TWI656248B - Calcium phosphorus compound and method for making calcium and phosphorus compound containing magnesium and strontium - Google Patents

Abstract

一種鈣磷化合物及使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法，主要技術在於利用磁攪拌器在蛋殼粉末水溶液中加入酸性溶液和磷酸，並在適當的攪拌時間及攪拌速率下製備生成磷酸鈣溶液，次將該磷酸鈣溶液加入鹼性溶液中以形成一反應物溶液，接著將混合後反應物溶液放至微波產生器進行長晶反應，使奈米晶體析出，本發明之製備方法利用微波輻射能減少雜質產生、成本比其它合成方法低且可控制奈米晶體形貌，只需均勻加熱即可加快反應生成具氫氧基磷灰石的奈米晶體。

Description

鈣磷化合物及使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法

本發明係關於一種鈣磷化合物及使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法，特別是指一種加熱速率快、溶液均勻加熱、能在短時間內合成出高純度之氫氧基磷灰石。

生醫陶瓷顆粒(bioceramics)係為氫氧基磷灰石(hydroxyapatite)、缺鈣氫氧基磷灰石(CDHA)、奈米化缺鈣氫氧基磷灰石(nCDHA)等生醫陶瓷顆粒，其組成中含有能通過人體正常的新陳代謝並進行轉換的鈣(Ca)、磷(P)等元素，或含有能與人體組織產生鍵結的氫氧基(-OH)等基團，具有良好的生物相容性以及可於生物體內降解等特性，且可用以吸附蛋白質。

合成磷灰石有許多的方法，主要分為乾式合成法和溼式合成法，乾式合成法包含固相燒結法，溼式合成法包含微波合成法(microwave synthesis)、水熱法(hydrothermal)、沉澱法(co-precipitation method)及溶膠-凝膠法(sol-gel synthesis)等。製備的原材料主要有化學原料、動物骨骼和珊瑚等。化學原料製備的氫氧基磷灰石由於使用高純度試劑而 價格較貴；來源於天然動物骨骼牛骨、魚骨等氫氧基磷灰石，雖然具有原材料的多孔結構和含碳酸氫氧基磷灰石等，但由於原材料物理和化學性能的變異而不斷出現問題，如原料攜帶的部分病原體可能對人體造成危害，該病原體只有經過850℃以上的高溫煅燒才可能解決其傳播疾病的問題。

關於2013年1月河北師範大學學報所揭示的蛋殼水熱法合成羥基磷灰石，其製造方法為：先收集市售雞蛋蛋殼，自來水清洗除去泥土及粘附的雜質後，熱水煮沸一段時間，乾燥後去除內膜。乾燥蛋殼破碎成細小碎片，置於坩堝內，於箱式電阻爐內煅燒。為徹底去除蛋殼中的有機物質，煅燒實驗分2步升溫。先升溫到450℃，保溫2小時；隨後升溫到900℃，保溫4小時，隨爐冷卻至室溫。將煅燒成白色的蛋殼於研缽中磨成粉末，過125μm篩，裝袋備用。

次，以水熱合成實驗在水浴反應器中進行，反應溶劑為分析純磷酸氫二氨((NH₄)₂HPO₄，汕頭西隴化工有限公司)。羥基磷灰石按以下反應式合成：5CaO+3(NH₄)₂HPO₄+2H₂O → Ca₅(PO₄)₃OH+6NH₄OH……(1)

去離子水配製成0.5莫耳/公升的(NH₄)₂HPO₄溶液，按照(1)的反應摩爾比稱取一定量的煅燒蛋殼粉(成分為CaO)，為保證反應完全，實驗時控制(NH₄)₂HPO₄過量5%。恒溫水浴加熱到90℃並保溫，在強力攪拌條件下，將蛋殼粉逐 步加人到(NH₄)₂HPO₄溶液中。90℃恒溫攪拌反應3小時後得到懸濁液，用去離子水反復清洗懸濁液多次，靜止沉澱後濾去上清液，置於電阻燒結爐中煅燒3小時，煅燒溫度分別為200，800℃，升溫速度8℃/min。其缺點在於蛋殼須以900℃煅燒4小時可以獲得較純的CaO粉體。

