專利名稱：一種磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無機非金屬材料和醫(yī)用材料領域，具體公開了一種磁性介孔磷灰石微 球材料的制備方法。
背景技術：
磷灰石是人體骨額、牙齒等硬組織的主要無機成分，具有良好的生物相容性、生物 活性、無毒副作用、無免疫反應等優(yōu)點，植入體內后可以促進新骨的生長，已經被廣泛的應 用于人體硬組織替代材料和修復材料。1992年Mobil公司的Kresge和Beck等以烷基季銨 鹽陽離子表面活性劑在溶液中形成的超分子結構為模板劑，通過溶膠_凝膠過程，制備出 硅基-MCM-41介孔分子篩\_Nature 359 (1992) 710 712]。介孔材料的出現使分子篩的 孔徑范圍由微孔擴展到介孔，成為分子篩科學發(fā)展史上的一個重要里程碑。介孔材料由于 具有較大的比表面積和孔容，使其在催化、吸附、止血劑、傳感等領域具有廣闊的應用潛力。 介孔磷灰石兼顧了磷灰石和介孔材料的優(yōu)異性能，大大拓展了它在酶和蛋白質分離、藥物 緩釋系統(tǒng)、骨修復材料等生物醫(yī)藥領域的應用前景。磁性納米粒子具有良好的生物相容性，已被用作磁靶向藥物載體和鐵磁熱籽⑴ 磁性納米粒子負載一定量的抗癌藥物后，在外加磁場作用下能夠有效地、選擇性地、定點定 向地聚集到腫瘤病灶處，使其所含藥物在病變部位穩(wěn)定釋放，從而提高療效，降低對正常組 織的毒副作用\_Nanotechnology 20(2009) 305101-305111] ； (ii)在體外交變磁場作用 下，納米磁靶向藥物載體產生磁滯、Nel松弛或者誘導渦流等物理現象，使得導入腫瘤病灶 區(qū)域的磁粒發(fā)熱。如果加熱溫度在42°C持續(xù)30min以上，就可以達到破壞腫瘤細胞的目的 U Phs D Appl Phys 36 (2003) R167-R181]。然而，直接用磁性納米粒子作為載體，即 使表面功能化處理后，藥物分子只能負載在粒子表面，導致載藥量低。此外，Bock等將磁性 粒子引入到骨組織工程中，發(fā)現磁性支架有助于人骨髓間充質干細胞的附著和增殖Wcte Biomater 6 (2010) 786-796]。采用模擬體液浸泡實驗研究發(fā)現磁性Fe3O4納米粒子能夠 提高介孔磷灰石涂層的體外生物活性[Acta Biomater 4 (2008) 923-931]。如果磁性納米粒子表面包覆一層介孔磷灰石，則不僅可以顯著提高納米磁靶向藥 物載體的載藥量，而且更適合用于治療由于骨腫瘤、骨腫囊等引起的骨缺損，其優(yōu)點如下 (i)介孔磷灰石具有較大的比表面積和孔容，其載藥量高于普通磷灰石，已被廣泛用作藥 物、基因等載體；(ii)磷灰石晶體中的羥基能夠與藥物分子中的羥基或者氨基等形成氫鍵 作用，顯著提高結合強度，避免藥物過早釋放；(iii)磷灰石是動物和人體骨骼的主要無機 礦物成分，具有良好的生物活性和生物相容性，是常用的骨修復材料。磁性介孔磷灰石的制備方法主要包括硬模板法和軟模板法兩種。專利(CN 101337665A)發(fā)明了一種有序多孔磁性羥基磷灰石的制備方法，首先以有序排列的SiO2為 模板，經過羥基磷灰石前驅體的滴加、燒結、堿液移除等工藝制備出有序多孔羥基磷灰石， 然后與磁性納米粒子通過靜電組裝和毛細作用形成磁性多孔羥基磷灰石。此工藝的主 要缺點是工序復雜，而且磁性納米粒子并不能被羥基磷灰石有效、均勻的包覆。專利(CN1446589A)報道了利用多孔磷酸鈣骨水泥裝載抗菌藥和抗腫瘤藥，但其孔結構不均勻，導致 藥物緩釋效果受限制。專利(CN 101759170A)以十二烷基磺酸鈉為模板，以硝酸鈣、磷酸氫 二銨、氯化鐵、氯化亞鐵和氫氧化鈉為原料采用原位模板合成方法制備了磁性層狀羥基磷 灰石，其層間距為3.1 nm。采用上述幾種方法制備的磁性羥基磷灰石的表面形貌都不易控 制，會影響其藥物緩釋性能和生物降解性能。因此，為克服缺陷，需要提出一種新的制備方 法。