專利名稱：核殼結(jié)構(gòu)的α-半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒及制備的制作方法
核殼結(jié)構(gòu)的α -半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒及制備技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核殼結(jié)構(gòu)的α-半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
硫酸鈣(CS)作為骨移植材料應(yīng)用于臨床已有100多年的歷史，其在人體內(nèi)的安全性早已被眾多實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。硫酸鈣具有組織相容性好，骨誘導(dǎo)活性高、生物降解后形成的微酸性環(huán)境及磷酸鈣晶體能夠吸引破骨細(xì)胞，加速新骨形成等特點(diǎn)。但是，硫酸鈣在體內(nèi)降解速度過快，成為限制其臨床應(yīng)用的一個因素。
美國feight醫(yī)療技術(shù)公司相繼研發(fā)出的醫(yī)用硫酸鈣骨替代物OsteoSet和MIIG 系列，都以特定形狀和大小的α-半水硫酸鈣為基礎(chǔ)。該醫(yī)用級硫酸鈣具有穩(wěn)定的三維構(gòu)型，使得新骨能按此構(gòu)型進(jìn)行重塑，并盡可能地使新骨與正常骨的質(zhì)地、強(qiáng)度和外形相吻合。其純度高、雜質(zhì)少，晶體結(jié)構(gòu)高度一致，植入體內(nèi)后其吸收速率穩(wěn)定，不過其吸收速率相對新骨生長速度仍然較快。
目前研究和應(yīng)用較多的作為生物活性材料的磷酸鈣為羥基磷灰石和磷酸三鈣。其中，羥基磷灰石與骨組織有相似的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)，易于被宿主骨利用，降解緩慢，具有良好的骨傳導(dǎo)作用。可注射性磷酸鈣骨水泥又稱自固化骨水泥，操作簡便，生物相容性好， 能夠注射入骨缺損處，原位固化，適應(yīng)骨缺損進(jìn)行塑形，符合微創(chuàng)外科的要求，已成為各國學(xué)者的一個研究熱點(diǎn)。但是通常其降解緩慢，在體內(nèi)存留時間長，達(dá)不到在治療期內(nèi)完全降解的要求，影響了新骨的長入，廣泛應(yīng)用受到一定程度的限制。
針對硫酸鈣吸收速率過快，而磷酸鈣降解緩慢的問題進(jìn)行研究和報道也很多，目的都是結(jié)合兩者的優(yōu)勢，制備出具有良好生物性能的復(fù)合材料。專利號為 ZL200710063903.4的中國發(fā)明專利公開了一種新型無機(jī)植骨材料，由β -磷酸三鈣和 α -半水硫酸鈣按一定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比組成；申請?zhí)枮?01010201897. 6的中國發(fā)明專利申請公開了一種自成孔磷酸鈣骨水泥支架的制備方法，將一定硫酸鈣加入到可注射磷酸鈣骨水泥，制備出新型的復(fù)合骨水泥；申請?zhí)枮?01010185090. 8的中國發(fā)明專利申請公開了一種基于納米羥基磷灰石和半水硫酸鈣的復(fù)合骨修復(fù)材及其制備方法，將α -半水硫酸鈣、 羥基磷灰石和添加劑形成復(fù)合骨修復(fù)材料。但其微觀結(jié)構(gòu)中硫酸鈣和磷酸鈣只是簡單的混合，其溶解與降解行為特性仍遵循硫酸鈣與磷酸鈣自身的特點(diǎn)，并未得到良好的調(diào)控。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種核殼結(jié)構(gòu)的α -半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒及其制備方法，實(shí)現(xiàn)α -半水硫酸鈣/羥基磷灰石在微觀結(jié)構(gòu)中的復(fù)合，以調(diào)整單純α -半水硫酸鈣的快速固化，改善其注射性能，并根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)中包裹程度的不同，可以調(diào)控其生物降解性能。