本案發明人鑑於上述習用方法所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，終於成功研發完成本件鈣磷化合物及使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法。

本發明之目的即在於提供一種鈣磷化合物及使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法，主要係以蛋類之蛋殼為起始原料，利用超音波清潔方法移除蛋類中之有機成份而獲得無機成份之氫氧基磷灰石粉末。

本發明之次一目的係在於提供一種鈣磷化合物及使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法，屬於一種取材於自然生物體廢棄物而製備生醫材料的製備方法，其取材於自然生物體而使其獲得之氫氧基磷灰石粉末具有安全特性，其取材於廢棄物而具有環境保護效益。

可達成上述發明目的之鈣磷化合物及使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法，包括有：取用微粒化的蛋殼粉末2克及去離子水15毫升依序加入容器中溶解，再加入酸性溶液(鹽酸5毫升)，以溶 解蛋殼粉末內的有機物，並等待蛋殼粉末均勻溶解30分鐘後，加入磷酸0.85毫升將鈣磷比(Ca/P)固定為1.67，混合後形成磷酸鈣溶液(或該磷酸鈣溶液另可添加桑葉粉萃取物1%等待均勻混合)；以上過程均利用磁攪拌器均勻攪拌；將磷酸鈣溶液加入鹼性溶液中以形成一反應物溶液，其中磷酸鈣溶液是提供鈣離子與磷酸根離子；以上過程均利用磁攪拌器均勻攪拌；接著將混合後反應物溶液放至微波產生器，分別以微波產生器所產生之不同功率及時間進行微波，以利後續的長晶反應。

將反應物溶液放至微波產生器進行長晶反應，使奈米晶體(nanocrystalline)析出，其長晶反應於微波加熱(microwave heating)下進行，而反應時間為約5~60分鐘，較佳為約1分鐘，更佳為約5~10分鐘。而上述生成之奈米晶體之寬度為約15~35奈米，長度為約55~130奈米。

將前述之溶液以去離子水沖洗、以超音波清潔(ultrasonic cleaning)30分鐘(超音波震盪機震盪30分鐘)，再以抽氣過濾(suction filtration)快速分離液體與奈米晶體，過濾數次(重複清洗步驟三次)，最後送至烘箱中以溫度約30~60℃烘烤，乾燥時間為二天，即可得到奈米晶體之磷灰石粉末析出。

圖一為本發明鈣磷化合物及使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法之製作流程圖；附件一至附件四以微波加熱處理不同時間合成氫氧基磷灰石，微波功率分別為(a)100瓦、(b)300瓦、(c)500瓦及(d)1000瓦之X射線繞射儀繞射圖；附件五以微波功率為300瓦，微波輻射時間為5分鐘，酸鹼值分別為4、7、10及14合成磷灰石之X射線繞射儀繞射圖；附件六以微波功率為300瓦，微波輻射時間為5分鐘，酸鹼值分別為7、10及14合成磷灰石之結晶度；附件七以微波加熱處理各種參數合成氫氧基磷灰石之結晶度；附件八以微波加熱處理各種參數合成氫氧基磷灰石之晶粒大小；附件九以微波加熱處理各種參數合成氫氧基磷灰石之場發射掃描電子顯微鏡的顯微照片；附件十以微波功率為300瓦，微波輻射時間為5分鐘，酸鹼值分別為(a)4、(b)7、(c)10及(d)14合成磷灰石之場發射掃描電子顯微鏡的顯微照片；附件十一以微波功率為300瓦，微波輻射時間為5分鐘合成氫氧基磷灰石之EDS元素成分分析之能譜；附件十二以微波加熱處理各種參數合成氫氧基磷灰 石之鈣磷比；附件十三至附件十六以微波加熱處理不同時間合成氫氧基磷灰石，微波功率分別為(a)100瓦、(b)300瓦、(c)500瓦及(d)1000瓦之FTIR官能基分析；附件十七以微波功率為300瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之X射線繞射儀繞射圖；附件十八以微波功率為300瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘添加桑葉粉萃取物及未添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之晶粒大小；附件十九以微波功率為300瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘添加桑葉粉萃取物及未添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之結晶度；附件二十之(a)~(c)分別為微波功率為300瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘，添加桑葉粉萃取物合成出單相氫氧基磷灰石的大小變化；附件二十一以微波功率為300瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘添加桑葉粉萃取物及未添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之顆粒大小；附件二十二以微波功率為300瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之FTIR官能基分析； 附件二十三以微波輻射時間5分鐘，微波功率分別為100、300、500及1000瓦添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之X射線繞射儀繞射圖；附件二十四以微波輻射時間5分鐘，微波功率分別為100、300、500及1000瓦添加桑葉粉萃取物及未添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之晶粒大小；附件二十五以微波輻射時間5分鐘，微波功率分別為100、300、500及1000瓦添加桑葉粉萃取物及未添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之結晶度；附件二十六以微波輻射時間5分鐘，微波功率分別為(a)100瓦、(b)300瓦、(c)500瓦及(d)1000瓦添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之場發射掃描電子顯微鏡的顯微照片；附件二十七以微波輻射時間5分鐘，微波功率分別為100、300、500及1000瓦添加桑葉粉萃取物未添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之顆粒大小；附件二十八以微波輻射時間5分鐘，微波功率分別為100、300、500及1000瓦添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之FTIR官能基分析；附件二十九以微波功率為300瓦進行微波輻射時間5分鐘合成氫氧基磷灰石之熱差/熱重分析；附件三十以微波功率為300瓦進行微波輻射時間5分 鐘，添加桑葉粉萃取物合成氫氧基磷灰石之熱差/熱重分析；附件三十一以試藥級缺鈣氫氧基磷灰石及微波功率為300瓦，微波輻射時間為5分鐘合成出氫氧基磷灰石，進行1和4天之WST-1試劑分析。

