CN1302984C - 一种缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法，该方法以含金属离子化合物、含钙化合物和含磷化合物为原料，以聚乙二醇为稳定剂，在水溶液中0～5℃温度下发生反应，生成含金属离子的无定形磷酸钙，再在800℃～1100℃下烧结制成。采用本发明方法可获得金属离子释放速率可控、颗粒尺寸小的纳米磷酸三钙粉末。解决了磷酸三钙粉末在低温下难以制备，粉末颗粒尺寸较大的难题，克服了磷酸三钙作为生物活形材料不能促进骨生长和抑制骨吸收等缺点。本发明制备工艺简单易行，操作简单，成本低，易于产业化。
Description
技术领域
本发明涉及一种用作生物骨修复或替代材料的磷酸三钙粉末的制备方法，尤其涉及缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法。
背景技术
β-磷酸三钙因其具有优良的生物相容性，骨传导性和生物降解性能，而被广泛地用于骨组织工程材料。但是，β-磷酸三钙陶瓷作为硬组织承载材料时较差的力学性能限制其应用。因此，更多的研究集中于将β-磷酸三钙粉末与具有良好的生物相容性和粘弹性的有机物复合上来。如中国专利CN1647826采用通过胶原与β相磷酸三钙的原位络合，在胶原基体上沉积纳米级β相磷酸三钙粉末。中国专利CN 1389503提供了一种在常温、常压下制备壳聚糖/羟基磷灰石纳米复合材料新方法。其中无机相颗粒尺寸越小，越有利于获得理想微观结构和性能的有机无机复合材料。中国专利CN1079401由磷酸三钙人工骨浸渍骨生长因子溶液而形成的复合人工骨，可使骨生长因子缓慢释放并诱导新骨形成。然而，β-磷酸三钙作为生物活性材料在植入体内后无法刺激蛋白活性，促进骨的生长或是抑制骨的吸收，限制其进一步的应用。通过新的制备方法和化学改性有望研究制备具有小颗粒尺寸及优良的生物活性的磷酸三钙粉末。
发明内容
本发明的目的在于提供一种颗粒尺寸小，具有良好的生物活性和可控的缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法。
本发明的缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法，采用的是低温液相共沉淀法，包括以下步骤：
1)将含钙化合物溶于水中，配制成浓度为2.0M～5M的A溶液，置于0～20℃下；
2)将含金属离子化合物溶于水中，配制成浓度为0.01M～1.0M的B溶液，置于0～20℃下；
3)将含磷化合物溶于水中，配制成浓度为0.1M～5M的C溶液，置于0～20℃下；
4)将A溶液和B溶液混合形成D溶液，D溶液中N/(N+Ca)的摩尔比为0.0001～0.1，N表示Zn，Sr，Mg，La，Eu，Er，Mn，Si，Zr，Na或K离子；
5)将聚乙二醇溶于D溶液中形成E溶液，置于0～20℃下，其中聚乙二醇以结构单元的摩尔数计算，聚乙二醇的加入量按聚乙二醇与钙离子的摩尔比为1∶10～10∶1；
6)按Ca/P摩尔比为1.00～2.00，将C溶液滴加入E溶液中，反应时滴加碱性溶液调节pH值7～12，反应在不断地搅拌下进行，反应温度为0℃～5℃，反应结束后，分离、洗涤、冷冻干燥，获得无定形含金属离子磷酸钙；
7)将所得的无定形含金属离子磷酸钙在800℃～1100℃下烧结，得到缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末。
本发明中，所述的含钙化合物可以是硝酸钙、氯化钙或氢氧化钙。含金属离子化合物选自锌，锶，镁，镧，铕，铒，锰，硅，锆，钠或钾离子的硝酸盐中的一种或几种或选自锌，锶，镁，镧，铕，铒，锰，硅，锆，钠或钾离子的氯化物中的一种或几种。含磷化合物可以是磷酸氢铵、磷酸钠、磷酸或磷酸钾。用于调节pH值的碱性溶液可采用氨水、氢氧化钠或氢氧化钾溶液，滴加碱性溶液的速率一般为1～20ml/min。
本发明掺入的金属离子可抑制磷酸三钙晶体的长大，从而减小粉末的颗粒尺寸，并通过调节反应物中N/(N+Ca)的摩尔比可以调节磷酸三钙中金属离子的含量，以达到可控的缓释金属离子的目的。
本发明制备的缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末在生理环境中释放的金属离子是人体内必须的微量元素：比如锌可激活多种蛋白，刺激骨生长，而且还有抑制骨吸收的能力；镁是促进骨生长，维护骨细胞结构与功能的重要矿物质；锰与骨细胞的分化，胶原蛋白及粘多糖的合成等都有关系；锶与骨骼形成密切相关，并且是人体骨骼及牙齿的正常组成成分；硅与人的骨骼生长与结构有关，起到调节骨骼中有机质的生成作用和无机质特别是钙镁磷的沉聚的作用；试验表明，稀土元素如镧离子在适当浓度下可促进成骨细胞增殖并增强碱性磷酸酶活性。
本发明制备过程中，采用抽滤或离心分离等方法进行分离，干燥采用冷冻干燥。防止无定形磷酸钙的颗粒的团聚和长大，通过改变制备工艺条件可以使无定形磷酸钙的颗粒在10nm～500nm之间调节。
本发明制备的缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的颗粒尺寸在90nm～200nm之间，而采用同样的方法制备的纯的磷酸三钙粉末的颗粒尺寸在300nm～500nm之间。
本发明具有以下优点：
