專利名稱：一種空心球狀納米羥基磷灰石材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米羥基磷灰石材料，特別是涉及一種納米空心球狀納米羥基磷灰石材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于交通、運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷、社會(huì)老齡化的日趨接近以及對(duì)高水平生活質(zhì)量的需求的增強(qiáng)，人們對(duì)醫(yī)療器械以及生物醫(yī)用材料的需求量日益增加，目前在用于人體硬組織修復(fù)替換的醫(yī)用生物材料中，羥基磷灰石由于與人體硬組織的無機(jī)成分基本一致，其生物相容性、界面生物活性均優(yōu)于各類醫(yī)用鈦、硅橡膠及植骨用碳素材料，還有極好的骨傳導(dǎo)性和與骨結(jié)合的能力，加上無毒副作用，無致癌作用，所以被廣泛用作硬組織修復(fù)材料和骨填充材料。近來，為了進(jìn)一步提高術(shù)后成功率，H.Takeyama，N.Mohri，I.Mizuno，Y.Akamo，H.Sawai，T.Manabe，Yotsuyanagi T.，S.Nakamura (″Treatment of peritoneal carcinomatosis using carboplatin-loadedhydroxyapatite particles”，Anticancer Res.，2006，26(6B)，4603-4606)，S.Kano，A.Yamazaki，R.Otsuka，M.Ohgaki，M.Akao，H.Aoki(“Application of hydroxyapatite-sol as drug carrier”，BiomedMaterEng.，1994，4(4)，283-90)，孔樺，孟潔，郭小天，楊子彬，許海燕(“載藥納米羥基磷灰石材料的體外藥物緩釋研究”，Chinese J.Dlal.&Artif.Organs，2005，1612-15)設(shè)計(jì)了載藥的羥基磷灰石，其目的在于降低藥物對(duì)正常細(xì)胞的毒副作用、抑制炎癥的發(fā)生、補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)或者調(diào)控病患部位的細(xì)胞的生物功能從而加速新骨的生長等等。這些方法通常借助藥物的物理吸附作用將藥物附著在羥基磷灰石的表面，然后通過藥物在體液中的擴(kuò)散和羥基磷灰石的降解將藥物釋放出來。這些方法在一定程度上實(shí)現(xiàn)了人們的設(shè)想，但其作用很小，主要原因在于載藥量有限，載體生物降解速率低，藥物釋放速度不能很好的控制等。
為了解決這些問題，J.R.Woodard，A.J.Hilldore，S.K.Lan，C.J.Park，A.W.Morgan，J.A..CEurell，S.G.Clark，M.B.Wheeler，R.D.Jamison，A.J.W.Johnson(“The mechanical properties andosteoconductivity of hydroxyapatite bone scaffolds with multi-scale porosity，BIOMATERIALS，2007，28(1)45-54)提出多孔羥基磷灰石載體，與常規(guī)的羥基磷灰石填充/修復(fù)材料相比較，多孔羥基磷灰石材料的表面積大大增加，從而增加了藥物的吸附量，但是藥物的釋放速度、藥效的持久性以及載體的降解速度等問題仍沒有得到很好的解決。Q.Peng，L.Ming，C.X.Jiang，B.Feng，S.X.Qu，J.Weng(“Preparation and characterization ofhydroxyapatite microspheres with hollow core and mesoporous shell”，Bioceramics and KeyEngin.Mater.，2006，18，309-31165-68)，Q.Wang，W.H.Huang，D.P.Wang，B.W.Darvell，D.E.Day，M.N.Rahaman，″Preparation of hollow hydroxyapatite microspheres”，J.Mater.Sci.-Mater.in Medicine，2006，17(7)641-646)，R.X.Sun，M.S.Li，Y.P.Lu，S.T.Li，“Dissolution behaviorof hollow hydroxyapatite microspheres immersed in deionized water”，Mater.Res.Bulletin，2006，41(6)，1138-1145)提出納米空心球的納米結(jié)構(gòu)，納米空心球作為一種新的納米結(jié)構(gòu)，其一個(gè)明顯的特征就是具有很大的內(nèi)部空間。