碳酸根羥基磷灰石及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳酸根羥基磷灰石及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輕基磷灰石(Hydroxyapatite，以下簡稱HAP)約占骨質(zhì)成分的72%，在齒骨中所占比例高達95%，是人和動物骨骼、牙齒的主要礦物成分，具有良好的生物相容性和生物活性，廣泛用作骨組織修復(fù)與替代及藥物載體材料。與傳統(tǒng)的羥基磷灰石相比，碳酸根羥基磷灰石與人體自然骨骼成分更加接近，具有更好的細胞活性。
[0003]通常合成碳酸根羥基磷灰石的方法一般有化學沉淀法、水熱合成法等。然而，化學沉淀法合成的碳酸根羥基磷灰石的顆粒粒徑不均勻，團聚嚴重，為了維持電荷的平衡，會發(fā)生鈉離子的共沉淀。而水熱合成法具有較高的轉(zhuǎn)化率，且顆粒粒徑均勻，方法簡單，但是由于使用該方法制備碳酸根羥基磷灰石能耗大，反應(yīng)環(huán)境不安全，且現(xiàn)有的鈣試劑價格較貴，增加了碳酸根羥基磷灰石的制備成本，同時，其使用的鈣試劑數(shù)量有限而無法滿足碳酸根羥基磷灰石的臨床需要，因此，急需尋找一種成本較低、能耗較小且反應(yīng)環(huán)境較為安全的碳酸根羥基磷灰石的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于此，有必要提供一種成本較低、能耗較小且反應(yīng)環(huán)境較為安全的碳酸根羥基磷灰石的制備方法。
[0005]此外，還要提供一種由碳酸根羥基磷灰石的制備方法制備得到的碳酸根羥基磷灰石O
[0006]一種碳酸根羥基磷灰石的制備方法，包括如下步驟:
[0007]將貝殼于200?500 0C保溫煅燒240?600分鐘，得到貝殼粉；
[0008]按照鈣元素和磷元素的摩爾比為5: 3，將所述貝殼粉加入到磷酸鹽水溶液中，得到懸濁液；及
[0009]調(diào)節(jié)所述懸濁液的pH值至8?12，并超聲處理4?18小時，得到碳酸根羥基磷灰石O
[0010]在其中一個實施例中，所述超聲處理的步驟是在空氣的氣氛中進行的。
[0011 ] 在其中一個實施例中，所述磷酸鹽水溶液選自磷酸氫二銨水溶液、磷酸二氫銨水溶液、磷酸二氫鈉水溶液、磷酸氫二鈉水溶液、磷酸二氫鉀水溶液及磷酸氫二鉀水溶液中的至少一種。
[0012]在其中一個實施例中，所述磷酸鹽水溶液中的磷酸根的摩爾濃度為0.05?2mol/L0
[0013]在其中一個實施例中，在調(diào)節(jié)所述懸濁液的pH值至8?12的步驟中使用氨水調(diào)
-K-■P。
[0014]在其中一個實施例中，在將所述懸浮液超聲處理的步驟之后，還包括將超聲處理后得到的反應(yīng)液過濾，將得到的濾渣使用去離子水清洗，然后于60?80°C干燥6?24小時的步驟。
[0015]在其中一個實施例中，所述超聲處理時的頻率為45Hz或80Hz。
[0016]一種由上述碳酸根羥基磷灰石的制備方法制備得到的碳酸根羥基磷灰石。
[0017]上述碳酸根羥基磷灰石的制備方法的步驟簡單，且與水熱合成法相比，上述制備方法的反應(yīng)過程無需在高溫高壓下進行，僅僅通過超聲處理即可合成，反應(yīng)環(huán)境較為安全且能耗較低，節(jié)約了生產(chǎn)成本；且通過使用天然貝殼作為鈣源，不僅解決了現(xiàn)有的鈣鹽試劑有限而無法滿足碳酸根羥基磷灰石的臨床需要問題，還降低了碳酸根羥基磷灰石的制備成本。
【附圖說明】
[0018]圖1為一實施方式的碳酸根羥基磷灰石的制備方法的流程圖；
[0019]圖2為實施例1的牡蠣殼煅燒后得到的牡蠣殼粉的X射線衍射圖譜；
[0020]圖3為實施例1的牡蠣殼粉的熱重分析圖譜；
[0021]圖4為實施例1的碳酸根羥基磷灰石的掃描電鏡圖；
[0022]圖5為實施例1的碳酸根羥基磷灰石和對比例I的羥基磷灰石的傅里葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜圖。