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法。針對現有技術中所制備的磁性介孔羥基磷灰石微球的表面形貌不易控制，影響其 藥物緩釋性能和生物降解性能的缺陷，本發(fā)明提出一種以貝殼為原料，采用原位模板犧牲 法制備單分散磁性介孔磷灰石微球的新方法，首先采用原位復合技術制備出磁性碳酸鈣微 球，再將磁性碳酸鈣微球經磷酸緩沖溶液處理后轉化成磁性介孔磷灰石微球。一種磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法，其步驟包括
(1)將貝殼珍珠層溶于無機酸溶液，過濾后取濾液，調節(jié)至中性PH=6.5^7. 5，得到含貝 殼有機質的鈣鹽溶液；其中鈣離子含量優(yōu)選為0. 1 0. 5M ；無機酸可選用鹽酸、硫酸或硝 酸；
(2)采用原位復合技術制備出磁性碳酸鈣微球，即將磁性納米粒子分散到含貝殼有機 質的鈣鹽溶液中，加入碳酸鹽溶液，攪拌1 4hr，取沉淀洗滌干燥，得到磁性碳酸鈣微球； 磁性納米粒子在磁性碳酸鈣微球中的質量含量為2. (Γ30% ；碳酸鹽溶液中的碳酸根離子濃 度優(yōu)選為0. 1 0. 5Μ ；
(3)將表面活性劑、助表面活性劑、不溶于水的有機溶劑和可溶性磷酸鹽溶液混合，攪 拌均勻后形成乳狀液；再加入磁性碳酸鈣微球，20 60°C下反應3hr 5d ；
其中助表面活性劑、不溶于水的有機溶劑和可溶性磷酸鹽溶液的體積比為 1:5 10:廣3 ；可溶性磷酸鹽溶液的濃度為0. 2M 飽和，表面活性劑濃度為0. 05、. 8g/ml ； 所述的不溶于水的有機溶劑為脂肪烴或芳香烴，如碳鏈為5 16的烷烴類或環(huán)烷烴，或者 苯、甲苯、二甲苯等芳香烴；優(yōu)選為環(huán)己烷或甲苯。表面活性劑可以為陽離子表面活性劑，如胺鹽、季銨鹽、雜環(huán)類陽離子表面活性劑 等；也可以是陰離子表面活性劑，如高級脂肪酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽、N-?；被猁}、磷 酸酯鹽等，可選用上述表面活性劑中的一種或多種；優(yōu)選為十六烷基三甲基溴化銨或十二 烷基苯磺酸鈉。助表面活性劑是碳鏈為3、的醇類，即丙醇 辛醇中的任何一種或多種，優(yōu)選為正 丁醇或正戊醇。 可溶性磷酸鹽優(yōu)選為磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、 磷酸鉀、磷酸氫二銨或磷酸二氫銨。磁性納米粒子優(yōu)選為Fe304、Y "Fe2O3或Mn-Zn鐵氧體。采用本發(fā)明制備的磁性介孔磷灰石微球，經掃描電鏡檢測，粒徑分布均勻，微球呈 花瓣狀結構，薄片相互交聯在一起，磁性納米粒子均勻的分散在微球中。經X射線衍射、傅 立葉紅外光譜、X射線能譜儀檢測表明得到的磷灰石為B-型碳酸根型羥基磷灰石，Ca/P摩爾比為1. 30 1. 67。比表面和孔徑分布分析儀測定表明磁性介孔磷灰石微球的比表面積 為6(T200 m2/g，粒徑為3 6 μ m，孔徑主要分布在3.纊9. Onm。功能微球的磁性能主要取 決于反應體系中磁性納米粒子的加入量。功能微球的磁性能大小可以通過改變磁性納米粒 子和磷灰石的質量比進行調控。這種磁性介孔磷灰石微球具有較大的比表面積、較高的磁性能、優(yōu)良的藥物緩釋 性能、磁性能、生物相容性和生物活性，可應用于磁靶向藥物載體、磁熱療、骨修復材料等領 域。本發(fā)明的優(yōu)點如下(1)本發(fā)明使用貝殼作為原料，不僅價廉、取材廣泛，而且貝 殼中的有機質具有良好的生物相容性和生物活性；(2)磁性介孔磷灰石微球的制備過程均 在低溫常壓下進行，不僅具有節(jié)能，而且不產生污染環(huán)境的化學物質；(3)磁性介孔磷灰石 微球具有良好的磁性能、較高的磁性能、優(yōu)良的生物相容性和生物活性，可用于磁靶向藥物 載體、鐵磁熱籽和骨修復材料；(4)磁性介孔磷灰石微球形貌規(guī)則，粒徑分布均勻，介孔的 孔徑可控；(5)生產工藝簡單，設備投資少，環(huán)境友好。


