本發(fā)明屬于無機生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，涉及一種大尺寸羥基磷灰石多孔微球材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

人口健康是以人為本的社會可持續(xù)發(fā)展的基本保障。生物醫(yī)用材料是一類用于診斷、治療、修復(fù)或替換人體組織、器官或增進其功能的新型高科技材料，其健康、快速發(fā)展對于提高人們的生活質(zhì)量，保障人類健康扮演著重要的角色，也已經(jīng)逐漸成為快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。隨著材料學、醫(yī)學、生物學、化學、物理學及現(xiàn)代高技術(shù)等諸多學科領(lǐng)域的迅速發(fā)展和相互滲透，生物醫(yī)用材料作為一門新興的交叉學科，已逐漸成為現(xiàn)代研究的一大熱點，與此同時，各類生物醫(yī)用材料的開發(fā)與應(yīng)用也在迅猛發(fā)展。生物活性陶瓷材料中最具代表性且應(yīng)用最廣的當屬羥基磷灰石(HA)，球形的HA既具備良好的生物相容性，又具備微球這一特殊形態(tài)流變性能較好、力學性能較高和比表面積較大等特點，目前已廣泛應(yīng)用于生物學、化學以及醫(yī)學等眾多領(lǐng)域。水熱合成法不僅可以獲得結(jié)晶程度高、粒徑形貌規(guī)則的HA顆粒，而且不需要結(jié)晶化，產(chǎn)物粒度均勻；而氨基酸作為HA晶體生長的調(diào)節(jié)劑能夠通過血液循環(huán)出現(xiàn)在人體的各個器官當中。

最初使用的顆粒狀HA材料大多是將塊狀HA破碎后篩分獲得的，具有不規(guī)則的外形，易引起組織感染，使新骨生長緩慢等問題?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了得到球形的HA，多采用噴霧干燥法、微乳液法、高溫熔融法以及模板法等方法處理，然而這些處理方法大都需要兩步以上，后期需要高溫煅燒，具有能耗高、工藝復(fù)雜等缺點且球形度不理想，微球直徑小于50μm。水熱法可以在相對低的溫度下合成結(jié)晶度較高的晶體，而且可以通過控制水熱物化參數(shù)或添加適當助劑來調(diào)控晶體的生長。

目前，文獻(He Q,Huang Z,Liu Y,et al.Template-directed one-step synthesis of flowerlike porous carbonated hydroxyapatite spheres.)報道了在水熱條件下HA微球的一步法制備，得到的微球直徑為20μm，薄片無彎曲形貌且孔與孔之間不連通，且合成過程用到Na₂EDTA，不夠環(huán)保。

文獻(Shi Z,Huang X,Cai Y,et al.Size effect of hydroxyapatite nanoparticles on proliferation and apoptosis of osteoblast-like cells.)采用化學沉淀的方法制備了納米級HA顆粒，直徑僅為20nm和80nm。

文獻(Sun R,Lu Y.Fabrication and characterization of porous hydroxyapatite microspheres by spray-drying method.)利用噴霧干燥法以明膠為交聯(lián)劑制備了多孔的HA微球，微球直徑為5～10μm，后期需要煅燒，且微球尺寸分布較寬。

專利CN201510333810.3公開了HA微球的制備方法，以氨基酸為調(diào)節(jié)劑，用易揮發(fā)的氨水作為pH調(diào)節(jié)劑，優(yōu)選180℃水熱處理10h，制備的HA微球僅為6.5μm，后期需要冷凍干燥24-48h，反應(yīng)周期較長且制備的HA微球三強峰未明顯分開，產(chǎn)物結(jié)晶度有待提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種大尺寸羥基磷灰石多孔微球材料及其制備方法與應(yīng)用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

谷氨酸作為微球生長調(diào)節(jié)劑在制備大尺寸HA多孔微球材料中的應(yīng)用。

一種大尺寸羥基磷灰石多孔微球材料的制備方法，包括如下步驟：反應(yīng)物在谷氨酸的調(diào)節(jié)作用下反應(yīng)，制備得到HA多孔微球。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)物為可溶性鈣鹽和可溶性磷酸氫二鹽。

進一步優(yōu)選的，所述可溶性鈣鹽為硝酸鈣或氯化鈣。

進一步優(yōu)選的，所述可溶性磷酸二氫鹽為磷酸氫二銨、磷酸氫二鉀或磷酸氫二鈉。

優(yōu)選的，所述制備方法還包括尿素作為pH值調(diào)節(jié)劑，緩慢釋放OH^-從而調(diào)節(jié)溶液pH值的步驟。

進一步優(yōu)選的，n(可溶性鈣鹽):n(可溶性磷酸氫二鹽)：n(谷氨酸)＝10.5-11:5.8-6.2:14.5-15.3。

進一步優(yōu)選的，所述制備方法為水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為160-200℃，反應(yīng)時間為0.5-15h。優(yōu)選為，反應(yīng)溫度180℃，反應(yīng)時間1h。