請參閱圖1，本發明所提供之鈣磷化合物及使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法，氫氧基磷灰石主要是由鈣及磷所組成，本發明利用微粒化的蛋殼粉末及磷酸，分別當作鈣離子和磷離子的來源。微粒化的蛋殼粉末經X射線繞射儀(X-Ray Diffractometer，XRD)分析結晶相，蛋殼粉末含量大多以碳酸鈣為主，藉由對照JCPD card：72-1214的標準圖，可得知蛋殼粉末為單相碳酸鈣。

本發明該微粒化的蛋殼粉末的製備方法包括有步驟S1至S5，其步驟說明如下：S1：先將蛋殼(egg shell)進行清潔並去除蛋殼膜(shell membrane)後，以取得清潔後之蛋殼；S2：配置一清潔後之蛋殼與去離子水置入一容器中；S3：將該容器以超音波清潔(ultrasonic cleaning)30分鐘，此步驟重複二次，藉此去除蛋殼內部殘留蛋殼膜及表面髒汙；S4：取出清洗完後的蛋殼放入烘箱加熱至一定溫度，使其乾燥至恆重，在本實施例中，烘箱加熱溫度係設定在30~50℃持續48小時乾燥；及S5：接而以物理的粉碎將蛋殼進行微粒化 磨成粉末，粉末以325網目(mesh)之篩網進行過濾篩選之動作，而獲得粒徑小於45微米的水溶性蛋殼粉末。其中，蛋殼本來係非水溶性之蛋白質及礦物質，採取後經物理的粉碎而微粒化，較易為水溶性。前述物理粉碎係以研磨機進行微粒化，該研磨機係可為濕式研磨機、乾式研磨機以及乾式低溫奈米研粉機。

本發明更提供一種具氫氧基磷灰石的奈米晶體製備方法，其係應用於生醫材料中，該製備方法包括有步驟S1至S9，其步驟說明如下：

S1：取用微粒化的蛋殼粉末及去離子水依序加入容器中溶解，該蛋殼粉末和去離子水的重量比約為10%(W/V)，如1克蛋殼粉末+10毫升去離子水；該蛋殼粉末和去離子水的重量比更佳為13%(W/V)，如2克蛋殼粉末+15毫升去離子水；

S2：攪拌該容器內之該蛋殼粉末和去離子水，其中係利用一磁攪拌器(magnetic stirrer)及與該磁攪拌器連接的一攪拌子以攪拌速率80~300rpm對該蛋殼粉末水溶液進行攪拌；

