單步制備氟化羥基磷灰石的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種生物材料制備領(lǐng)域的技術(shù)，具體涉及一種直接從磷酸氫鈣試料單步合成氟化羥基磷灰石的快速簡單方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氟化羥基磷灰石(FHA)是羥基磷灰石(HA)中0H被F部分取代形成的，化學(xué)式為:Ca1(](P04)6(0H)2 2xF2x，0 < x < 1。取代后的氟化羥基磷灰石晶體結(jié)構(gòu)更加致密，穩(wěn)定性提高。氟化羥基磷灰石的溶解度低，生物相容性好，在體液中可以釋放氟離子，使其具有更好的骨誘導(dǎo)能力和抗菌效果，因此是一種很好的骨替代材料。研究表明氟元素能夠提高HA的物理和生物性能，并且有助于治療骨質(zhì)疏松。氟離子的釋放含量可以由合成氟化羥基磷灰石的氟化量控制，少量的氟離子可以提高成骨細(xì)胞活性。在細(xì)菌污染的環(huán)境中氟離子可以減少齲齒的形成，氟離子可以促進(jìn)磷酸鈣鹽在人體內(nèi)礦化、結(jié)晶，有助于新骨生長。
[0003]氟化羥基磷灰石的制備方法包括兩類，直接合成法和分步替換法。直接合成法是以鈣磷鹽前驅(qū)體化合物和氟化物為原料直接合成氟化羥基磷灰石，最常見的是化學(xué)沉淀法和固相反應(yīng)法。分步替換法是指先合成羥基磷灰石，之后加入氟化物使氟離子取代羥基而形成氟化羥基磷灰石。
[0004]目前，直接合成法在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，尤其是化學(xué)沉淀法，其原理是將不同的鈣鹽和磷酸鹽溶解在水溶液中，通過酸堿反應(yīng)或者水解反應(yīng)得到沉淀物FHA。反應(yīng)過程中需要加入酸或堿調(diào)節(jié)溶液pH至10?12，控制在一定溫度下反應(yīng)數(shù)小時(shí)，隨后經(jīng)過一夜陳化而獲得。
[0005]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，Alessandra Bianco等采用化學(xué)沉淀法制備氟化輕基磷灰石，將pH為10±0.1的磷酸氫二錢和氟化錢的混合溶液滴加到pH為10±0.1的硝酸鈣溶液中，持續(xù)調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH為10±0.1，反應(yīng)溫度為40°C，電磁攪拌，陳化24h得到沉淀。用氨水pH為10的氨水溶液洗滌沉淀數(shù)次，60°C烘干，獲得氟化羥基磷灰石。這種制備方法原理簡單，但需要三種反應(yīng)原料，加熱反應(yīng)溶液，并且必須嚴(yán)格控制并持續(xù)調(diào)節(jié)pH，工藝比較復(fù)雜。
[0006]中國專利文獻(xiàn)CN102924074A，公開日20130213，記載了一種合成氟化羥基磷灰石的方法。通過將硝酸鈣和磷酸氫二銨分別配成0.2mol/L的均勻溶液，并用氨水分別調(diào)節(jié)pH為11，然后混合，再將pH為11的氟化銨溶液滴加入混合液中，反應(yīng)過程中控制pH為11。該技術(shù)雖然原理簡單，但需要三種化合物水溶液，并且必須嚴(yán)格控制pH，工藝相對(duì)復(fù)雜。
[0007]上述技術(shù)涉及的分步法需要先通過化學(xué)沉淀法合成羥基磷灰石，基本反應(yīng)方程:
[0008]10Ca (N03) 2+14NH40H+6 (NH4) 2HP04— Ca 10 (P04) 6 (OH) 2+12H20+20NH4N03
[0009]實(shí)驗(yàn)獲得沉淀產(chǎn)物經(jīng)過充分洗滌后可以去除硝酸鹽，得到比較純凈的磷灰石，再對(duì)磷灰石進(jìn)行氟化處理。
[0010]中國專利文獻(xiàn)CN101928136A，公開日20101229，采用分步替換法，通過將不同重量百分比的氟化鈣和羥基磷灰石在去離子水下，滾球滾動(dòng)混合24h，之后把混合物烘干，將干燥的粉末在700?1100°C條件下燒結(jié)，得到氟化羥基磷灰石。此種方法需要長時(shí)間的機(jī)械混合，氟化鈣極難溶于水，所以很難混合均勻，導(dǎo)致制備產(chǎn)物成分也不均勻，并且使用高溫條件燒結(jié)，提高了氟化羥基磷灰石的制備成本。