優(yōu)選的，所述制備方法包括如下步驟：將反應(yīng)物與尿素混合后，滴加稀硝酸或稀鹽酸，得到澄清溶液，向所述澄清溶液中加入谷氨酸，并攪拌，得到的前驅(qū)體溶液經(jīng)過水熱反應(yīng)得到HA多孔微球。

鈣磷源混合即得沉淀，加入稀硝酸或稀鹽酸是為了將沉淀溶解，隨溫度的升高尿素不斷分解溶液的pH變?yōu)閴A性，HA白色沉淀得以生成。

進一步優(yōu)選的，所述稀硝酸/稀鹽酸的濃度為0.03-0.08mol/L。

進一步優(yōu)選的，所述澄清溶液中的尿素的濃度為0.8-1.2mol/L。

更進一步優(yōu)選的，攪拌的時間為0.3-1h。攪拌的目的是為了促進沉淀溶解，從而得到均勻的溶液。

優(yōu)選的，所述制備方法還包括對得到的HA多孔微球清洗干燥后進行熱處理的步驟。

熱處理的作用是為了改善晶體缺陷，提高產(chǎn)物的結(jié)晶度使其更加穩(wěn)定，而不是為了成型，這點區(qū)別于傳統(tǒng)的煅燒工藝。

進一步優(yōu)選的，所述清洗的方法包括如下步驟：用去離子水清洗一遍后，再用酒精清洗兩遍。

所述大尺寸羥基磷灰石多孔微球材料的制備方法，具體包括如下步驟：

1)將可溶性鈣鹽、可溶性磷酸氫二鹽和尿素在燒杯中混合，得到混合物；

2)然后向混合物中滴加稀硝酸或稀鹽酸得到澄清溶液；

3)向步驟2)中得到的澄清溶液中加入谷氨酸，并攪拌0.3-0.8h，使n(可溶性鈣鹽):n(可溶性磷酸氫二鹽)：n(谷氨酸)＝10.5-11:5.8-6.2:14.5-15.3；

4)將步驟3)得到的前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，控制填充度為75-85％，于160-200℃反應(yīng)0.5-15h，得到白色沉淀；

5)將步驟4)所得的白色沉淀用去離子水清洗一遍，酒精清洗兩遍，干燥；

6)將制備的微球進行熱處理。

所述制備方法制備得到的大尺寸HA多孔微球，直徑為30-100μm，微球表面分布有放射狀的片狀晶體，片狀晶體呈彎曲狀，片狀晶體之間構(gòu)成多孔結(jié)構(gòu)，相鄰的孔與孔之間連通，微球的比表面積為42-46sq.m/g。

優(yōu)選為，所述大尺寸HA多孔微球，直徑為55-100μm。

所述大尺寸HA多孔微球在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用，尤其在作為藥物緩釋載體、分離提純載體以及生物分離介質(zhì)中的應(yīng)用。

本發(fā)明的反應(yīng)原理為：

本發(fā)明的方法為水熱均相沉淀法，在反應(yīng)溶液中加入人體必備的氨基酸-谷氨酸作為微球生長的調(diào)節(jié)劑，利用谷氨酸的吸附和螯合作用有效調(diào)控HA的生長，使其長成微球狀；將反應(yīng)液調(diào)成酸性將磷酸鹽和鈣鹽生成的沉淀溶解后，利用尿素在80℃以上可以緩慢分解釋放OH^-從而調(diào)節(jié)溶液pH值這一原理，逐步提高溶液的pH值，沉淀重新生成，使得微球逐漸生長，尺寸變大。該合成過程中無需高溫煅燒工藝，也無需引入有機溶劑，綠色環(huán)保，一步法合成大尺寸的HA多孔微球。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果為：

本發(fā)明的大尺寸HA多孔微球合成過程不含有毒成分，工藝簡單、易于操作，能耗和生產(chǎn)成本低，微球尺寸較大，表面由多孔的彎曲薄片組成，且孔與孔之間是相互連通的。

現(xiàn)有技術(shù)中在制備HA多孔微球時，一般都是加入致孔劑或者模板劑后期經(jīng)高溫燒結(jié)處理，能耗高且不可避免的用到有機溶劑。針對這一問題本發(fā)明使用了谷氨酸這一人體必備氨基酸來調(diào)節(jié)HA的生長，控制其形貌，成功制備了尺寸較大且球形度較好的HA多孔微球，不但使HA多孔微球?qū)崿F(xiàn)了一步法制備，而且制備工藝比較穩(wěn)定。同時，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)水熱反應(yīng)時間的延長對微球球形度影響不大。

傳統(tǒng)方法制備的HA多孔微球多是納米級或者直徑小于50μm，而且球形度并不理想，本發(fā)明制備的大尺寸連通性好的HA多孔微球，微球直徑可達100μm，平均直徑約為64μm。