圖1為實施例1所得磁性介孔磷灰石微球的SEM圖 圖2為實施例1所得磁性介孔磷灰石微球的磁化曲線。
具體實施例方式實施例1。1.配制含貝殼有機質的氯化鈣溶液首先用刷子除去貝殼表面的雜質，并用自來 水沖洗干凈。用砂紙磨去表殼層和棱柱層后，超聲5 min，然后用去離子水和無水乙醇清洗 干凈，置于鼓風干燥箱60 °C下干燥48 h，得到具有光澤的貝殼珍珠層。將貝殼珍珠層在 1.0 mol/L HCl溶液中浸泡1天。用布氏漏斗過濾，濾掉難溶于鹽酸的貝殼有機質。滴加 1.0 mol/L NaOH溶液直至濾液的pH值為7.0，然后用去離子水稀釋直到溶液中鈣離子濃度 為0. 25 mol/L，最后得到含貝殼有機質的CaCl2溶液。2.配制碳酸鈉溶液將5.30 g無水碳酸鈉(Na2CO3)溶于200 mL去離子水，得到 濃度為0. 25 mol/L的碳酸鈉溶液。3.磁性碳酸鈣微球的制備先將0.55 g Fe3O4磁性納米粒子(比飽和磁化強度 62. 4emu/g)分散到200 mL含貝殼有機質的CaCl2溶液中，然后快速倒入200 mL碳酸鈉溶 液，生成棕色沉淀，繼續(xù)攪拌1. 5 h。經過過濾，用去離子水洗滌數遍，在80°C的烘箱中干燥， 得到磁性碳酸鈣微球。4.配制乳狀液將7.29 g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶于40 mL環(huán)己烷和 5.48 mL正丁醇的混合液。2.15 g Na2HPO4 · 12H20溶于7. 2 mL去離子水(0. 83M)，然后滴 加到上述混合液中，攪拌均勻后形成乳狀液。5.磁性介孔磷灰石微球的制備稱取0. 60 g磁性碳酸鈣微球與乳狀液混合，在 37°C下反應5天，得到磁性介孔磷灰石微球，用去離子水洗滌數遍，在6(T10(TC的烘箱中干燥。6.測試磁性介孔磷灰石微球的粒徑為飛.0 ym，Ca/P摩爾比 1.5，磁性納米粒子在微球中的質量含量為10. 7%，粒徑分布均勻，微球呈花瓣狀結構，薄片相互交聯在一起， 磁性納米粒子均勻分散在微球中。介孔孔徑分布在3. 9nm 9. Onm,比表面積為94. 2m2/g, 比飽和磁化強度變?yōu)?. 7 emu/g。SEM圖和磁化曲線如圖1和圖2所示。實施例2。1.配制含貝殼有機質的氯化鈣溶液首先用刷子除去貝殼表面的雜質，并用自來 水沖洗干凈。用砂紙磨去表殼層和棱柱層后，超聲5 min，然后用去離子水和無水乙醇清洗 干凈，置于鼓風干燥箱60°C下干燥48 h，得到具有光澤的貝殼珍珠層。將貝殼珍珠層在1. 0 mol/L HCl溶液中浸泡1天。用布氏漏斗過濾，濾掉難溶于無機酸的貝殼有機質。滴加1. 0 mol/L NaOH溶液直至濾液的pH值為7. 0，然后用去離子水稀釋直到溶液中鈣離子濃度為 0. 10 mol/L，最后得到含貝殼有機質的CaCl2溶液。2.配制碳酸鈉溶液將2. 12 g無水碳酸鈉(Na2CO3)溶于200 mL去離子水，得到 濃度為0. 10 mol/L的碳酸鈉溶液。3.磁性碳酸鈣微球的制備先將0.55 g Fe3O4磁性納米粒子(比飽和磁化強度 62. 4emu/g)分散到200 mL含貝殼有機質的CaCl2溶液中，然后快速倒入200 mL碳酸鈉溶 液，生成棕色沉淀，繼續(xù)攪拌1. 5 h。經過過濾，用去離子水洗滌數遍，在80°C的烘箱中干燥， 得到磁性碳酸鈣微球。4.配制乳狀液將7.29 g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶于40 mL環(huán)己烷和 5. 48 mL正丁醇的混合液。2. 15 g Na2HPO4 · 12H20溶于7. 2 mL去離子水，然后滴加到上述 混合液中，攪拌均勻后形成乳狀液。5.磁性介孔磷灰石微球的制備稱取0. 