S3：蛋殼粉末水溶液加入一酸性溶液，並持續攪拌，以溶解蛋殼粉末內的有機物，該蛋殼粉末和酸性溶液的重量比約為40%(W/V)，如2克蛋殼粉末+5毫升酸性溶液；上述之酸性溶液中可包括硝酸(HNO₃)、鹽酸(HCl)、磷酸 (H₃PO₄)、碳酸(H₂CO₃)、磷酸二氫鈉(NaH₂PO₄)、磷酸二氫鉀(KH₂PO₄)、磷酸二氫銨(NH₄H₂PO₄)、醋酸(CH₃COOH)、蘋果酸(C₄H₆O₅)、檸檬酸(C₆H₈O₇)、乳酸(C ₃ H ₆ O ₃)、乙二酸(H₂C₂O₄)、丙二酸(CH ₂(COOH)₂)。然而酸性溶液並不以此為限，只要酸鹼值小於7之水溶液皆可作為本發明之酸性溶液，較佳為酸鹼值小於5。

S4：等待蛋殼粉末均勻溶解於蛋殼粉末水溶液30~60分鐘；

S5：加入一磷酸，並混合攪拌，其中，該蛋殼粉末和磷酸的重量比約為235%(W/V)，如2克蛋殼粉末+0.85毫升磷酸，且該蛋殼粉末水溶液中之鈣與該磷酸中之磷之比為1.67：1，混合後形成一磷酸鈣溶液。又，該磷酸鈣溶液能混合添加桑葉粉萃取物1~3%後再於微波產生器進行長晶反應。且該磷酸在該蛋殼粉末水溶液加入於該容器之後隨即加入該容器內一同攪拌；

S6：將磷酸鈣溶液中加入鹼性溶液中，並持續攪拌以形成一反應物溶液，待奈米晶體產生沉澱，需特別說明的是，該磷酸鈣溶液為該蛋殼粉末、該去離子水、該酸性溶液及該磷酸之混合，且由攪拌該磷酸鈣溶液開始至將該容器移至該微波產生器內前之總攪拌時間為30~60分鐘；該鹼性溶液為氨水將酸鹼值(pH)調整至10；或該鹼性溶液為氨水及氫氧化鉀，而該氨水將酸鹼值調整至4、7或10，該氫氧 化鉀將酸鹼值再調整至14。

S7：將該容器移至一微波產生器進行長晶反應，使奈米晶體(nanocrystalline)析出，其長晶反應於微波加熱(microwave heating)下進行，而微波加熱時間為約1~10分鐘，較佳為約1分鐘，更佳為約5~10分鐘。而上述生成之奈米晶體之寬度為約15~35奈米，長度為約55~130奈米。

S8：收集沉澱於該容器底部的該奈米晶體並經過清洗與抽氣過濾(suction filtration)處理；及

S9：經過濾收集得到該奈米晶體送至烘箱中，以溫度約30~60℃烘烤，乾燥時間為二天，即可得到奈米晶體之磷灰石粉末。其中該鈣元素之莫耳百分比係於20%莫耳至45%莫耳之範圍以及該磷元素之莫耳百分比係於9%莫耳至20%莫耳之範圍。

請參閱表一，為以微波產生器處理磷酸鈣溶液、鹼性溶液各種參數合成磷灰石粉末之顆粒大小。

實施例一，該磷酸鈣溶液如無添加物，其鹼性溶液為氨水，藉由氨水將酸鹼值調整至10；該微波產生器的微波功率為100、300、500及1000瓦(W)，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘。

實施例二，該磷酸鈣溶液如無添加物，其鹼性溶液為氨水及氫氧化鉀，藉由氨水將酸鹼值調整至4、7或10，藉由氫氧化鉀將酸鹼值再調整至14；該微波產生器的微 波功率為300瓦，微波輻射時間為5分鐘。

實施例三，該磷酸鈣溶液如添加桑葉粉萃取物，其鹼性溶液為氨水，藉由氨水將酸鹼值調整至10，該微波產生器的微波功率為100、300、500及1000瓦，微波輻射時間為5分鐘。

實施例四，該磷酸鈣溶液如添加桑葉粉萃取物，其鹼性溶液為氨水，藉由氨水將酸鹼值調整至10，該微波產生器的微波功率為300瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘。