本發(fā)明利用谷氨酸作為HA生長的調(diào)節(jié)劑，一步法合成結(jié)晶度較高、球形度較好、尺寸較均一的大尺寸HA多孔微球，不僅能有效改善HA多孔微球的球形度和尺寸均勻性，大大擴展了HA在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，同時降低能耗，避免了有機溶劑和大型設(shè)備的使用，簡便易行，環(huán)境效益顯著。

附圖說明

圖1為實施例1制備的HA微球的X射線衍射圖；

圖2為實施例1制備的HA微球的場發(fā)射掃描電鏡圖；

圖3為實施例1制備的HA微球煅燒后的X射線衍射圖。

具體實施方式

實施例1

一種大尺寸HA多孔微球材料的制備方法，其前驅(qū)體溶液由如下成分組成：n(四水硝酸鈣):n(磷酸氫二銨)：n(谷氨酸)＝11:6:15，四水硝酸鈣、磷酸氫二銨和谷氨酸的濃度分別為0.108，0.06和0.15mol/L，尿素0.8-1.2mol/L，稀硝酸/稀鹽酸0.03-0.08mol/L，溶劑為去離子水。

上述前驅(qū)體溶液的制備方法如下：首先將四水硝酸鈣、磷酸氫二銨和尿素在燒杯中混合，磁力攪拌并加入稀硝酸/稀鹽酸至完全溶解；然后將谷氨酸加入到溶液中，攪拌0.5h后將放入水熱釜中設(shè)定反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時間為10h；最后將所得白色沉淀離心洗滌，用去離子水清洗一遍后，再用酒精清洗兩遍，進行干燥，干燥后進行熱處理1h，處理溫度分別設(shè)定為200℃(a)、400℃(b)、800℃(c)、1000℃(d)。熱處理的作用是為了改善晶體缺陷，提高產(chǎn)物的結(jié)晶度使其更加穩(wěn)定，而不是為了成型，這點區(qū)別于傳統(tǒng)的煅燒工藝。

由圖1可以看出，該產(chǎn)物的物相為HA(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)，無其他物相產(chǎn)生，且結(jié)晶度較高；圖2的SEM圖表明，微球直徑30-100μm，優(yōu)選為55-100μm，微球呈多孔狀，孔與孔之間是連通的，微球表面由彎曲狀的片狀晶體組成；由圖3可以看出，HA微球經(jīng)煅燒處理后結(jié)晶度明顯提高且穩(wěn)定性較好，物相為純凈的HA。

實施例2

一種大尺寸HA多孔微球材料的制備，其組成包括如下重量份的成分：n(氯化鈣):n(磷酸氫二鉀)：n(谷氨酸)＝10.5:5.8:14.5，尿素0.8-1.2mol/L，稀硝酸/稀鹽酸0.03-0.08mol/L，溶劑為去離子水。

上述前驅(qū)體溶液的制備方法如下：首先將氯化鈣、磷酸氫二鉀、尿素在燒杯中混合，磁力攪拌并加入稀硝酸或稀鹽酸至沉淀完全溶解；然后將谷氨酸加入到溶液中，攪拌0.5h后將放入水熱釜中設(shè)定反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時間為15h；最后將所得白色沉淀離心洗滌干燥后熱處理1h，熱處理的溫度為1000℃。

實施例3

一種大尺寸HA多孔微球材料的制備，其組成包括如下重量份的成分：n(硝酸鈣):n(磷酸氫二鈉)：n(谷氨酸)＝10.5:6.2:15.3，尿素0.8-1.2mol/L，稀硝酸/稀鹽酸0.03-0.08mol/L，溶劑為去離子水。

上述前驅(qū)體溶液的制備方法如下：首先將四水硝酸鈣、磷酸氫二銨、尿素在燒杯中混合，磁力攪拌并加入稀硝酸/稀鹽酸至沉淀完全溶解；然后將谷氨酸加入到溶液中，攪拌0.5h后將放入水熱釜中設(shè)定反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時間為0.5h；最后將所得白色沉淀離心洗滌干燥后熱處理1h，熱處理的溫度為1000℃。

實施例4

一種大尺寸HA多孔微球材料的制備，其組成包括如下重量份的成分：n(四水硝酸鈣):n(磷酸氫二銨)：n(谷氨酸)＝11:6:14.5，尿素0.8-1.2mol/L，稀硝酸/稀鹽酸0.03-0.08mol/L，溶劑為去離子水。

上述前驅(qū)體溶液的制備方法如下：首先將四水硝酸鈣、磷酸氫二銨、尿素在燒杯中混合，磁力攪拌并加入稀硝酸/稀鹽酸至沉淀完全溶解；然后將谷氨酸加入到溶液中，攪拌0.5h后將放入水熱釜中設(shè)定反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時間為1h；最后將所得白色沉淀離心洗滌干燥后熱處理1h，熱處理的溫度為1000℃。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。