這種特殊的空心結(jié)構(gòu)還使得這種材料與其塊體材料或粉體材料相比具有比表面積大、密度小等很多特性，使它可作為客體物質(zhì)的載體，從而在醫(yī)學(xué)和制藥學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此外，因其特殊的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的優(yōu)越性能使得納米空心球的應(yīng)用范疇不斷擴(kuò)展到材料科學(xué)、染料工業(yè)等眾多領(lǐng)域，作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、隔熱、隔聲和電絕緣材料、顏料、催化劑載體等。目前，制備納米空心球的方法有很多種，如模板法、吸附技術(shù)、噴霧高溫分解法、水熱法等。用這些方法已成功制備出CdS、ZrO2、TiO2、Si、SnO2等多種無機(jī)材料納米空心球，但對(duì)于生物陶瓷，卻還沒有非常成熟且簡單易行的制備方法。通常都需要以一定的模板為基底，然后高溫處理或堿液浸泡去除模板制得，或者需要借助于復(fù)雜昂貴的設(shè)備，如等離子噴涂等。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明目的之一是提供一種具有比重輕、比表面積較大和較高的生物降解速度納米空心球狀納米羥基磷灰石材料；目的之二是提出一種制備方法簡單，成本低，可控制性強(qiáng)空心球狀納米羥基磷灰石材料的制備方法。
本發(fā)明提供的空心球狀納米羥基磷灰石材料，其特征是球中央為空心結(jié)構(gòu)，球體直徑為130～170納米，壁厚為40～50納米，由羥基磷灰石和無定形磷酸鈣，按羥基磷灰石含量為40％～60％的比率構(gòu)成。
上述球體直徑空心納米球平均直徑為150納米，平均壁厚為45納米。
上述羥基磷灰石含量優(yōu)選為50％。
本發(fā)明空心球狀納米羥基磷灰石材料制備方法，是在一定反應(yīng)溫度和超聲的環(huán)境下，以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為模板劑，將鈣鹽溶液滴加到含有磷酸根和CTAB的溶液中，調(diào)節(jié)溶液pH值至9-10，反應(yīng)得到羥基磷灰石溶膠，經(jīng)過濾、洗滌、低溫真空干燥后空心球狀納米羥基磷灰石材料。其中在超聲條件下CTAB可以形成穩(wěn)定的膠束結(jié)構(gòu)并誘導(dǎo)羥基磷灰石在其界面的原位成核、生長和聚集從而形成空心結(jié)構(gòu)。
步驟如下
a)配制含有磷酸根和十六烷基三甲基溴化銨的混合溶液，其中十六烷基三甲基溴化銨的濃度為0.5×10-3～1.0×10-3mol/L，攪拌均勻，用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至9～10，強(qiáng)超聲環(huán)境下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為30～60℃；b)在上述混合溶液中滴加鈣鹽溶液，滴加總量Ca/P的摩爾比為1.67，同時(shí)滴加氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值，使之維持在9～10之間，得到羥基磷灰石溶膠；c)將溶膠靜置沉淀，用微孔濾膜過濾出沉淀，用去離子水清洗三遍后，將過濾出來的物料放入真空烘箱中30～60℃下烘干，得到空心球狀納米羥基磷灰石納米顆粒。
上述制備步驟中所述調(diào)節(jié)混合溶液的pH值的氨水濃度優(yōu)選為0.1mol/L。
上述制備步驟中所述滴加鈣鹽溶液，滴加速度優(yōu)選為1滴/秒，滴加量為反應(yīng)結(jié)束時(shí)Ca/P摩爾比為1.67。
上述制備步驟中所述強(qiáng)超聲環(huán)境優(yōu)選為超聲輸入功率為40kHz，150W。
上述制備步驟中所述微孔濾膜為優(yōu)選0.22μm的微孔濾膜。
上述制備步驟中所述真空干燥優(yōu)選溫度40℃，干燥12小時(shí)。
上述制備步驟中所述優(yōu)選反應(yīng)溫度為50℃，在超聲環(huán)境下反應(yīng)2分鐘，在非超聲環(huán)境下陳化1小時(shí)本發(fā)明空心球狀納米羥基磷灰石材料，其中羥基磷灰石的平均結(jié)晶度為40％～60％。具有較輕的比重、較大的比表面積和較高的生物降解速度，可成為制備或直接用作高性能藥物控釋載體、骨缺損填充物的重要材料；本發(fā)明原材料便宜易得，制備方法簡單，成本低。


附圖一納米羥基磷灰石空球的透射電鏡和掃描電鏡相片附圖二納米羥基磷灰石空球的粒徑DLS測試曲線附圖三納米羥基磷灰石空球的X射線衍射圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1一種空心球狀納米羥基磷灰石顆粒，其制備過程依次為1.在濃度為1.2×10-3mol/L的50mL磷酸氫二鈉溶液中加入模板劑CTAB，混合溶液中CTAB的濃度為0.9×10-3mol/L，用磁力攪拌器攪拌均勻，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分；2.上述第一步溶液攪拌10分鐘后，用精密堿性試紙測定混合溶液pH值，用0.1mol/L的氨水調(diào)節(jié)溶液pH為9.5；