本發明利用X射線繞射儀觀察晶體結構、計算晶粒大小及結晶度。X射線繞射儀所利用之濺射靶材為銅靶材，波長λ為0.15406奈米，操作電壓為30kV，操作電流為30毫安，掃描速度為2°/min，掃描範圍為20~60°，並以對照JCPD card：09-0432(Joint Committee on Powder Diffraction.Standards)找取標準圖作結晶相確認。

藉由對照JCPD card：09-0432的標準圖，可以確認本發明由微波法可以合成出單相氫氧基磷灰石，其主要繞射峰位置2 θ於25.88°、31.76°及32.89°。從附件一至附件四分別為微波功率為100、300、500及1000瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘，從圖中可以發現當相同的微波功率，不同的時間從1分鐘增加至10分鐘時結晶性會愈來愈好，再觀察相同的時間，不同的微波功率由100瓦增加至1000瓦時，可以發現隨著微波功率增加結晶性愈佳。從文獻 指出當反應的時間及能量夠時，能夠增加結晶性，使氫氧基磷灰石之繞射峰更加明顯。

本發明之氫氧基磷灰石之結晶度計算，為利用以下之公式計算：Xc=1-(V_112/300/I₃₀₀) (1)

Xc：結晶度(%)；V_112/300：(112)及(300)平面繞射峰中間的凹陷之繞射峰強度；I₃₀₀：(300)平面之繞射峰強度。

氫氧基磷灰石之晶粒大小計算方法為，以沿C軸方向成長之(002)平面之繞射峰的半高寬進行計算，而計算粉末之晶粒大小，則是利用Scherrer公式：D=K λ/FWHM×cos θ (2)

D：晶粒大小(奈米)；K：形狀係數(K=0.9)；λ：銅靶材之波長(0.15406奈米)；FWHM：繞射峰的半高寬(弧度)；θ：布拉格角(°)。

從附件七得知，藉由計算結晶度之公式如式(1)，計算出微波功率為100瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘之結晶度分別為35.5%、45.6%及48.3%，當微波輻射時間為5分鐘，微波功率為100、300、500及1000瓦之結晶度 分別為45.6%、50.7%、50.8%及51.1%，因此可以證明當微波輻射時間及微波功率愈高時，結晶度會增加，此結果能與附件一至附件四之X射線繞射儀繞射圖相呼應。

從附件八得知，藉由Scherrer公式如公式(2)，利用(002)平面之繞射峰計算晶粒大小，計算出微波功率為100瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘之晶粒大小分別為21.23奈米、25.29奈米及27.17奈米，當微波輻射時間為5分鐘，微波功率為100、300、500及1000瓦之晶粒大小分別為25.29奈米、25.47奈米、29.36奈米及30.28奈米，因此可以證明當微波輻射時間及微波功率愈高時，晶粒大小會愈大，且從附件一至附件四之X射線繞射儀繞射圖可以發現當繞射峰愈窄時，其晶粒大小愈大，此結果可與Scherrer公式相呼應。

以酸鹼值影響之X射線繞射儀分析結晶相，從附件五觀察，再藉由對照JCPD card：75-1520及JCPD card：09-0432的標準圖，當酸鹼值為4時合成出單相二鈣磷酸鹽(dicalcium phosphate anhydrous,DCPA)，而酸鹼值為7、10及14時合成出單相氫氧基磷灰石，由於氫氧基磷灰石在鹼性溶液中較穩定，因此在酸鹼值為4時無法合成出氫氧基磷灰石，其中從附件六得知，酸鹼值分別為7、10及14時為氫氧基磷灰石，其中結晶度以酸鹼值為10最高。

另，本發明利用場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM) 觀察磷灰石粉末形貌及計算平均顆粒大小。將磷灰石粉末利用碳膠水黏至載臺上，由於磷灰石粉末為不導電的陶瓷粉末，因此利用真空濺鍍金膜儀鍍導電膜，鍍金時間為50秒，鍍金電流為10毫安，以進行分析。