【具體實施方式】
[0023]下面主要結(jié)合附圖及具體實施例對碳酸根羥基磷灰石及其制備方法作進一步詳細的說明。
[0024]如圖1所示，一實施方式的碳酸根羥基磷灰石的制備方法，包括如下步驟:
[0025]步驟SllO:將貝殼于200?500°C保溫煅燒240?600分鐘，得到貝殼粉。
[0026]其中，貝殼中的主要成分為碳酸鈣，因此，可將貝殼作為鈣源。貝殼可以為淡水貝類的殼或者是海洋貝類的殼。具體的，貝殼為海洋貝殼。在本實施例中，貝殼為廢棄的海洋貝殼。使用廢棄的海洋貝殼不僅能夠解決環(huán)境問題，還能夠降低制備成本。
[0027]其中，廢棄的海洋貝殼可以為牡蠣殼、蛤蠣殼、鮑魚殼、扇貝殼或貽貝殼等。
[0028]其中，將貝殼于200?500°C保溫煅燒240?600分鐘會使貝殼中的有機物揮發(fā)，有機物揮發(fā)之后，就得到了貝殼粉，且該貝殼粉幾乎全部為碳酸鈣。
[0029]步驟S120:按照鈣元素和磷元素的摩爾比為5:3，將貝殼粉加入到磷酸鹽水溶液中，得到懸濁液。
[0030]步驟S120中，貝殼粉的加入量按照貝殼粉全部為碳酸鈣進行計算，也即是加入的貝殼粉的質(zhì)量為所需鈣元素的摩爾量與碳酸鈣的相對分子質(zhì)量的乘積。
[0031]其中，磷酸鹽水溶液選自磷酸氫二胺水溶液、磷酸二氫銨水溶液、磷酸二氫鈉水溶液、磷酸氫二鈉水溶液、磷酸二氫鉀水溶液及磷酸氫二鉀水溶液中的至少一種。
[0032]其中，磷酸鹽水溶液中磷酸根的摩爾濃度為0.05?2mol/L。
[0033]步驟S130:調(diào)節(jié)懸濁液的pH值至8?12，并超聲處理4?18小時，得到碳酸根羥基磷灰石。
[0034]其中，步驟S130中，超聲處理的步驟中，懸濁液承裝在燒杯中于超聲波中超聲處理。
[0035]其中，超聲處理步驟是在空氣的條件下進行的。
[0036]其中，步驟S130中，在調(diào)節(jié)懸濁液的pH值至8?12的步驟中使用氨水調(diào)節(jié)。且氨水的質(zhì)量百分濃度為20?30%。
[0037]具體的，在將懸浮液超聲處理的步驟之后，還包括將超聲處理后得到的反應(yīng)液過濾，將得到的濾澄使用去離子水清洗，然后于60?80°C干燥6?24小時的步驟。
[0038]其中，超聲處理時的頻率為45Hz或80Hz。
[0039]上述碳酸根羥基磷灰石的制備方法的步驟簡單，且與水熱合成法相比，上述制備方法的反應(yīng)過程無需在高溫高壓下進行，僅僅通過超聲處理合成，反應(yīng)環(huán)境較為安全且能耗較低，節(jié)約了生產(chǎn)成本；且通過使用天然貝殼作為鈣源，不僅解決了現(xiàn)有的鈣鹽試劑有限而無法滿足碳酸根羥基磷灰石的臨床需要問題，還降低了碳酸根羥基磷灰石的制備成本。
[0040]此外，此方法制備的碳酸根羥基磷灰石呈片狀，不僅可以作為骨修復(fù)材料，還可以作為藥物載體。
[0041]且上述碳酸根羥基磷灰石的制備方法與水熱合成法制備碳酸根羥基磷灰石相比，有如下優(yōu)點:
[0042](I)水熱合成法需要將反應(yīng)物放入水熱合成反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放置在100?200°C的環(huán)境下反應(yīng)，在這種溫度下反應(yīng)釜的內(nèi)部會產(chǎn)生高溫高壓，有爆炸的風險，而上述碳酸根羥基磷灰石的制備方法只需將反應(yīng)物放置在燒杯等容器中，然后在超聲波中進行超聲反應(yīng)，十分的安全。
[0043](2)水熱合成法使用的反應(yīng)釜的容積有限，每次反應(yīng)量較小，使得每次合成產(chǎn)物的量少，而超聲反應(yīng)能夠大大增加一次的反應(yīng)量，提高生產(chǎn)效率。
[0044](3)水熱合成法的反應(yīng)場所為水熱合成反應(yīng)釜，價格昂貴(反應(yīng)釜的外殼一般為不銹鋼，內(nèi)膽材料為聚四氟乙烯)，而上述碳酸根羥基磷灰石的制備方法的反應(yīng)場所僅僅為燒杯等玻璃容器即可，價格低廉，顯然，相對于水熱合成法，上述碳酸根羥基磷灰石的制備方法制備成本更低。