(1)本发明制备过程中得到的含金属离子无定形磷酸钙粉末活性高，颗粒分布均匀，颗粒尺寸可以在10nm～500nm之间调节，不团聚，易分散。
(2)本发明制备缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末所需烧结温度低，结晶性能好，无杂相。
(3)本发明制备的缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末颗粒尺寸小，在90nm～200nm之间，分布均匀，易分散。
(4)本发明制备的缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末可以通过调节N/N+Ca)的摩尔比来调节其金属离子的含量，以达到可控的金属离子释放速率。
(5)本发明制备的缓释金属离子的纳米磷酸三钙可通过缓释金属离子来刺激蛋白活性，促进骨生长等。可用作生物骨修复或替代材料。
(6)本发明采用的制备工艺条件简单易行，操作简单，成本低，易于产业化。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
将Ca(NO3)2·6H2O溶于蒸馏水中形成钙浓度为2.0M的A溶液。将Zn(NO3)2·4H2O溶于蒸馏水中形成金属浓度为0.01M的B溶液。把(NH4)2HPO4溶于蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.1M的C溶液。将A溶液和B溶液按设计的Zn/(Zn+Ca)摩尔比为0.0001混合为D溶液，在D溶液中加入聚乙二醇，摩尔比为聚乙二醇∶Ca(NO3)2＝3∶1，聚合物以结构单元的摩尔数计算，溶解后形成E溶液，将C和E溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将C溶液以2ml/min的速率滴加到E溶液中，pH用氨水调节保持在7左右，滴加结束后在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为1.50。沉淀物经抽滤、洗涤，冷冻干燥72小时，得无定形含锌磷酸钙，取出后在800℃下烧结2小时后得到缓释锌离子的纳米磷酸三钙。
实施例2
将CaCl2·6H2O溶于蒸馏水中形成钙浓度为5.0M的A溶液。将Mg(NO3)2·6H2O溶于蒸馏水中形成金属浓度为1.0M的B溶液。把(NH4)2HPO4溶于蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为5M的C溶液。将A溶液和B溶液按设计的Mg/(Mg+Ca)摩尔比为0.1混合为D溶液，在D溶液中加入聚乙二醇，摩尔比为聚乙二醇∶CaCl2＝3∶1，聚合物以结构单元的摩尔数计算，溶解后形成E溶液，将C和E溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将C溶液以2ml/min的速率滴加到E溶液中，pH用氨水调节保持在12左右，滴加结束后在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为1.50。沉淀物经抽滤、洗涤，冷冻干燥72小时，得无定形含镁磷酸钙，取出后在1100℃下烧结2小时后得到缓释镁离子的纳米磷酸三钙。
实施例3
将Ca(NO3)2·6H2O溶于蒸馏水中形成钙浓度为3.0M的A溶液。将SrCl2溶于蒸馏水中形成金属浓度为0.1M的B溶液。把(NH4)2HPO4溶于蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.5M的C溶液。将A溶液和B溶液按设计的Sr/(Sr+Ca)摩尔比为0.09混合为D溶液，在D溶液中加入聚乙二醇，摩尔比为聚乙二醇∶Ca(NO3)2＝1∶10，聚合物以结构单元的摩尔数计算，溶解后形成E溶液，将C和E溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将C溶液以2ml/min的速率滴加到E溶液中，pH用氨水调节保持在10左右，滴加结束后在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为1.50。沉淀物经抽滤、洗涤，冷冻干燥72小时，得无定形含锶磷酸钙，取出后在900℃下烧结2小时后得到缓释锶离子的纳米磷酸三钙。
实施例4
将Ca(NO3)2·6H2O溶于蒸馏水中形成钙浓度为2.0M的A溶液。将Zn(NO3)2·4H2O和Mg(NO3)2·6H2O分别溶于蒸馏水中形成金属离子浓度为0.05M的B和F溶液。把Na3PO4·12H2O溶于蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.15M的C溶液。将A，B和F水溶液按设计的(Zn+Mg)/(Zn+Mg+Ca)摩尔比为0.09混合为D溶液，在D溶液中加入聚乙二醇，摩尔比为聚乙二醇∶Ca(NO3)2＝1∶1，聚合物以结构单元的摩尔数计算，溶解后形成E溶液，将C和E溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将C溶液以2ml/min的速率滴加到E溶液中，pH用氨水调节保持在10左右，滴加结束后在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为1.50。沉淀物经抽滤、洗涤，冷冻干燥72小时，得无定形含锌和镁离子磷酸钙，取出后在800℃下烧结2小时后得到缓释锌和镁离子的纳米磷酸三钙。