附件九為以微波加熱(microwave heating)處理各種參數合成氫氧基磷灰石之場發射掃描電子顯微鏡的顯微照片。從附件九觀察合成氫氧基磷灰石之形貌為棒狀，微波功率為100瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘之顆粒大小長度分別為59.4±12.2奈米、110.9±11.3奈米及121.1±15.2奈米，當微波輻射時間為5分鐘，微波功率為100、300、500及1000瓦之顆粒大小長度分別為110.9±11.3奈米、113.6±17.6奈米、116.5±14.7奈米及116.2±20.4奈米，因此可以證明當微波輻射時間及微波功率愈高時，顆粒大小會愈大，此結果與表一互相呼應。

附件十為以微波加熱(microwave heating)處理300瓦，微波輻射時間為5分鐘，酸鹼值分別為(a)4、(b)7、(c)10及(d)14合成磷灰石之場發射掃描電子顯微鏡的顯微照片。從附件十之(a)至(d)分別為酸鹼值4、7、10及14，調整酸鹼值為4磷灰石粉末形貌晶鬚狀、酸鹼值為7及10磷灰石粉末為棒狀及酸鹼值為14磷灰石粉末為類球狀，由表二可以得知其顆粒大小。

再，本發明利用場發射掃描電子顯微鏡附帶功能之能量分散光譜儀(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)進行元素成分分析檢測，此分析檢測為半定量分析。將獲得鈣和磷之原子百分比來計算鈣/磷(Ca/P)莫耳比，並以探討合成之鈣/磷(Ca/P)莫耳比差異；氫氧基磷灰石主要以鈣、磷及氧元素所組成，從附件十一為EDS元素成分分析之能譜可證明，本發明所合成氫氧基磷灰石成分含有鈣、磷及氧元素，其中含有碳元素是因為本發明利用碳膠水將粉末黏至載台，進行成分分析時也會分析到碳元素；利用成分分析後之鈣及磷原子百分比計算鈣磷比，氫氧基磷灰石理想鈣磷比為1.67。附件十二為微波加熱處理各種參數之鈣磷比，從圖中可得知當隨著微波輻射時間及微波功率愈高時，鈣磷比會愈接近1.67。

又，本發明利用傅立葉轉換紅外光譜儀(FTIR)分析官能基位置。將磷灰石粉末放至載台進行分析，設定儀器參數掃描解析度為8cm^-1，掃描範圍為600cm^-1至4000cm^-1。

附件十三至附件十六以微波加熱處理不同時間合成氫氧基磷灰石，微波功率分別為(a)100瓦、(b)300瓦、(c)500瓦及(d)1000瓦之FTIR官能基分析。本發明為利用傅立葉轉換紅外光譜儀可以判斷官能基位置，由氫氧基磷灰石的化學式Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂可以得知氫氧基磷灰石是由CO₃ ^2-、PO₄ ^3-及OH^-，從附件十三至附件十六之(a)至(d)分別為微波功率為100、300、500及1000瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘，觀察波長位置在約為623、730及1023cm^-1時為PO₄ ^3-之位置；1328、1430及1522cm^-1時為CO₃ ^2-之位置；3697、3737及3858cm^-1時為OH^-之位置；1689、1784及3619cm^-1時為H₂O之位置；2816、3057cm^-1分別為CH₂及CH₃，CH₂及CH₃是來自於蛋殼中的蛋白質；在CO₃ ^2-位置為1328及1430cm^-1屬於B型氫氧基磷灰石，是CO₃ ^2-取代PO₄ ^3-、CO₃ ^2-位置為1430及1522cm^-1屬於A型氫氧基磷灰石，是CO₃ ^2-取代OH^-，因此得知本發明合成出之AB型混合氫氧基磷灰石。

以下為該磷酸鈣溶液如添加桑葉粉萃取物，其鹼性溶液為氨水，藉由氨水將酸鹼值調整至10之氫氧基磷灰石的結晶度及晶粒大小分析； 附件十七為微波功率為300瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘，並且添加桑葉粉萃取物反應之產物，藉由X射線繞射儀的觀察可以得知，合成之產物皆為單相氫氧基磷灰石，且隨著微波輻射時間增長，結晶度及晶粒大小愈大，將有添加桑葉粉萃取物和無添加桑葉粉萃取物進行比較，在X射線繞射儀的結晶相並無差異，但結晶度及晶粒大小有添加桑葉粉萃取物的會較小，從附件十八及附件十九中可以看到利用公式(1)與公式(2)計算出來的結晶度及晶粒大小，有添加桑葉粉萃取物的都較小。本發明於無添加桑葉粉萃取物之氫氧基磷灰石定義為對照組。