[0045](4)水熱合成法需將反應(yīng)物放入聚四氟乙烯內(nèi)膽，將聚四氟乙烯內(nèi)膽蓋子擰緊后放入不銹鋼反應(yīng)釜中，然后將反應(yīng)釜擰緊后放入烘箱進行水熱反應(yīng)，且反應(yīng)結(jié)束后，需等待一定的時間以待反應(yīng)釜冷卻至內(nèi)外壓平衡，方可打開反應(yīng)釜，此種方法操作繁瑣，耗時較長，而超聲反應(yīng)只需將反應(yīng)物放入燒杯等玻璃容器中直接超聲即可，反應(yīng)完畢后，直接清洗反應(yīng)物，即可得到產(chǎn)物，操作方法簡單，且耗時較短。
[0046](5)水熱合成法在反應(yīng)時主要靠形成的高溫高壓的密閉環(huán)境，高溫高壓促進反應(yīng)的進行，但反應(yīng)時原料靜止在反應(yīng)釜的底部，故當反應(yīng)物料較多時，表面的反應(yīng)物優(yōu)先反應(yīng)，而中間和底部的反應(yīng)物有可能因反應(yīng)時間不充分或者反應(yīng)物料過多等原因，無法參與反應(yīng)，因此，在水熱反應(yīng)前需將貝殼粉進一步球磨，且反應(yīng)物也不能太多，否則難以完全反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較低；而超聲反應(yīng)的原理為超聲震蕩，反應(yīng)物在超聲波頻率下振動，反應(yīng)物之間接觸充分，中間和下層的反應(yīng)物可以同時參與反應(yīng)，故相同時間內(nèi)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率尚O
[0047](6)水熱合成法的反應(yīng)過程是在密閉的反應(yīng)釜中進行的，羥基磷灰石(HAP)中的碳酸根僅僅來自于碳酸鈣，而上述制備方法的超聲反應(yīng)是在有空氣的氣氛中進行的，空氣中的0)2和貝殼原料中的CO廣進入了羥基磷灰石，部分取代了 PO43IP OH _，得到的產(chǎn)物是碳酸根羥基磷灰石(CHAP)，含有更多的碳酸根離子，在化學成分上與人體骨中的礦物成分更為接近。
[0048](7)水熱合成法制備的羥基磷灰石為針狀結(jié)構(gòu)，適用于骨修復(fù)材料，超聲反應(yīng)制備的碳酸根羥基磷灰石呈片狀，不僅可以作為骨修復(fù)材料，還可以作為藥物載體，具有更廣泛的用途。
[0049]一種由上述碳酸根羥基磷灰石的制備方法制備得到的碳酸根羥基磷灰石。該碳酸根羥基磷灰石含有更多的碳酸根與人體自然骨骼成分相接近。且該碳酸根羥基磷灰石呈片狀，可以作為藥物載體。
[0050]以下為具體實施例部分:
[0051]實施例1
[0052]本實施例的碳酸根羥基磷灰石的制備步驟如下:
[0053](I)將廢棄的牡蠣殼置于馬弗爐中于250°C保溫煅燒600分鐘，牡蠣殼中的有機物完全揮發(fā)，得到牡蠣殼粉。
[0054](2)將磷酸氫二胺溶解于去離子水中，得到磷酸根的摩爾濃度為0.05mol/L的磷酸氫二銨水溶液，按照鈣元素和磷元素的摩爾比為5: 3，將牡蠣殼粉加入到承裝有磷酸氫二胺水溶液的玻璃燒杯中，得到懸濁液。
[0055](3)使用質(zhì)量百分濃度為20%的氨水調(diào)節(jié)懸濁液的pH值至10后，于頻率為80Hz的超聲波中超聲處理18小時，將超聲處理后的反應(yīng)液過濾，將得到的濾渣使用去離子水清洗，然后于70°C干燥24小時，得到片狀的碳酸根羥基磷灰石，純度100%，產(chǎn)率為100%。
[0056]圖2為本實施例的牡蠣殼煅燒后得到的牡蠣殼粉的X射線衍射圖譜，從圖2中可以看出經(jīng)煅燒后得到的牡蠣殼粉的物相成分為碳酸鈣。
[0057]圖3為本實施例的牡蠣殼粉的熱重分析圖譜，從圖3中可以看出經(jīng)煅燒后的牡蠣殼粉在升溫到500°C時質(zhì)量沒有損失。從圖2和圖3中可以看出經(jīng)煅燒后牡蠣殼中的有機成分已揮發(fā)，煅