—種核殼結(jié)構(gòu)的α -半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒，具有羥基磷灰石包裹α-半水硫酸鈣的微觀結(jié)構(gòu)，所述的α-半水硫酸鈣通常為圓柱狀或六方α-半水硫酸鈣。
所述核殼結(jié)構(gòu)的α -半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒，由以下方法制備得到
(1)在去離子水中加入有機(jī)類轉(zhuǎn)晶劑和無機(jī)鹽類轉(zhuǎn)晶劑，攪拌至完全溶解，制得轉(zhuǎn)晶溶液；其中，所述有機(jī)類轉(zhuǎn)晶劑為檸檬酸鈉、檸檬酸、琥珀酸或草酸鉀，所述無機(jī)鹽類轉(zhuǎn)晶劑為硫酸鎂、硫酸鋁或硫酸鉀；所述有機(jī)類轉(zhuǎn)晶劑的質(zhì)量為所述去離子水質(zhì)量的0. 05% 0. 2%，所述無機(jī)鹽類轉(zhuǎn)晶劑的質(zhì)量為所述去離子水質(zhì)量的0. 5% 2% ；
(2)向所述轉(zhuǎn)晶溶液中依次加入二水硫酸鈣和羥基磷灰石，形成固液混合體系； 其中，所述二水硫酸鈣與所述去離子水的質(zhì)量比為1 O 6)，所述羥基磷灰石二水硫酸鈣的質(zhì)量比為(0. 1 1) 1 ；
(3)將所述固液混合體系置于130 160°C的水熱釜中恒溫處理4 8小時后，從所述水熱釜中濾出粗產(chǎn)物；
(4)將所述粗產(chǎn)物用90 100°C的水清洗，再在90 110°C干燥，得到α -半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒。
優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述有機(jī)類轉(zhuǎn)晶劑的質(zhì)量為所述去離子水質(zhì)量的0.05%，所述無機(jī)鹽類轉(zhuǎn)晶劑的質(zhì)量為所述去離子水質(zhì)量的2%。
優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述二水硫酸鈣與所述去離子水的質(zhì)量比為1 4，所述羥基磷灰石二水硫酸鈣的質(zhì)量比為0.75 1。
本發(fā)明中，以去離子水為溶劑，溶解入適量的有機(jī)類轉(zhuǎn)晶劑和無機(jī)鹽類轉(zhuǎn)晶劑，添加二水硫酸鈣粉末和羥基磷灰石，并在一定的工藝參數(shù)下通過水熱合成的方法制備得到具有核殼結(jié)構(gòu)的α -半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒，該復(fù)合顆粒具有羥基磷灰石包裹 α-半水硫酸鈣的微觀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明通過在水介質(zhì)中引入有機(jī)羧酸根和無機(jī)鹽離子，通過水熱處理的方法，使二水硫酸鈣粉末在一定壓力和溫度下進(jìn)行溶解和重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變成α-半水硫酸鈣，顆粒尺寸為5 30 μ m ；同時，由于添加物羥基磷灰石的存在，其在α -半水硫酸鈣表面上形成包覆層，影響α-半水硫酸鈣的水化特性，改善其注射性能；而隨著兩者比例的不同，微觀結(jié)構(gòu)的包覆程度不同，在影響其水化特性的同時，還影響其臨床應(yīng)用時的降解性能，從而實(shí)現(xiàn)對生物降解性能的調(diào)控。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果
本發(fā)明復(fù)合顆粒實(shí)現(xiàn)了 α -半水硫酸鈣/羥基磷灰石在微觀結(jié)構(gòu)中的復(fù)合，包裹在α-半水硫酸鈣表面的羥基磷灰石由于溶解特性與α-半水硫酸鈣完全不同，起到了調(diào)控表面與水反應(yīng)速率的效果，從而可以有效地調(diào)整顆粒降解特性，具有較好的臨床應(yīng)用前景。本發(fā)明制備方法簡單易行，操作簡單，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化。


圖1為實(shí)施例1制備得到的復(fù)合顆粒的XRD圖。
圖2為實(shí)施例1制備得到的復(fù)合顆粒的微觀形貌圖。
