生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法
专利名称：生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用作生物骨替代材料的制备方法，特别是生物活性和生物降解速率可调节的无定形磷酸钙的制备方法。
背景技术：
磷酸钙材料因其具有与骨骼中无机相相似的化学组成，而被广泛地用作骨骼替代材料。无定形磷酸钙由于其具有比晶态磷酸钙更加优良的生物活性和生物降解性能，而广泛地应用于生物涂层、骨水泥等生物医学领域，愈来愈受到研究者的重视。无定形磷酸钙是在水溶液中制备羟基磷灰石时存在的一种中间产物，很容易转变成晶态磷酸钙。一直以来，研究者试图找到一种方法在水溶液中较容易地获得无定形磷酸钙。比较常见的方法是在制备磷酸钙的水溶液中添加稳定剂。Antonucci等人(Polymeric amorphous calcium phosphate compositions.Antonucci，etal.US5508342)在制备磷酸钙的水溶液中加入焦磷酸钙和氯化镁等物质作为稳定剂来获得无定形磷酸钙。但是这种方法获得的磷酸钙不仅含有焦磷酸根和镁离子等杂质，而且还是反应惰性的(Synthesis of reactive amorphouscalcium phosphates，Lee，et a1.US5683461)。因此获得无杂质的无定形磷酸钙只能利用晶态磷酸钙高温熔融-急速冷却等物理方法获得，这种方法获得的无定形磷酸钙Ca/P比不可调节，而且工艺复杂、价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物医用无定形纳米磷酸钙粉末的制备方法。该方法制备工艺条件简单，所制备的无定形磷酸钙无杂质离子，具有良好的生物活性和生物降解性。
本发明提供的制备生物医用无定形纳米磷酸钙粉末的方法，包括以下步骤1)将含磷化合物溶于水中，配制成浓度为0.1M～5M的A溶液，置于0～20℃下；2)将含钙化合物溶于水中，配制成浓度为0.1M～5M的B溶液，置于0～20℃下；3)将适量的聚合物溶于B溶液中形成C溶液，置于0～20℃下，其中聚合物的添加量为，聚合物与钙离子的摩尔比为1∶10～10∶1，聚合物以结构单元的摩尔数计算；
4)按Ca/P摩尔比为1.00～2.00，将A溶液滴加入C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℃～20℃，反应时间为5min～48h，分离、洗涤、干燥，获得无定形磷酸钙。
本发明中，所述的含磷化合物可以是磷酸氢铵或磷酸钠或磷酸或磷酸钾。含钙化合物可以为硝酸钙或氯化钙或氢氧化钙。聚合物为具有能与金属阳离子产生络合作用的官能团，最好选自聚乙二醇(PEG)或聚乙烯醇(PVA)或聚丙烯酸(PAA)或聚(丙烯酸-丙烯酸羟丙酯)。用于调节pH值的碱性溶液可采用氨水或是氢氧化钠或是氢氧化钾溶液，滴加碱性溶液的速率一般为1～20ml/min。
如果需要高反应活性的无定形磷酸钙，可将上述制得的无定形磷酸钙以5℃/min～50℃/min的升温速率在300℃～500℃下热处理10min～5h。
本发明通过调节反应物Ca/P摩尔比和反应时间可以调节无定形磷酸钙的生物活性和生物降解性。
本发明制备过程中，采用抽滤或离心分离等方法进行分离，干燥可采用真空干燥或冷冻干燥或喷雾干燥。无定形磷酸钙的颗粒大小通过改变制备工艺条件可以在10nm～1000nm之间调节。
本发明具有以下优点1)本发明制备的无定形磷酸钙不含其它无机物杂质；2)本发明制备的无定形磷酸钙表面存在聚合物，不需要额外表面改性即可用作复合材料的填充剂。
3)本发明制备的无定形磷酸钙可以通过调节Ca/P摩尔比来调节其生物活性和生物降解性。
4)本发明制备的无定形磷酸钙经过热处理后仍保持无定形，不含有任何杂质，而且反应活性高；颗粒分布均匀，不团聚，容易分散。
5)本发明制备的无定形磷酸钙的颗粒尺寸可以在10nm～1000nm之间调节。
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。
具体实施例方式
实施例1把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.173M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.130M的B溶液，在B溶液中加入适量的PEG(PEG∶CaCl2＝3∶1，摩尔比，聚合物以结构单元的摩尔数计算，下同)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氨水调节保持在10，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48小时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例2把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.173M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.130M的B溶液，在B溶液中加入适量的PVA(PVA∶CaCl2＝3∶1，摩尔比，聚合物以结构单元的摩尔数计算，下同)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氨水调节保持在10，在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为1.50。