CN112607720A - 一种介孔羟基磷灰石微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物医用材料领域,公开了一种介孔羟基磷灰石微球的制备方法。包括以下步骤:将可溶性磷酸盐、可溶性钙盐、表面活性剂和均相沉淀剂混合,调节pH,水热反应,离心得到沉淀,干燥,即制得介孔羟基磷灰石微球;表面活性剂的质量或体积浓度为0.5%‑3%。该制备方法通过调节表面活性剂的浓度,能够实现对介孔羟基磷灰石微球的表面形貌以及比表面面积的调控;该制备方法无需制备相关前驱体模板,其工艺简单、成本低,制得的介孔羟基磷灰石微球具有良好的生物活性、生物相容性,可广泛应用于生物医学领域。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料领域,具体涉及一种介孔羟基磷灰石微球的制备方法。
背景技术
由于创伤、疾病、老龄化等原因,导致临床上骨组织损伤数量巨大。羟基磷灰石[Ca10(PO4)6OH2或HAP]是天然骨和牙齿中最重要的无机成分,因其具有良好的骨诱导性和骨传导性从而备受关注。在临床上,羟基磷灰石作为一类重要的骨组织缺损修复材料已被广泛应用。
骨科植入物引起的感染是骨组织缺损修复失败的重要原因。感染导致更高的发病率和死亡率,延长了患者的住院时间,增加了患者的治疗成本。但是,传统的羟基磷灰石并不具备抗感染性质。介孔羟基磷灰石作为一种新型的无机载体材料,其具有较高的比表面积、载药量以及优异的药物缓释能力,在药物缓释载体中具有较大的应用潜力,能够在感染部位局部给药。
而具有表面微纳结构的介孔羟基磷灰石还具有调节细胞行为的能力。使用纳米结构调节细胞行为的灵感来源于天然的细胞外基质(ECM),细胞所处的结构微环境在调节细胞分化方面起到了至关重要的作用,在生物材料表面来构建人工的微环境为调节细胞分化和组织再生提供了一种可行的途径。但是在现有技术中,具有表面微纳结构的介孔羟基磷灰石的制备过程复杂繁琐,一般需要先制备前驱体模板,且材料不能达到表面结构可控的效果。
因此,亟需提供一种介孔羟基磷灰石微球的制备方法,能够使介孔羟基磷灰石微球的表面结构可调控。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种介孔羟基磷灰石微球的制备方法,能够使介孔羟基磷灰石微球的表面结构可调控。
本发明的发明构思:本发明采用可溶性磷酸盐、可溶性钙盐、表面活性剂和均相沉淀剂直接制备介孔羟基磷灰石微球,无需先制备前驱体模板;通过控制表面活性剂的浓度进一步调控介孔羟基磷灰石微球的表面形貌;因不同表面形貌对药物缓释、细胞分化具有不同影响,通过对介孔羟基磷灰石微球表面形貌的控制,从而实现载药量和药物释放速率的灵活调控。本发明中表面活性剂的浓度是实现表面结构可调控的关键。
本发明提供了一种介孔羟基磷灰石微球的制备方法,包括以下步骤:
将可溶性磷酸盐、可溶性钙盐、表面活性剂和均相沉淀剂混合,调节pH,水热反应,离心得到沉淀,干燥,即制得所述介孔羟基磷灰石微球;
所述表面活性剂的质量或体积浓度为0.5%-3%。
优选的,所述表面活性剂的质量或体积浓度为0.5%-2%。通过控制所述表面活性剂的浓度,可以制备出不同表面形貌的介孔羟基磷灰石微球,包括:针状纤维结构、层状片状结构或光滑结构。
优选的,所述可溶性磷酸盐的浓度为0.03-0.3mol/L,所述可溶性钙盐的浓度为0.05-0.5mol/L;进一步优选的,所述可溶性磷酸盐的浓度为0.03-0.1mol/L,所述可溶性钙盐的浓度为0.05-0.3mol/L。
进一步优选的,所述可溶性磷酸盐的浓度为0.06mol/L,所述可溶性钙盐的浓度为0.1mol/L,所述表面活性剂的质量或体积浓度为1%。
优选的,所述表面活性剂选自植酸、柠檬酸或EDTA中的一种;进一步优选的,所述表面活性剂为植酸。
优选的,所述可溶性钙盐为氯化钙或硝酸钙。
优选的,所述可溶性磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二钾或磷酸二氢钾中的至少一种。
优选的,所述均相沉淀剂选自尿素或/和乙酰胺。所述均相沉淀在反应过程中不断分解,起到调控反应溶液pH的作用,有利于反应的发生以及提高反应的效率。
优选的,所述均相沉淀剂的浓度为0.5-1.5mol/L;进一步优选的,所述均相沉淀剂的浓度为0.8-1.2mol/L。
优选的,所述调节pH为调节pH值至1-4,进一步优选的,所述调节pH为调节pH值至1.5-3。
优选的,所述调节pH的过程为采用酸碱调节pH,如硝酸、盐酸、氢氧化钠、氢氧化钾等。所述酸或碱的浓度为0.6-1mol/L。
优选的,所述水热反应的温度为100-220℃,所述水热反应的时间为6-15小时;进一步优选的,所述水热反应的温度为150-200℃,所述水热反应的时间为8-12小时。