圖3為實(shí)施例1制備得到的復(fù)合顆粒中間位置的能譜圖。
圖4為實(shí)施例1制備得到的復(fù)合顆粒邊緣的能譜圖。
圖5為實(shí)施例2制備得到的復(fù)合顆粒的XRD圖。
圖6為實(shí)施例2制備得到的復(fù)合顆粒的微觀形貌圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。
實(shí)施例1
取40ml的去離子水作為溶劑，加入0. 02g的檸檬酸鈉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. Sg的硫酸鎂，攪拌至完全溶解，制得轉(zhuǎn)晶溶液；向其中添加IOg 二水硫酸鈣粉末(分析純級)，再加入 7. 5g的羥基磷灰石，形成固液混合體系。
將配得的固液混合體系置于130°C的水熱釜恒溫處理6小時，水熱處理后進(jìn)行放氣，快速取出水熱釜，并從水熱釜中濾出粗產(chǎn)物，用90°C的熱水抽濾清洗后置于90°C的烘箱中烘干，得到最終產(chǎn)物，為顆粒狀。
采用X射線衍射儀對所得的最終產(chǎn)物進(jìn)行成分分析和組分表征，XRD圖譜如圖1所示。圖1中，曲線a和b分別為α -半水硫酸鈣(CSH)和羥基磷灰石(HA)的標(biāo)準(zhǔn)譜圖，曲線c對應(yīng)于最終產(chǎn)物的XRD圖譜，可見， 處峰位屬于α -半水硫酸鈣，〇處峰位屬于羥基磷灰石。圖1表明，本實(shí)施例制備的最終產(chǎn)物為α -半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒。
采用掃描電子顯微鏡對所得的最終產(chǎn)物進(jìn)行微觀形貌表征，SEM圖如圖2所示，可見，最終產(chǎn)物具有核殼結(jié)構(gòu)，在圓柱狀的α-半水硫酸鈣表面上有包覆層。
通過對所得的最終產(chǎn)物顆粒中間位置(對應(yīng)于圖2中的(1))和邊緣(對應(yīng)于圖 2中的O))的能譜分析，分別如圖3和圖4所示，可見表層的P元素含量高于內(nèi)部，表明包覆層為羥基磷灰石。
實(shí)施例2
取40ml的去離子水作為溶劑，加入0. 04g的琥珀酸和0. 6g的硫酸鋁，攪拌至完全溶解，制得轉(zhuǎn)晶溶液；向其中添加IOg 二水硫酸鈣粉末(分析純級)，再加入5g的羥基磷灰石，形成固液混合體系。
將配得的固液混合體系置于160°C的水熱釜恒溫處理4小時，水熱處理后進(jìn)行放氣，快速取出水熱釜，并從水熱釜中濾出粗產(chǎn)物，用95°C的熱水抽濾清洗后置于110°C的烘箱中烘干，得到最終產(chǎn)物，為顆粒狀。
采用X射線衍射儀對所得的最終產(chǎn)物進(jìn)行成分分析和組分表征，XRD圖譜如圖5所示。圖5中，曲線a和b分別為α -半水硫酸鈣(CSH)和羥基磷灰石(HA)的標(biāo)準(zhǔn)譜圖，曲線d對應(yīng)于最終產(chǎn)物的XRD圖譜，可見， 處峰位屬于α -半水硫酸鈣，〇處峰位屬于羥基磷灰石。圖5表明，本實(shí)施例制備的最終產(chǎn)物為α-半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒。
采用掃描電子顯微鏡對所得的最終產(chǎn)物進(jìn)行微觀形貌表征，SEM圖如圖6所示，顆粒表面有較多覆蓋物存在，可見最終產(chǎn)物具有核殼結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步對顆粒表面包覆層進(jìn)行能譜分析，表明包覆層為羥基磷灰石。
實(shí)施例3
取40ml的去離子水作為溶劑，加入0. 08g的檸檬酸和0. 2g的硫酸鎂，攪拌至完全溶解，制得轉(zhuǎn)晶溶液；向其中添加IOg 二水硫酸鈣粉末(分析純級)，再加入2. 5g的羥基磷灰石，形成固液混合體系。
將配得的固液混合體系置于140°C的水熱釜恒溫處理8小時，水熱處理后進(jìn)行放氣，快速取出水熱釜，并從水熱釜中濾出粗產(chǎn)物，用100°c的熱水抽濾清洗后置于90°C的烘箱中烘干，得到最終產(chǎn)物，為顆粒狀。經(jīng)表征，最終產(chǎn)物為核殼結(jié)構(gòu)的α-半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒。
實(shí)施例4