[0011]中國專利文獻(xiàn)號(hào)CN101361715，公開日2009.02.11，公開了一種可載藥的羥基磷灰石微球與骨水泥復(fù)合多孔微球制備方法，包括以下過程:納米羥基磷灰石粉末的制備；α 一磷酸三鈣粉末的制備；羥基磷灰石微球的制備；羥基磷灰石微球與骨水泥復(fù)合的多孔微球的制備。但該技術(shù)采用的反應(yīng)合成方法選用了較多的原料，不可避免地帶來一定數(shù)量的副產(chǎn)物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種單步制備氟化羥基磷灰石的方法，反應(yīng)溶液不需要加熱和調(diào)節(jié)溶液pH值，工藝簡單，制備成本低、方便推廣。
[0013]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0014]本發(fā)明通過將二水合磷酸氫鈣和二水合氟化鉀分別配置成均勻混合的溶液或懸浮液，在室溫下將二水合氟化鉀溶液滴入二水合磷酸氫鈣懸浮液中形成混合液，經(jīng)靜置烘干后得到FHA。
[0015]所述的滴入是指:將氟化鉀溶液以0.05mL/s的速率滴加到磷酸氫鈣溶液中。
[0016]所述的均勾混合是指:電磁攪拌超過30min。
[0017]所述的二水合磷酸氫鈣懸浮液是指:摩爾濃度為0.lmol/L 二水合磷酸氫鈣水溶液，經(jīng)攪拌形成均勻的懸浮液。
[0018]所述的二水合氟化鉀溶液是指:摩爾濃度為0.0333?0.0667molL 二水合氟化鉀水溶液，經(jīng)攪拌形成均勻溶液。
[0019]所述的混合液中，二水合磷酸氫鈣與二水合氟化鉀摩爾比小于5:1。
[0020]反應(yīng)過程中反應(yīng)容器密閉并與空氣隔離，以防0)2參與反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)物置于80°C環(huán)境下烘干2?3h。
技術(shù)效果
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將合成磷灰石和氟化過程合二為一，且不需要調(diào)節(jié)pH值，在室溫條件下單步反應(yīng)合成得到氟化羥基磷灰石。本發(fā)明的工藝流程簡單，原料來源方便、價(jià)格低廉，反應(yīng)不需要復(fù)雜設(shè)備，氟化羥基磷灰石制備成本得以大幅降低。
【附圖說明】
[0022]圖1為二水合磷酸氫鈣的XRD衍射圖，以及室溫下二水合磷酸氫鈣水解產(chǎn)物的XRD衍射圖。對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)卡片分析可知，原料磷酸氫鈣衍射譜圖對(duì)應(yīng)于卡片H)F-#72-0713 ;直接水解后，出現(xiàn)兩種磷酸氫鈣產(chǎn)物，分別對(duì)應(yīng)卡片roF-#72-0713和roF-#ll-0293，沒有其他生成物。
[0023]圖2為二水合磷酸氫鈣與氟化鉀的摩爾比分別為1:1，5:1，6:1條件下反應(yīng)，得到產(chǎn)物的XRD衍射圖。1:1和5:1條件下，得到的產(chǎn)物是氟化羥基磷灰石roF-#15-0876。6:1條件下得到的產(chǎn)物中除氟化羥基磷灰石外，有少量磷酸氫鈣1-0293。
[0024]圖3為二水合磷酸氫鈣與氟化鉀物質(zhì)的量比例分別為:a.1: 1，b.5:1，c.6:1條件下反應(yīng)，得到產(chǎn)物的FTIR譜圖(與圖2的三種產(chǎn)物相對(duì)應(yīng))?？梢钥吹饺N產(chǎn)物在3544cm \3550cm \ 3551cm 1出現(xiàn)0H…F氫鍵的特征峰，表明產(chǎn)物中包含氟化羥基磷灰石。
【具體實(shí)施方式】
實(shí)施例1
[0025]本實(shí)施例包括以下步驟:將0.02mol 二水合磷酸氫鈣溶于200mL超純水，電磁攪拌30min，形成均勾的懸池液。0.02mol 二水合氟化鉀溶于120mL超純水，玻璃棒攪拌形成均勾溶液。氟化鉀溶液以0.05mL/s的速率滴加到磷酸氫鈣溶液中，持續(xù)電磁攪拌，將反應(yīng)容器上口覆蓋、封閉，室溫下反應(yīng)4h，靜置12h。將沉淀物洗滌、80°C烘干3h，得到氟化羥基磷灰石Ο
實(shí)施例2