沉淀物经离心分离、洗涤，喷雾干燥时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例3把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.162M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.130M的B溶液，在B溶液中加入适量的PAA(PAA∶CaCl2＝3∶1，摩尔比，聚合物以结构单元的摩尔数计算，下同)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氨水调节保持在10，在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为1.60。沉淀物经抽滤、洗涤，冷冻干燥48小时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例4把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.15M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.15M的B溶液，在B溶液中加入适量的PEG(PEG∶CaCl2＝5∶1，摩尔比，聚合物以结构单元的摩尔数计算，下同)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氨水调节保持在10，在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为2.00。沉淀物经抽滤、洗涤，冷冻干燥48小时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例5把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.173M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.130M的B溶液，在B溶液中加入适量的PVA(PVA∶CaCl2＝10∶1)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氨水调节保持在10，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48小时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例6把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.173M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.13M的B溶液，在B溶液中加入适量的PAA(PAA∶CaCl2＝5∶1，摩尔比，聚合物以结构单元的摩尔数计算，下同)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氢氧化钠溶液调节保持在10，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48小时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例7将上述实施例中所得的无定形磷酸钙置于马弗炉内在通氧气的条件下以10℃/min的升温速率升到500℃下热处理30分钟后取出冷却。获得无任何杂质和高反应活性的无定形磷酸钙。
权利要求
1.生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)将含磷化合物溶于水中，配制成浓度为0.1M～5M的A溶液，置于0～20℃下；2)将含钙化合物溶于水中，配制成浓度为0.1M～5M的B溶液，置于0～20℃下；3)将适量的聚合物溶于B溶液中形成C溶液，置于0～20℃下，其中聚合物的添加量为聚合物与钙离子的摩尔比为1∶10～10∶1，聚合物以结构单元的摩尔数计算；4)按Ca/P摩尔比为1.00～2.00，将A溶液滴加入C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℃～20℃，反应时间为5min～48h，分离、洗涤、干燥，获得无定形磷酸钙。
2.按权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于所述的含磷化合物是磷酸氢铵或磷酸钠或磷酸或磷酸钾。
3.按权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于所述的含钙化合物为硝酸钙或氯化钙或氢氧化钙。
4.按照权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于所述的聚合物具有能与金属阳离子产生络合作用的官能团，选自聚乙二醇或聚乙烯醇或聚丙烯酸或聚(丙烯酸-丙烯酸羟丙酯)。
5.按照权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于步骤4)用于调节pH值的碱性溶液为氨水或是氢氧化钠或是氢氧化钾溶液。
6.按照权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于将制得的无定形磷酸钙以5℃/min～50℃/min的升温速率在300℃～500℃下热处理10min～5h。
7.按照权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于所说的分离为抽滤或离心分离，干燥采用真空干燥或冷冻干燥或喷雾干燥。
全文摘要
本发明公开了一种生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，该方法以含磷化合物和含钙化合物为原料，以聚合物为稳定剂，在水溶液中0～20℃温度下发生反应，生成无定形磷酸钙。本发明解决了在水溶液中很难制备无定形磷酸钙的难题，获得了反应活性高、Ca/P比可调节、表面改性的、生物降解速率可调节的无定形纳米磷酸钙粉末。所制备的无定形磷酸钙可以广泛地用于生物医学用材料领域。
文档编号A61L27/12GK1488574SQ0314200
公开日2004年4月14日 申请日期2003年7月28日 优先权日2003年7月28日
