h，即得中空α-半水石膏微球。微球大小均匀，平均直径约为250μm。
<实施例四>
在500g质量浓度为40％的乙二醇水溶液中，加入10g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1:3)，超声分散均匀，然后再加入200g Ca(Cl)2与K2SO4(Ca(Cl)2:K2SO4＝1:1)及pH值5.0，0.4mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌6.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至85℃反应8.0h，得中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中50℃干燥4.0h，即得中空α-半水石膏微球。微球大小均匀，平均直径约为300μm。
<实施例五>
在500g质量浓度为60％的乙二醇水溶液中，加入12g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1:5)，超声分散均匀，然后再加入250g Ca(Cl)2与K2SO4(Ca(Cl)2:K2SO4＝1:1)及pH值4.5，0.4mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌8.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至80℃反应7.5h，得中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中50℃干燥4.0h，即得中空α-半水石膏微球。微球大小均匀，平均直径约为280μm。
<实施例六>
在500g质量浓度为60％的乙二醇水溶液中，加入8g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1:4)，超声分散均匀，然后再加入300g Ca(Cl)2与(NH4)2SO4(Ca(Cl)2:(NH4)2SO4＝1:2)及pH值4.5，0.5mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌8.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至80℃反应7.5h，得中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中60℃干燥2.0h，即得中空α-半水石膏微球。微球大小均匀，平均直径约为280μm。
<实施例七>
在500g质量浓度为30％的丙三醇水溶液中，加入5g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1:1)，超声分散均匀，然后再加入150g Ca(Cl)2与(NH4)2SO4(Ca(Cl)2:(NH4)2SO4＝1:1)及pH值5.0，0.6mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌6.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至90℃反应6.5h，得中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中60℃干燥2.0h，即得中空α-半水石膏微球。微球大小均匀，平均直径约为200μm。
<实施例八>
在500g质量浓度为45％的丙三醇水溶液中，加入8g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1:2)，超声分散均匀，然后再加入200g Ca(Cl)2与K2SO4(Ca(Cl)2:K2SO4＝1:1)及pH值5.5，0.4mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌7.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至90℃反应6.0h，得中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中60℃干燥2.0h，即得中空α-半水石膏微球。微球大小均匀，平均直径约为250μm。
<实施例九>
在500g质量浓度为60％的丙三醇水溶液中，加入12g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1:3)，超声分散均匀，然后再加入300g Ca(Cl)2与(NH4)2SO4(Ca(Cl)2:(NH4)2SO4＝1:2)及pH值4.5，0.5mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌8.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至90℃反应5.0h，得中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中60℃干燥2.0h，即得中空α-半水石膏微球。微球大小均匀，平均直径约为300μm。
<实施例十>
在500g质量浓度为30％的乙醇-乙二醇-水溶液中，加入8g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1:3)，超声分散均匀，然后再加入300g Ca(Cl)2与(NH4)2SO4(Ca(Cl)2:(NH4)2SO4＝1:1)及pH值5.0，0.6mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌8.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至90℃反应7.5h，得中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中60℃干燥2.0h，即得中空α-半水石膏微球。微球大小均匀，平均直径约为300μm。
<实施例十一>
在500g质量浓度为45％的乙醇-乙二醇-水溶液中，加入10g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1:3)，超声分散均匀，然后再加入300g Ca(Cl)2与(NH4)2SO4(Ca(Cl)2:(NH4)2SO4＝1:2)及pH值6.0，0.4mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌8.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至85℃反应8.0h，得中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中60℃干燥2.0h，即得中空α-半水石膏微球。微球大小均匀，平均直径约为300μm。
<实施例十二>
在500g质量浓度为60％的乙醇-乙二醇-水溶液中，加入10g有机模板剂(丝氨酸与聚乙烯亚胺质量比为1:5)，超声分散均匀，然后再加入300g Ca(Cl)2与(NH4)2SO4(Ca(Cl)2:(NH4)2SO4＝1:2)及pH值5.5，0.4mol/L的醋酸和醋酸钠缓冲液200g，室温搅拌8.0h后得乳白色前驱体浆液。将前驱体浆液装入反应器，加热升温至85℃反应6.0h，得中空α-半水石膏微球料浆，将料浆抽滤，用沸水洗涤2次，无水乙醇洗涤1次，恒温干燥箱中60℃干燥2.0h，即得中空α-半水石膏微球。微球大小均匀，平均直径约为220μm。
以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的中空α-半水石膏超大微球及其制备方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种中空α-半水石膏超大微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.在质量浓度为25～60％的醇水溶液中，加入有机模板剂，超声分散均匀得反应液；
步骤2.在反应液中加入无机钙盐、硫酸盐及醋酸和醋酸钠缓冲液，搅拌5～8h，得到前驱体浆液；
步骤3.将前驱体浆液装入反应器中，搅拌加热，在60～90℃反应7～10h后，得α-半水石膏微球料浆；
步骤4.将微球料浆抽滤，分别用沸水和无水乙醇洗涤，然后干燥，即得中空α-半水石膏超大微球，
其中，在步骤1中，有机模板剂为氨基酸和聚乙烯亚胺，并且氨基酸为丝氨酸或苏氨酸，聚乙烯亚胺具有超枝化树状分子结构。
2.根据权利要求1所述的中空α-半水石膏超大微球的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，醇水溶液中的醇为乙醇、乙二醇、丙三醇中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的中空α-半水石膏超大微球的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，有机模板剂的质量浓度为0.8％～2.5％。
4.根据权利要求1所述的中空α-半水石膏超大微球的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，氨基酸和聚乙烯亚胺的质量比为1～1:5。
5.根据权利要求1所述的中空α-半水石膏超大微球的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤2中，无机钙盐为Ca(NO3)2或CaCl2，硫酸盐为K2SO4或(NH4)2SO4。
6.根据权利要求1所述的中空α-半水石膏超大微球的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤2中，无机钙盐和硫酸盐的质量浓度为5％～30％，无机钙盐和硫酸盐摩尔比为1～1:3。
7.根据权利要求1所述的中空α-半水石膏超大微球的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤2中，醋酸和醋酸钠缓冲液的pH为4.5～6.0，醋酸和醋酸钠缓冲溶液的浓度为0.3～0.6mol/L。
8.根据权利要求1所述的中空α-半水石膏超大微球的制备方法，其特征在于：
其中，在步骤3中，搅拌速度为150～180r/min，干燥条件为：在45～60℃条件下干燥2～4h。
9.一种中空α-半水石膏超大微球，其特征在于：
采用权利要求1至8中任意一项所述的中空α-半水石膏超大微球的制备方法制得。
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