60 g磁性碳酸鈣微球與乳狀液混合，在 50°C下反應24h，得到磁性介孔磷灰石微球，用去離子水洗滌數遍，在60°C的烘箱中干燥。6.測試磁性介孔磷灰石微球的粒徑為5. 0 μ m，Ca/P摩爾比為1. 5，磁性納米粒 子在微球中的質量含量為26. 5%，介孔孔徑分布在 3. 9nm,比表面積為50. 5 m2/g，比飽和磁 化強度變?yōu)?6. 8 emu/g。表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨可以用十二烷基苯磺酸鈉代替；或者用硝酸代 替鹽酸；或者助表面活性劑正丁醇用正戊醇代替；或者溶劑環(huán)己烷用甲苯代替，均可得到 磁性介孔磷灰石微球。實施例3。1.配制含貝殼有機質的氯化鈣溶液首先用刷子除去貝殼表面的雜質，并用自來 水沖洗干凈。用砂紙磨去表殼層和棱柱層后，超聲5 min，然后用去離子水和無水乙醇清洗 干凈，置于鼓風干燥箱60°C下干燥48 h，得到具有光澤的貝殼珍珠層。將貝殼珍珠層在1. 0 mol/L HCl溶液中浸泡1天。用布氏漏斗過濾，濾掉難溶于無機酸的貝殼有機質。滴加1. 0 mol/L NaOH溶液直至濾液的pH值為7. 0，然后用去離子水稀釋直到溶液中鈣離子濃度為 0. 25 mol/L，最后得到含貝殼有機質的CaCl2溶液。2.配制碳酸鈉溶液將5.30 g無水碳酸鈉(Na2CO3)溶于200 mL去離子水，得到 濃度為0. 25 mol/L的碳酸鈉溶液。3.磁性碳酸鈣微球的制備先將0.4 g Fe3O4磁性納米粒子分散到200 mL含貝殼 有機質的CaCl2溶液中，然后快速倒入200 mL碳酸鈉溶液，生成棕色沉淀，繼續(xù)攪拌1.5 h。 經過過濾，用去離子水洗滌數遍，在80°C的烘箱中干燥，得到磁性碳酸鈣微球。
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4.配制乳狀液將7.29 g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶于40 mL環(huán)己烷和 5. 48 mL正丁醇的混合液。2. 15 g Na2HPO4 · 12H20溶于7. 2 mL去離子水，然后滴加到上述 混合液中，攪拌均勻后形成乳狀液。5.磁性介孔磷灰石微球的制備稱取0. 60 g磁性碳酸鈣微球與乳狀液混合，在 50°C下分別反應3h、6h、12h和24h，得到四種磁性介孔磷灰石微球，用去離子水洗滌數遍， 在60°C的烘箱中干燥。樣品編號依次為MHA-3h、MHA-6h、MHA_12h、MHA_24h。實施例4。1.選用實施例3制得的四種磁性介孔羥基磷灰石微球。2.配制 PBS 溶液稱取 8. 00 g 氯化鈉、0. 20g 氯化鉀、2. 98 g Na2HPO4 ‘ 12H20、 0. 52 g NaH2PO4 · 2H20 溶于 1000ml 蒸餾水中。3.稱取0.40 g萬古霉素溶于20 ml磷酸緩沖溶液(PBS)中，將0.40 g磁性介 孔羥基磷灰石微球加入到上述溶液中。在37 150 r/min下攪拌12h，離心分離，取沉淀 物在50 ！下真空干燥，得到載藥磁性介孔羥基磷灰石微球。4.磁性介孔羥基磷灰石微球藥物釋放稱取0.04 g載藥磁性介孔羥基磷灰石 微球，用透析量3000的半透膜透析袋包裹。放入裝有50 ml PBS溶液中，37°C下以150r/ min攪拌，檢測磁性介孔羥基磷灰石微球的藥物釋放性能，結果如表一。表一磁性介孔羥基磷灰石微球的載藥量及藥物緩釋性能
權利要求