一种介孔羟基磷灰石微球,采用上述方法制得,所述介孔羟基磷灰石微球的粒径为3-10μm,所述介孔羟基磷灰石微球的表面形貌包括:针状纤维结构、层状片状结构或光滑结构。
一种药物,包括所述介孔羟基磷灰石微球,如以所述介孔羟基磷灰石微球作为载体。
一种骨组织修复材料,包含所述介孔羟基磷灰石微球。
相对于现有技术,本发明的有益效果如下:
(1)本发明所述制备方法通过调节表面活性剂的浓度,能够实现对介孔羟基磷灰石微球的表面形貌以及比表面面积的调控,使用所述介孔羟基磷灰石微球作为载体时,能够进一步实现载药量和药物释放速率的灵活调控。
(2)本发明所述制备方法无需制备相关前驱体模板,其工艺简单、成本低。
(3)采用本发明所述制备方法制得的介孔羟基磷灰石微球具有良好的生物活性、生物相容性,可广泛应用于生物医学领域。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的介孔羟基磷灰石微球的SEM图;
图2为本发明实施例2制得的介孔羟基磷灰石微球的SEM图;
图3为本发明实施例3制得的介孔羟基磷灰石微球的SEM图;
图4为本发明实施例1-3制得的介孔羟基磷灰石微球的XRD图;
图5为本发明实施例1-3制得的介孔羟基磷灰石微球的FT-IR图;
图6为本发明实施例1-3制得的介孔羟基磷灰石微球的药物释放曲线图;
图7为本发明实施例1-3制得的介孔羟基磷灰石微球进行成骨细胞分化实验的体外表征图。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案,现列举以下实施例进行说明。需要指出的是,以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明,均可从常规商业途径得到,或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
一种介孔羟基磷灰石微球的制备方法,包括如下步骤:
(1)将四水硝酸钙溶于去离子水中,配置成0.1mol/L的硝酸钙溶液;
(2)将磷酸氢二铵溶于去离子水中,配置成0.06mol/L的磷酸氢二铵溶液;
(3)在搅拌下,将步骤(2)得到的磷酸氢二铵溶液加入至步骤(1)得到的硝酸钙溶液中,加入1%(V/V)植酸溶液以及1mol/L的乙酰胺,得到混合液;
(4)用1mol/L硝酸溶液和氢氧化钠溶液将步骤(3)得到的混合溶液的pH调节为2,然后加入到聚四氟乙烯内衬水热反应釜中,180℃下水热反应10小时;反应结束后,沉淀离心洗涤,在60-80℃的烘箱中干燥,得到具有表面微纳结构的介孔羟基磷灰石微。
对所得到的介孔羟基磷灰石微球进行场发射扫描电子显微镜纤维分析、X射线衍射光谱分析、傅里叶变换红外光谱仪分析,SEM图如图1所示,XRD图如图4所示,FT-IR图如图5所示。由图可知,制得的介孔羟基磷灰石微球的直径约为5μm,表面显示为针状纤维结构,晶型主要为羟基磷灰石。
实施例2
一种介孔羟基磷灰石微球的制备方法,包括如下步骤:
(1)将四水硝酸钙溶于去离子水中,配置成0.1mol/L的硝酸钙溶液;
(2)将磷酸氢二铵溶于去离子水中,配置成0.06mol/L的磷酸氢二铵溶液;
(3)在搅拌下,将步骤(2)得到的磷酸氢二铵溶液加入至步骤(1)得到的硝酸钙溶液中,加入1.5%(V/V)植酸溶液以及1mol/L的乙酰胺,得到混合液;
(4)用1mol/L硝酸溶液和氢氧化钠溶液将步骤(3)得到的混合溶液pH调节为2;然后加入到聚四氟乙烯内衬水热反应釜中,180℃下水热反应10小时;反应结束后,沉淀离心洗涤,在60-80℃烘箱中干燥,得到具有表面微纳结构的介孔羟基磷灰石微球。
对所得到的介孔羟基磷灰石微球进行场发射扫描电子显微镜纤维分析、X射线衍射光谱分析、傅里叶变换红外光谱仪分析,SEM图如图2所示,XRD图如图4所示,FT-IR图如图5所示。由图可知,制得的介孔羟基磷灰石微球的直径约为5μm,表面显示为层状片状结构,晶型主要为羟基磷灰石。
实施例3
一种介孔羟基磷灰石微球的制备方法,包括如下步骤:
(1)将四水硝酸钙溶于去离子水中,配置成0.1mol/L的硝酸钙溶液;
(2)将磷酸氢二铵溶于去离子水中,配置成0.06mol/L的磷酸氢二铵溶液;
(3)在搅拌下,将步骤(2)得到的磷酸氢二铵溶液加入至步骤(1)得到的硝酸钙溶液中,加入2%(V/V)植酸溶液以及1mol/L的乙酰胺,得到混合液;
(4)用1mol/L硝酸溶液和氢氧化钠溶液将步骤(3)得到的混合溶液pH调节为2;然后加入到聚四氟乙烯内衬水热反应釜中,180℃下水热反应10小时;反应结束后,沉淀离心洗涤,在60-80℃烘箱中干燥,得到具有表面微纳结构的介孔羟基磷灰石微球。