实施例5
将Ca(NO3)2·6H2O溶于蒸馏水中形成钙浓度为2.0M的A溶液。将Mn(NO3)2·6H2O溶于蒸馏水中形成金属浓度为0.1M的B溶液。把(NH4)2HPO4溶于蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.1M的C溶液。将A溶液和B溶液按设计的Mn/(Mn+Ca)摩尔比为0.06混合为D溶液，在D溶液中加入聚乙二醇，摩尔比为聚乙二醇∶Ca(NO3)2＝1∶5，聚合物以结构单元的摩尔数计算，溶解后形成E溶液，将C和E溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将C溶液以2ml/min的速率滴加到E溶液中，pH用氨水调节保持在10左右，滴加结束后在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为1.50。沉淀物经抽滤、洗涤，冷冻干燥72小时，得无定形含锰磷酸钙，取出后在800℃下烧结2小时后得到缓释锰离子的纳米磷酸三钙。
实施例6
将Ca(NO3)2·6H2O溶于蒸馏水中形成钙浓度为2.0M的A溶液。将La(NO3)3溶于蒸馏水中形成金属浓度为0.01M的B溶液。把(NH4)2HPO4溶于蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.1M的C溶液。将A溶液和B溶液按设计的La/(La+Ca)摩尔比为0.0005混合为D溶液，在D溶液中加入聚乙二醇，摩尔比为聚乙二醇∶Ca(NO3)2＝10∶1，聚合物以结构单元的摩尔数计算，溶解后形成E溶液，将C和E溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将C溶液以2ml/min的速率滴加到E溶液中，pH用氨水调节保持在10左右，滴加结束后在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为1.50。沉淀物经抽滤、洗涤，冷冻干燥72小时，得无定形含锰磷酸钙，取出后在800℃下烧结2小时后得到缓释镧离子的纳米磷酸三钙。
Claims (6)
1.缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法，其特征是包括以下步骤：
1)将含钙化合物溶于水中，配制成浓度为2.0M～5M的A溶液，置于0～20℃下；
2)将含金属离子化合物溶于水中，配制成浓度为0.01M～1.0M的B溶液，置于0～20℃下，其中金属离子是Zn，Sr，Mg，La，Eu，Er，Mn，Si，Zr，Na或K离子；
3)将含磷化合物溶于水中，配制成浓度为0.1M～5M的C溶液，置于0～20℃下；
4)将A溶液和B溶液混合形成D溶液，D溶液中N/(N+Ca)的摩尔比为0.0001～0.1，N表示Zn，Sr，Mg，La，Eu，Er，Mn，Si，Zr，Na或K离子；
5)将聚乙二醇溶于D溶液中形成E溶液，置于0～20℃下，其中聚乙二醇以结构单元的摩尔数计算，聚乙二醇的加入量按聚乙二醇与钙离子的摩尔比为1∶10～10∶1；
6)按Ca/P摩尔比为1.00～2.00，将C溶液滴加入E溶液中，反应时滴加碱性溶液调节pH值7～12，反应在不断地搅拌下进行，反应温度为0℃～5℃，反应结束后，分离、洗涤、冷冻干燥，获得无定形含金属离子磷酸钙；
7)将所得的无定形含金属离子磷酸钙在800℃～1100℃下烧结，得到缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末。
2.按权利要求1所述的缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法，其特征是所述的含钙化合物为硝酸钙、氯化钙或氢氧化钙。
3.按权利要求1所述的缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法，其特征是所述的含金属离子化合物选自锌，锶，镁，镧，铕，铒，锰，硅，锆，钠或钾离子的硝酸盐中的一种或几种，或选自锌，锶，镁，镧，铕，铒，锰，硅，锆，钠或钾离子的氯化物中的一种或几种。
4.按权利要求1所述的缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法，其特征是所述的含磷化合物是磷酸氢铵、磷酸钠、磷酸或磷酸钾。
5.按权利要求1所述的缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法，其特征是用于调节pH值的碱性溶液为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
6.按权利要求1所述的缓释金属离子的纳米磷酸三钙粉末的制备方法，其特征是分离采用抽滤或离心分离。
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