一種磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法，其特征在于，步驟包括(1) 將貝殼珍珠層溶于無機酸溶液，過濾后取濾液，調節(jié)至中性pH=6.5~7.5，得到含貝殼有機質的鈣鹽溶液；(2) 將磁性納米粒子分散到含貝殼有機質的鈣鹽溶液中，加入碳酸鹽溶液，攪拌1～4hr，取沉淀洗滌干燥，得到磁性碳酸鈣微球；磁性納米粒子在磁性碳酸鈣微球中的質量含量為2.0~30%； (3) 將表面活性劑、助表面活性劑、不溶于水的有機溶劑和可溶性磷酸鹽溶液混合，攪拌均勻后形成乳狀液，再加入磁性碳酸鈣微球，20～60℃下反應3hr～5d；所述的助表面活性劑、不溶于水的有機溶劑和可溶性磷酸鹽溶液的體積比為1:5~10:1~3；可溶性磷酸鹽溶液的濃度為0.2M～飽和，乳狀液中表面活性劑濃度為0.05~0.8g/ml；所述的不溶于水的有機溶劑為脂肪烴或芳香烴；所述表面活性劑選自胺鹽、季銨鹽或雜環(huán)類陽離子表面活性劑，或者高級脂肪酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽、N ?；被猁}或磷酸酯鹽類陰離子表面活性劑中的一種或多種；所述的助表面活性劑選自碳鏈為3~8的醇類中的一種或多種。
2.權利要求1所述磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述 含貝殼有機質的鈣鹽溶液中的鈣離子含量為0. 1 0. 5M。
3.權利要求1所述磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述 碳酸鹽溶液中的碳酸根離子濃度為0. 1 0. 5M。
4.權利要求1所述磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述 的不溶于水的有機溶劑選自碳鏈為5 16的烷烴類或環(huán)烷烴、苯、甲苯或二甲苯。
5.權利要求1或4所述磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中 所述的不溶于水的有機溶劑為環(huán)己烷或甲苯。
6.權利要求1所述磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述 的表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨或十二烷基苯磺酸鈉。
7.權利要求1所述磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述 的助表面活性劑為正丁醇或正戊醇。
8.權利要求1所述磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述 磁性納米粒子為Fe304、Y -Fe2O3或Mn-Zn鐵氧體。
9.權利要求1所述磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述 可溶性磷酸鹽為磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、磷酸鉀、磷酸 氫二銨或磷酸二氫銨中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及無機非金屬材料和醫(yī)用材料領域，公開了一種磁性介孔磷灰石微球材料的制備方法，以貝殼為原料，采用原位模板犧牲法，首先用原位復合技術制備出磁性碳酸鈣微球，再將磁性碳酸鈣微球經磷酸緩沖溶液處理后轉化成磁性介孔磷灰石微球。這種磁性介孔磷灰石微球具有較大的比表面積、較高的磁性能、優(yōu)良的藥物緩釋性能、磁性能、生物相容性和生物活性，可應用于磁靶向藥物載體、磁熱療、骨修復材料等領域；以貝殼作為原料，成本低；制備過程均在低溫常壓下進行，不僅具有節(jié)能，而且不產生污染環(huán)境的化學物質。
文檔編號C01B25/32GK101955174SQ201010287688
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月20日 優(yōu)先權日2010年9月20日
發(fā)明者姚勇波, 褚聯峰, 郭亞軍, 郭亞平 申請人:上海師范大學