对所得到的介孔羟基磷灰石微球进行场发射扫描电子显微镜纤维分析、X射线衍射光谱分析、傅里叶变换红外光谱仪分析,SEM图如图3所示,XRD图如图4所示,FT-IR图如图5所示。由图可知,制得的介孔羟基磷灰石微球的直径约为5μm,表面显示为光滑结构,晶型主要为羟基磷灰石。
产品效果测试
对实施例1-3制得的介孔羟基磷灰石微球进行效果测试。
1.载药以及药物释放实验:
(1)分别称取实施例1-3制备的介孔羟基磷灰石微球200mg,放置于4mg/ml的万古霉素溶液中,并分别标记为组S1、S2、S3;
(2)在37℃下搅拌超过48小时,将样品收集洗涤干燥,得到载万古霉素的介孔羟基磷灰石微球;
(3)将载万古霉素的介孔羟基磷灰石微球装入透析袋中,置于pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液中;在37℃的条件下,持续搅拌,并且每隔3小时取2ml样,待测;
(4)在每个样品中加入2ml对应的磷酸盐缓冲液,用紫外分光光度计测量待测溶液中的万古霉素的浓度并计算释放量。
药物释放的情况见图6,图中横坐标代表时间,纵坐标代表相对释放量,由图可知,实施例1-3制得的介孔羟基磷灰石微球具有不同的表面结构,其药物释放曲线也存在差异,表面结构不同的微球在前期释放速率不同,最终药物释放量也不同。因此,可以通过本发明的制备方法控制介孔羟基磷灰石微球的表面结构,从而达到药物缓释调控的效果。
2.成骨分化实验:
将成骨细胞以每孔密度为104个接种至96孔板中;经过一天的贴壁之后,将实施例1-3中制备的介孔羟基磷灰石微球分别与细胞共培养,并以空白组为对照组,空白组标记为S0,实施例1-3分别标记为S1、S2、S3;培养14天后用碱性磷酸酶试剂盒进行染色分析。染色结果见图7,图7中a代表空白组S0,图7中b代表实施例1S1,图7中c代表实施例2S2,图7中d代表实施例3S3。由图可知,成骨分化效果,空白组的染色明显低于实施例1-3的染色,而实施例1-3的材料染色情况也存在差异,因此,本发明制得的介孔羟基磷灰石微球能够促进了成骨分化,同时,不同表面结构的介孔羟基磷灰石微球对成骨分化的影响不同。可以通过本发明的制备方法控制介孔羟基磷灰石微球的表面结构,从而达到对成骨分化影响调控。
Claims (10)
1.一种介孔羟基磷灰石微球的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将可溶性磷酸盐、可溶性钙盐、表面活性剂和均相沉淀剂混合,调节pH,水热反应,离心得到沉淀,干燥,即制得所述介孔羟基磷灰石微球;表面活性剂的质量或体积浓度为0.5%-3%。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述表面活性剂的质量或体积浓度为0.5%-2%。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述可溶性磷酸盐的浓度为0.03-0.3mol/L,所述可溶性钙盐的浓度为0.05-0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述表面活性剂选自植酸、柠檬酸或EDTA中的一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述可溶性磷酸盐为磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二钾或磷酸二氢钾中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述调节pH为调节pH值至1-4。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述水热反应的温度为100-220℃,所述水热反应的时间为6-15小时。
8.一种介孔羟基磷灰石微球,其特征在于,采用权利要求1-7中任一项所述的制备方法制得,所述介孔羟基磷灰石微球的粒径为3-10μm,所述介孔羟基磷灰石微球的表面形貌包括:针状纤维结构、层状片状结构或光滑结构。
9.一种药物,其特征在于,包括权利要求8所述的介孔羟基磷灰石微球。
10.一种骨组织修复材料,其特征在于,包含权利要求8所述的介孔羟基磷灰石微球。
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CN115557480A (zh) * | 2022-10-28 | 2023-01-03 | 南京市儿童医院 | 一种掺钴羟基磷灰石微球的合成方法 |
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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