取40ml的去離子水作為溶劑，加入0. 06g的草酸鉀和0. 4g的硫酸鉀，攪拌至完全溶解，制得轉(zhuǎn)晶溶液；向其中添加IOg 二水硫酸鈣粉末(分析純級)，再加入IOg的羥基磷灰石，形成固液混合體系。
將配得的固液混合體系置于150°C的水熱釜恒溫處理6小時，水熱處理后進(jìn)行放氣，快速取出水熱釜，并從水熱釜中濾出粗產(chǎn)物，用95°C的熱水抽濾清洗后置于100°C的烘箱中烘干，得到最終產(chǎn)物，為顆粒狀。經(jīng)表征，最終產(chǎn)物為具有核殼結(jié)構(gòu)的α-半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒。
權(quán)利要求
1.一種核殼結(jié)構(gòu)的α-半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒，其特征在于，具有羥基磷灰石包裹α-半水硫酸鈣的微觀結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的核殼結(jié)構(gòu)的α-半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒的制備方法，包括(1)在去離子水中加入有機(jī)類轉(zhuǎn)晶劑和無機(jī)鹽類轉(zhuǎn)晶劑，攪拌至完全溶解，制得轉(zhuǎn)晶溶液；其中，所述有機(jī)類轉(zhuǎn)晶劑為檸檬酸鈉、檸檬酸、琥珀酸或草酸鉀，所述無機(jī)鹽類轉(zhuǎn)晶劑為硫酸鎂、硫酸鋁或硫酸鉀；所述有機(jī)類轉(zhuǎn)晶劑的質(zhì)量為所述去離子水質(zhì)量的0. 05% 0. 2%，所述無機(jī)鹽類轉(zhuǎn)晶劑的質(zhì)量為所述去離子水質(zhì)量的0. 5% 2% ；(2)向所述轉(zhuǎn)晶溶液中依次加入二水硫酸鈣和羥基磷灰石，形成固液混合體系；其中， 所述二水硫酸鈣與所述去離子水的質(zhì)量比為1 O 6)，所述羥基磷灰石二水硫酸鈣的質(zhì)量比為(0. 1 1) 1 ；(3)將所述固液混合體系置于130 160°C的水熱釜中恒溫處理4 8小時后，從所述水熱釜中濾出粗產(chǎn)物；(4)將所述粗產(chǎn)物用90 100°C的水清洗，再在90 110°C干燥，得到α-半水硫酸鈣 /羥基磷灰石復(fù)合顆粒。
3.如權(quán)利要求2所述的核殼結(jié)構(gòu)的α-半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)類轉(zhuǎn)晶劑的質(zhì)量為所述去離子水質(zhì)量的0. 05%，所述無機(jī)鹽類轉(zhuǎn)晶劑的質(zhì)量為所述去離子水的質(zhì)量的2%。
4.如權(quán)利要求2所述的核殼結(jié)構(gòu)的α-半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒的制備方法，其特征在于，所述二水硫酸鈣與所述去離子水的質(zhì)量比為1 4，所述羥基磷灰石二水硫酸鈣的質(zhì)量比為0.75 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種核殼結(jié)構(gòu)的α-半水硫酸鈣/羥基磷灰石復(fù)合顆粒及制備。該復(fù)合顆粒具有羥基磷灰石包裹α-半水硫酸鈣的微觀結(jié)構(gòu)。該制備方法以去離子水為溶劑，溶解入適量的有機(jī)類轉(zhuǎn)晶劑和無機(jī)鹽類轉(zhuǎn)晶劑，再添加二水硫酸鈣和羥基磷灰石，并在一定的工藝參數(shù)下進(jìn)行水熱合成。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了α-半水硫酸鈣/羥基磷灰石在微觀結(jié)構(gòu)中的復(fù)合，從而調(diào)整單純α-半水硫酸鈣的快速固化，改善其注射性能，并可形成包覆程度可控的微觀結(jié)構(gòu)，以調(diào)控其生物降解性能，具有較好的臨床應(yīng)用前景。
文檔編號A61L27/12GK102488920SQ201110416270
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者李堅(jiān), 程逵, 翁文劍, 陳怡堅(jiān), 黃海生 申請人:浙江大學(xué)