在附件二十之(a)~(c)分別為微波功率為300瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘，添加桑葉粉萃取物合成出單相氫氧基磷灰石，這些形貌皆為棒狀，且隨著隨著微波輻射時間的增長，顆粒大小有明顯的變化。藉由附件二十一可以看出添加桑葉粉萃取物之顆粒大小比未添加之顆粒大小還要小。

利用傅立葉轉換紅外光譜儀(FTIR)分析官能基位置，酸鹼值分別為4、7、10及14，觀察波長位置在約為712、1039及1211cm^-1時為PO₄ ^3-之位置，1371、1459及1517cm^-1時為CO₃ ^2-之位置，3676、3743及3856cm^-1時為OH^-之位置，1693、1747及3630cm^-1時為H₂O之位置，2817、2900cm^-1分別為CH₂及CH₃，CH₂及CH₃是來自於蛋殼中的蛋白質。在CO₃ ^2-位置 為1371及1459cm^-1屬於B型氫氧基磷灰石，是CO₃ ^2-取代PO₄ ^3-、CO₃ ^2-位置為1459及1517cm^-1屬於A型氫氧基磷灰石，是CO₃ ^2-取代OH^-，因此得知本發明合成出之AB型混合氫氧基磷灰石。附件二十二以微波功率為300瓦，微波輻射時間分別為1、5及10分鐘添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之FTIR官能基分析。

由附件二十三中我們以微波輻射時間5分鐘，微波功率分別為100、300、500及1000瓦添加桑葉粉萃取物能合成出單相氫氧基磷灰石，且隨著微波功率之增加結晶度愈好。由附件二十四及附件二十五為利用公式(1)與公式(2)計算出結晶度及晶粒大小，可發現添加桑葉粉萃取物之結晶度及晶粒大小都較小。

從附件二十六之(a)~(d)分別為微波功率100、300、500及1000瓦，微波輻射時間5分鐘，添加桑葉粉萃取物合成之氫氧基磷灰石，從圖片中可看出形貌為棒狀，而和附件二十七互相對照，可發現隨著微波功率增加，顆粒大小會愈大。附件二十七以微波輻射時間5分鐘，微波功率分別為100、300、500及1000瓦添加桑葉粉萃取物未添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石。

利用傅立葉轉換紅外光譜儀可以判斷官能基位置，酸鹼值分別為4、7、10及14，觀察波長位置在約為700、1048及1219cm^-1時為PO₄ ^3-之位置，1380、1459及1524cm^-1時為 CO₃ ^2-之位置，3672、3748及3869cm^-1時為OH^-之位置，1689、1740及3621cm^-1時為H₂O之位置，2817、2888cm^-1分別為CH₂及CH₃，CH₂及CH₃是來自於蛋殼中的蛋白質。在CO₃ ^2-位置為1380及1459cm^-1屬於B型氫氧基磷灰石，是CO₃ ^2-取代PO₄ ^3-、CO₃ ^2-位置為1459及1524cm^-1屬於A型氫氧基磷灰石，是CO₃ ^2-取代OH^-，因此得知本發明合成出之AB型混合氫氧基磷灰石。附件二十八以微波輻射時間5分鐘，微波功率分別為100、300、500及1000瓦添加桑葉粉萃取物合成出氫氧基磷灰石之FTIR官能基分析。

最後本發明利用熱差/熱重分析(DTA/TGA)判斷磷灰石粉末在不同溫度的吸熱及放熱反應及重量損失。將磷灰石粉末取約7~8毫克放置於坩堝內，藉由氧化鋁粉當做對照組，以每分鐘上升溫度10℃，溫度範圍從40℃至1400℃。