发明者翁文剑, 李延报, 韩高荣, 杜丕一, 程逵, 沈鸽, 赵高凌, 张溪文 申请人:浙江大学
技术领域：
本发明涉及一种用作生物骨替代材料的制备方法，特别是生物活性和生物降解速率可调节的无定形磷酸钙的制备方法。
背景技术：
磷酸钙材料因其具有与骨骼中无机相相似的化学组成，而被广泛地用作骨骼替代材料。无定形磷酸钙由于其具有比晶态磷酸钙更加优良的生物活性和生物降解性能，而广泛地应用于生物涂层、骨水泥等生物医学领域，愈来愈受到研究者的重视。无定形磷酸钙是在水溶液中制备羟基磷灰石时存在的一种中间产物，很容易转变成晶态磷酸钙。一直以来，研究者试图找到一种方法在水溶液中较容易地获得无定形磷酸钙。比较常见的方法是在制备磷酸钙的水溶液中添加稳定剂。Antonucci等人(Polymeric amorphous calcium phosphate compositions.Antonucci，etal.US5508342)在制备磷酸钙的水溶液中加入焦磷酸钙和氯化镁等物质作为稳定剂来获得无定形磷酸钙。但是这种方法获得的磷酸钙不仅含有焦磷酸根和镁离子等杂质，而且还是反应惰性的(Synthesis of reactive amorphouscalcium phosphates，Lee，et a1.US5683461)。因此获得无杂质的无定形磷酸钙只能利用晶态磷酸钙高温熔融-急速冷却等物理方法获得，这种方法获得的无定形磷酸钙Ca/P比不可调节，而且工艺复杂、价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物医用无定形纳米磷酸钙粉末的制备方法。该方法制备工艺条件简单，所制备的无定形磷酸钙无杂质离子，具有良好的生物活性和生物降解性。
本发明提供的制备生物医用无定形纳米磷酸钙粉末的方法，包括以下步骤1)将含磷化合物溶于水中，配制成浓度为0.1M～5M的A溶液，置于0～20℃下；2)将含钙化合物溶于水中，配制成浓度为0.1M～5M的B溶液，置于0～20℃下；3)将适量的聚合物溶于B溶液中形成C溶液，置于0～20℃下，其中聚合物的添加量为，聚合物与钙离子的摩尔比为1∶10～10∶1，聚合物以结构单元的摩尔数计算；
4)按Ca/P摩尔比为1.00～2.00，将A溶液滴加入C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℃～20℃，反应时间为5min～48h，分离、洗涤、干燥，获得无定形磷酸钙。
本发明中，所述的含磷化合物可以是磷酸氢铵或磷酸钠或磷酸或磷酸钾。含钙化合物可以为硝酸钙或氯化钙或氢氧化钙。聚合物为具有能与金属阳离子产生络合作用的官能团，最好选自聚乙二醇(PEG)或聚乙烯醇(PVA)或聚丙烯酸(PAA)或聚(丙烯酸-丙烯酸羟丙酯)。用于调节pH值的碱性溶液可采用氨水或是氢氧化钠或是氢氧化钾溶液，滴加碱性溶液的速率一般为1～20ml/min。
如果需要高反应活性的无定形磷酸钙，可将上述制得的无定形磷酸钙以5℃/min～50℃/min的升温速率在300℃～500℃下热处理10min～5h。
本发明通过调节反应物Ca/P摩尔比和反应时间可以调节无定形磷酸钙的生物活性和生物降解性。
本发明制备过程中，采用抽滤或离心分离等方法进行分离，干燥可采用真空干燥或冷冻干燥或喷雾干燥。无定形磷酸钙的颗粒大小通过改变制备工艺条件可以在10nm～1000nm之间调节。
本发明具有以下优点1)本发明制备的无定形磷酸钙不含其它无机物杂质；2)本发明制备的无定形磷酸钙表面存在聚合物，不需要额外表面改性即可用作复合材料的填充剂。
3)本发明制备的无定形磷酸钙可以通过调节Ca/P摩尔比来调节其生物活性和生物降解性。
4)本发明制备的无定形磷酸钙经过热处理后仍保持无定形，不含有任何杂质，而且反应活性高；颗粒分布均匀，不团聚，容易分散。
5)本发明制备的无定形磷酸钙的颗粒尺寸可以在10nm～1000nm之间调节。
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。
具体实施例方式
实施例1把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.173M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.130M的B溶液，在B溶液中加入适量的PEG(PEG∶CaCl2＝3∶1，摩尔比，聚合物以结构单元的摩尔数计算，下同)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氨水调节保持在10，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48小时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例2把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.173M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.130M的B溶液，在B溶液中加入适量的PVA(PVA∶CaCl2＝3∶1，摩尔比，聚合物以结构单元的摩尔数计算，下同)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氨水调节保持在10，在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为1.50。沉淀物经离心分离、洗涤，喷雾干燥时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例3把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.162M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.130M的B溶液，在B溶液中加入适量的PAA(PAA∶CaCl2＝3∶1，摩尔比，聚合物以结构单元的摩尔数计算，下同)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氨水调节保持在10，在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为1.60。