3.上述第二步溶液攪拌30分鐘后，將它放置在50℃強(qiáng)超聲環(huán)境下超聲5分鐘，超聲輸入功率為40kHz，150W；4.向上述第三步溶液中緩慢滴加濃度為0.05mol/L的氯化鈣溶液2ml，反應(yīng)體系中鈣和磷酸根的莫爾比為1.67。滴加速度為1滴/秒，在滴加氯化鈣溶液的過程中，同時(shí)用濃度為0.1mol/L的氨水隨時(shí)調(diào)節(jié)溶液pH值使之維持在9～10之間，得到羥基磷灰石溶膠；5.完成上述第四步后，溶膠體系繼續(xù)超聲2分鐘后停止超聲，室溫靜置1小時(shí)后，用0.22μm的微孔濾膜濾出沉淀，用去離子水清洗三遍；6.將沉淀置于40℃真空烘箱中干燥12小時(shí)，制得空心的球形羥基磷灰石納米顆粒。
7.用透射電鏡(JEM-200CX，JEOL Japan)和掃描電鏡(SLR10N，F(xiàn)EI Holand)對(duì)納米羥基磷灰石空球的形貌進(jìn)行了分析(見附圖一)，結(jié)果表明納米球的直徑約為150nm左右，壁厚為45nm左右。用動(dòng)態(tài)光散射儀(MasterSizer 2000，Malvern England)分析測定顆粒平均粒徑為150nm(見附圖二)。用X射線衍射儀(D/MAX-RA，Rigaku Japan)分析了納米顆粒的相組成，結(jié)果表明殼中含有羥基磷灰石，其中結(jié)晶態(tài)的羥基磷灰石的含量在50％左右(見附圖三)。
權(quán)利要求
1.一種空心球狀納米羥基磷灰石材料，其特征是所述空心納米球是由羥基磷灰石和無定形磷酸鈣，按羥基磷灰石含量為40％～60％的比率構(gòu)成的，所述空心納米球直徑為130～170納米，壁厚為40～50納米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心球狀納米羥基磷灰石材料，其特征是所述空心納米球平均直徑為150納米，平均壁厚為45納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心球狀納米羥基磷灰石材料，其特征是所述羥基磷灰石含量為50％。
4.權(quán)利要求1所述的空心球狀納米羥基磷灰石材料的制備方法，其特征是包括如下步驟a)配制含有磷酸根和十六烷基三甲基溴化銨的混合溶液，其中十六烷基三甲基溴化銨的濃度為0.5×10-3～1.0×10-3mol/L，攪拌均勻，用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值至9～10，強(qiáng)超聲環(huán)境下反應(yīng)，反應(yīng)溫度為30～60℃；b)在上述混合溶液中滴加鈣鹽溶液，滴加總量Ca/P的摩爾比為1.67，同時(shí)滴加氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值，使之維持在9～10之間，得到羥基磷灰石溶膠；c)將溶膠靜置沉淀，用微孔濾膜過濾出沉淀，用去離子水清洗三遍后，將過濾出來的物料放入真空烘箱中30～60℃下烘干，得到空心球狀納米羥基磷灰石納米顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空心球狀納米羥基磷灰石材料的制備方法，其特征是所述滴加鈣鹽溶液的滴加速度為1滴/秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空心球狀納米羥基磷灰石材料的制備方法，其特征是所述調(diào)節(jié)混合溶液的pH值的氨水濃度為0.1mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空心球狀納米羥基磷灰石材料的制備方法，其特征是所述超聲輸入功率為40kHz，150W。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空心球狀納米羥基磷灰石材料的制備方法，其特征是所述微孔濾膜用0.22μm的微孔濾膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空心球狀納米羥基磷灰石材料的制備方法，其特征是所反應(yīng)溫度為50℃，在超聲環(huán)境下反應(yīng)2分鐘，在非超聲環(huán)境下陳化1小時(shí)。
全文摘要
一種空心球狀納米羥基磷灰石顆粒及其制備方法。該空心納米球狀顆粒的特征是球狀直徑為130～170納米，壁厚約為40～50納米，中央空心，外殼中結(jié)晶態(tài)羥基磷灰石的含量為40％～60％，其余為無定形磷酸鈣。制備方法是在一定反應(yīng)溫度和超聲的環(huán)境下，以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為模板劑，將鈣鹽溶液緩慢滴加到含有磷酸根和CTAB的溶液中，滴加氨水溶液調(diào)節(jié)溶液pH值至9～10，得到乳白色懸浮液，經(jīng)過濾、洗滌、低溫真空干燥后收集。該空心納米球狀顆粒制備工藝簡單，所用原材料便宜易得，適于批量生產(chǎn)，且具有比重輕、比表面積大等優(yōu)勢，在藥物控制釋放載體和帶藥組織工程支架等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)A61L31/02GK101032630SQ20071006782
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者唐睿康, 蔡玉榮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)