[0026]本實(shí)施例包括以下步驟:將0.02mol 二水合磷酸氫鈣溶于200mL超純水，電磁攪拌30min,形成均勾的懸池液。0.004mol 二水合氟化鉀溶于120mL超純水，玻璃棒攪拌形成均勻溶液。氟化鉀溶液以0.05mL/s的速率滴加到磷酸氫鈣溶液中，持續(xù)電磁攪拌混合溶液，將反應(yīng)容器上口覆蓋、封閉，室溫下反應(yīng)4h，靜置12h。將沉淀物洗滌、80°C烘干，得到氟化羥基磷灰石。
實(shí)施例3
[0027]將0.02mol 二水合磷酸氫|丐溶于200mL超純水，電磁攪拌30min，形成均勾的懸池液。0.0033mol 二水合氟化鉀溶于120mL超純水，玻璃棒攪拌形成均勻溶液。氟化鉀溶液以0.05mL/s的速率滴加到磷酸氫鈣溶液中，持續(xù)電磁攪拌混合溶液，將反應(yīng)容器上口覆蓋、封閉，室溫下反應(yīng)4h，靜置12h。將沉淀物洗滌、80°C烘干，得到氟化羥基磷灰石，以及少量的磷酸氫鈣。
[0028]上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單步制備氟化羥基磷灰石的方法，其特征在于，通過將二水合磷酸氫鈣和二水合氟化鉀分別配置成均勻混合的溶液或懸浮液，在室溫下將二水合氟化鉀溶液滴入二水合磷酸氫鈣懸浮液中形成混合液，經(jīng)靜置烘干后得到FHA。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單步制備氟化羥基磷灰石的方法，其特征是，所述的滴入是指:將氟化鉀溶液以0.05mL/s的速率滴加到磷酸氫鈣溶液中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單步制備氟化羥基磷灰石的方法，其特征是，所述的均勻混合是指:電磁攪拌超過30min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單步制備氟化羥基磷灰石的方法，其特征是，所述的二水合磷酸氫鈣懸浮液是指:摩爾濃度為0.lmol/L 二水合磷酸氫鈣水溶液，經(jīng)攪拌形成均勻的懸浮液。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單步制備氟化羥基磷灰石的方法，其特征是，所述的二水合氟化鉀溶液是指:摩爾濃度為0.0333?0.0667molL 二水合氟化鉀水溶液，經(jīng)攪拌形成均勻溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單步制備氟化羥基磷灰石的方法，其特征是，所述的混合液中，二水合磷酸氫鈣與二水合氟化鉀摩爾比小于5:1。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單步制備氟化羥基磷灰石的方法，其特征是，所述的磷酸氫I丐懸池液，通過將0.02mol 二水合磷酸氫|丐溶于200mL超純水，電磁攪拌30?40min制成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單步制備氟化羥基磷灰石的方法，其特征是，所述的氟化鉀溶液，通過將0.004?0.02mol 二水合氟化鉀溶于120mL超純水，玻璃棒攪拌均勻制成。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單步制備氟化羥基磷灰石的方法，其特征是，反應(yīng)過程中反應(yīng)容器密閉并與空氣隔離，以防C02參與反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)物置于80°C環(huán)境下烘干2?3h。
【專利摘要】一種生物材料領(lǐng)域的單步制備氟化羥基磷灰石的方法，通過將二水合磷酸氫鈣和二水合氟化鉀分別配置成均勻混合的溶液或懸浮液，在室溫下將二水合氟化鉀溶液滴入二水合磷酸氫鈣懸浮液中形成混合液，經(jīng)靜置烘干后得到FHA。本發(fā)明將合成磷灰石和氟化過程合二為一，且不需要調(diào)節(jié)pH值，在室溫條件下單步反應(yīng)合成得到氟化羥基磷灰石。本發(fā)明的工藝流程簡單，原料來源方便、價(jià)格低廉，反應(yīng)不需要復(fù)雜設(shè)備，氟化羥基磷灰石制備成本得以大幅降低。
【IPC分類】C01B25/455
【公開號(hào)】CN105271161
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510718886
【發(fā)明人】饒群力, 郭曉亮
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年10月29日