沉淀物经抽滤、洗涤，冷冻干燥48小时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例4把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.15M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.15M的B溶液，在B溶液中加入适量的PEG(PEG∶CaCl2＝5∶1，摩尔比，聚合物以结构单元的摩尔数计算，下同)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氨水调节保持在10，在磁力搅拌下反应30min，Ca/P比为2.00。沉淀物经抽滤、洗涤，冷冻干燥48小时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例5把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.173M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.130M的B溶液，在B溶液中加入适量的PVA(PVA∶CaCl2＝10∶1)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氨水调节保持在10，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48小时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例6把Na3PO4·12H2O溶于100ml的蒸馏水中搅拌溶解后形成磷浓度为0.173M的A溶液；将CaCl2溶于200ml的蒸馏水中形成钙浓度为0.13M的B溶液，在B溶液中加入适量的PAA(PAA∶CaCl2＝5∶1，摩尔比，聚合物以结构单元的摩尔数计算，下同)溶解后形成C溶液，将A和C溶液放在5℃下冷藏。待温度稳定后在5℃下，将A溶液以2ml/min的速率滴加到C溶液中，pH用氢氧化钠溶液调节保持在10，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48小时，得无定形磷酸钙，取出放入干燥器储存。
实施例7将上述实施例中所得的无定形磷酸钙置于马弗炉内在通氧气的条件下以10℃/min的升温速率升到500℃下热处理30分钟后取出冷却。获得无任何杂质和高反应活性的无定形磷酸钙。
权利要求
1.生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)将含磷化合物溶于水中，配制成浓度为0.1M～5M的A溶液，置于0～20℃下；2)将含钙化合物溶于水中，配制成浓度为0.1M～5M的B溶液，置于0～20℃下；3)将适量的聚合物溶于B溶液中形成C溶液，置于0～20℃下，其中聚合物的添加量为聚合物与钙离子的摩尔比为1∶10～10∶1，聚合物以结构单元的摩尔数计算；4)按Ca/P摩尔比为1.00～2.00，将A溶液滴加入C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℃～20℃，反应时间为5min～48h，分离、洗涤、干燥，获得无定形磷酸钙。
2.按权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于所述的含磷化合物是磷酸氢铵或磷酸钠或磷酸或磷酸钾。
3.按权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于所述的含钙化合物为硝酸钙或氯化钙或氢氧化钙。
4.按照权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于所述的聚合物具有能与金属阳离子产生络合作用的官能团，选自聚乙二醇或聚乙烯醇或聚丙烯酸或聚(丙烯酸-丙烯酸羟丙酯)。
5.按照权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于步骤4)用于调节pH值的碱性溶液为氨水或是氢氧化钠或是氢氧化钾溶液。
6.按照权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于将制得的无定形磷酸钙以5℃/min～50℃/min的升温速率在300℃～500℃下热处理10min～5h。
7.按照权利要求1所述的生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其特征在于所说的分离为抽滤或离心分离，干燥采用真空干燥或冷冻干燥或喷雾干燥。
全文摘要
本发明公开了一种生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，该方法以含磷化合物和含钙化合物为原料，以聚合物为稳定剂，在水溶液中0～20℃温度下发生反应，生成无定形磷酸钙。本发明解决了在水溶液中很难制备无定形磷酸钙的难题，获得了反应活性高、Ca/P比可调节、表面改性的、生物降解速率可调节的无定形纳米磷酸钙粉末。所制备的无定形磷酸钙可以广泛地用于生物医学用材料领域。
文档编号A61L27/12GK1488574SQ0314200
公开日2004年4月14日 申请日期2003年7月28日 优先权日2003年7月28日
发明者翁文剑, 李延报, 韩高荣, 杜丕一, 程逵, 沈鸽, 赵高凌, 张溪文 申请人:浙江大学
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