在附件二十九及附件三十中的重量損失，分別在447及454℃時是表面吸附的水或晶格水的蒸發，在814及818℃時的重量損失是氫氧基磷灰石脫羧，最後至1400℃時的重量損失為氫氧基磷灰石脫羥基，而總重量損失無添加桑葉粉萃取物及有添加桑葉粉萃取物分別為12%及18%(意旨熱重分析結束後，總重量分別減少12%及18%的重量，只分別剩下88%及82%的重量，表示熱重分析中，隨著溫度上升，有氣體散逸造成重量下降)，有添加桑葉粉萃取物會損失比較多是因為，桑葉粉萃取物中含許多有機物，隨著溫度升高有機 物消失。在814及818℃時熱差(DTA)有個明顯得放熱峰，這屬於氫氧基磷灰石脫羧。

本發明利用細胞活性評估(WST-1)測試試藥級缺鈣氫氧基磷灰石(島久株式會社，日本)及微波功率為300瓦，微波輻射時間為5分鐘合成出氫氧基磷灰石之1及4天WST-1試劑分析。其步驟首先是將培養1及4天的試片在閉光下加入WST-1試劑，接著放置37℃培養箱反應4小時，取出100微米放置96-well測試盤中，再以酵素免疫分析儀讀取波長450奈米的吸光值，從WST-1試劑的顏色可以判斷細胞的毒性，當WST-1試劑的顏色越深代表細胞增殖越快，反之，顏色越淺細胞毒性越大，從附件三十一的試藥級缺鈣氫氧基磷灰石之1及4天的細胞數約為0.679倍，而微波功率為300瓦，微波輻射時間為5分鐘合成出氫氧基磷灰石之1及4天的細胞數量約為1.152倍，細胞培養至第4天時試藥級及微波加熱處理的細胞數約有8.72倍的成長，從此可得知利用微波加熱處理合成出氫氧基磷灰石的活性比試藥級缺鈣氫氧基磷灰石還要來的大。

利用感應耦合電漿發光分光分析法(ICP-AES)測定微量元素分析，從表三可得知本發明的氫氧基磷灰石除了鈣(Ca)與磷(P)之外，還有少量的微量元素鎂(Mg)及鍶(Sr)，根據文獻指出鎂元素可幫助骨細胞的黏附，刺激新骨的生成，鍶元素除了可促進造骨細胞分化，抑制破骨細胞的吸收，亦 可降低骨質流失速率，因此臨床上可以用於治療骨質疏鬆症，這些鎂元素與鍶元素的微量元素對人體有極大幫助。其中該鎂元素之莫耳百分比係於0.1%莫耳至0.7%莫耳之範圍。其中該鍶元素之莫耳百分比係於0.01%莫耳至0.4%莫耳之範圍。

綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能 較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

Claims (4)

1. 一種使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法，其中包含如下列步驟：取用微粒化的單相碳酸鈣的蛋殼粉末及去離子水依序加入容器中溶解，再加入酸性溶液，以溶解蛋殼粉末內的有機物，並等待蛋殼粉末均勻溶解，加入磷酸將鈣磷比固定為1.67，混合後形成磷酸鈣溶液；將磷酸鈣溶液加入鹼性溶液中以形成一反應物溶液，待奈米晶體產生沉澱，接著將混合後反應物溶液放至微波產生器，以利後續的長晶反應；將反應物溶液放至微波產生器進行長晶反應，使奈米晶體析出，其長晶反應於微波加熱下進行；將反應物溶液以去離子水沖洗、以超音波清潔，再以抽氣過濾快速分離液體與奈米晶體，過濾數次，最後送至烘箱中烘烤，即可得到奈米晶體之磷灰石粉末，鈣元素之莫耳百分比係於20%莫耳至45%莫耳之範圍，磷元素之莫耳百分比係於9%莫耳至20%莫耳之範圍，鎂元素之莫耳百分比係於0.1%莫耳至0.7%莫耳之範圍，其中鍶元素之莫耳百分比係於0.01%莫耳至0.4%莫耳之範圍，奈米晶體之寬度為15~35奈米，長度為55~130奈米。
2. 如申請專利範圍第1項所述之使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法，其中長晶反應之微波加熱時間為1~10分鐘。
3. 如申請專利範圍第1項所述之使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法，其中磷酸鈣溶液係進一步添加桑葉粉萃取物1~3%後，再於微波產生器中進行長晶反應。
4. 一種鈣磷化合物，係根據申請專利範圍第1至3項中之任一項之使鈣磷化合物含鎂及鍶的方法製得。