專利名稱：生物醫(yī)用的β-Ca(HPO<sub>4</sub>)<sub>x</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>1-x</sub>·1/2H<sub>2</sub>O的固溶體顆粒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種β -Ca(HPO4)x(SO4) · 1/2Η20的固溶體顆粒及其制備方法。
背景技術(shù)：
硫酸鈣作為人工骨修復(fù)材料已有百年的歷史，并以其良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性，體內(nèi)降解可吸收性和高的抗壓強(qiáng)度等特性使其成為無(wú)機(jī)骨修復(fù)材料的研究熱點(diǎn)并廣泛用于骨修復(fù)中。
硫酸鈣主要有無(wú)水CaSO4, CaSO4 · 1/2Η20和CaSO4 · 2Η20。三者在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。而醫(yī)用硫酸鈣主要是CaSO4 · 1/2Η20和其水化后的CaSO4 · 2Η20,且CaSO4 · 2Η20常被用作晶種添加于CaSO4 · 1/2Η20中，加速CaSO4 · 1/2Η20的水化成CaSO4 · 2Η20。其中 CaSO4 · 1/2Η20 又分為 a -CaSO4 · 1/2Η20 和 β -CaSO4 · 1/2Η20。據(jù) Thomas, Μ. V.(Journal of Biomedical Materials Research Part B, 2009, 88B(2): P. 597-610)
、Chen, H. (Journal of Craniofacial Surgery, 2010, 21(1): P. 188-197)和 Guan,B. H. (J. Chem. Eng. Data, 2009，54(3) : P. 719-725.)報(bào)道，a-CaSO4 · I/2H20和β -CaSO4 · 1/2Η20兩者的結(jié)構(gòu)差異很小，但是a -CaSO4 · 1/2Η20的晶粒較大，具有六方棱柱結(jié)構(gòu)；且在DTA分析中，a-CaSO4 · 1/2Η20在吸熱峰之后有個(gè)很小的放熱峰，而β-CaSO4 · 1/2Η20卻沒(méi)有這個(gè)放熱峰；且在相同水灰比的條件下，β-CaSO4 · I/2Η20水化后的CaSO4 · 2Η20具有較低的強(qiáng)度和較高的可吸收速率，這在一定程度上限制了β -CaSO4 · 1/2Η20在臨床的應(yīng)用。目前，同樣作為生物活性材料的磷酸鈣也被廣泛應(yīng)用于骨修復(fù)中。研究者主要利用磷酸鈣具有和人體硬組織相似的組成成分，已被證明具有良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)性，但是，通常其降解緩慢，在體內(nèi)存留時(shí)間長(zhǎng)，達(dá)不到在治療期內(nèi)完全降解的要求，影響了新骨的長(zhǎng)入，這也成為研究者和企業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。針對(duì)硫酸鈣降解過(guò)快和磷酸鈣難以降解的問(wèn)題而進(jìn)行的研究很多。主要的研究和專利都是基于硫酸鈣和磷酸鈣的降解速率不同，利用兩種成分比例的不同調(diào)節(jié)降解速度，從而使之與人體骨組織生長(zhǎng)速度相匹配。如專利號(hào)為CN200710063903. 4的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了ー種新型無(wú)機(jī)植骨材料，由β -Ca3(PO4)2和a -CaSO4 · 1/2Η20的按一定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比組成；申請(qǐng)?zhí)枮?01010201897.6的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)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(qǐng)?zhí)枮?01010185090. 8的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了ー種基于納米Ca10(PO4)6(OH)2和CaSO4 · 1/2Η20的復(fù)合骨修復(fù)材料及其制備方法，將a -CaSO4 · 1/2H20、Caltl (PO4) 6 (OH) 2和添加劑形成復(fù)合骨修復(fù)材料。但這些復(fù)合材料多是利用a-CaSO4 · 1/2Η20和磷酸鈣簡(jiǎn)單共混，利用二者的降解速率不同來(lái)調(diào)節(jié)材料的降解速率，并沒(méi)有利用β -CaSO4 ·1/2Η20或是從結(jié)構(gòu)上改變硫酸鈣本身，使之具有新的特性以滿足臨床應(yīng)用的需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種具有固溶結(jié)構(gòu)的生物醫(yī)用β -Ca(HPO4)x (SO4) · 1/2Η20的固溶體顆粒及其制備方法。本發(fā)明的β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20的固溶體顆粒，是在水熱條件下，CaSO4中的部分SO42-被HPO42-取代，形成的β-Ca (HPO4)x(SO4)H · 1/2Η20固溶體顆粒，顆粒尺寸為30 80 μ m，X的取值范圍為O. 03 O. 25。β -Ca(HPO4)x(SO4) · 1/2 Η20的固溶體顆粒的制備方法，包括以下步驟
1)將溶于水的含鈣化合物和含硫化合物溶于去離子水中，分別配制成溶液，在常溫下按Ca/S的摩爾比為I: I混合，攪拌下反應(yīng)2小時(shí)后，依次用去離子水和酒精過(guò)濾，烘干，獲得 CaSO4 · 2H20 ；
2)將磷酸鹽和步驟I)制得的CaSO4CH2O與去離子水?dāng)嚢杌旌虾蠓湃敕磻?yīng)釜中，使混合液中的P/S的摩爾比為O. 05 O. 5，在130 150°C的水熱條件下，反應(yīng)6 10小時(shí)，然后用酒精過(guò)濾，烘干，獲得P-Ca(HPO4)x(SO4)^* 1/2H20的固溶體顆粒。上述制備方法中，所述的溶于水的含鈣化合物為CaN03、CaCl2或Ca(OH)2 ;所述的溶于水的含硫化合物是H2S04、Na2SO4, K2SO4或MgSO4 ;所述的磷酸鹽是Ca(H2PO4)2 · H2O,CaHPO4 *2H20,Ca3 (PO4) 2,Ca10 (PO4) 6 (OH) 2,NaH2PO4,Na2HPO4 · 12H20,Na3PO4,KH2PO4,K2HPO4 ·3Η20或 K3PO4。本發(fā)明在水介質(zhì)中引入磷酸鹽，并通過(guò)水熱處理，使CaSO4 · 2Η20在一定的壓カ和溫度的下進(jìn)行溶解和重結(jié)晶，在重結(jié)晶的過(guò)程中，溶液中的HPO42-取代部分SO/—形成β -Ca(HPO4)x(SO4) · 1/2Η20 的固溶體顆粒。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)明合成的β-Ca (HPO4)x (SO4) h · 1/2H20固溶體顆粒在結(jié)構(gòu)上就不同于以往硫酸鈣和磷酸鈣的多相復(fù)合材料。相比于純的β-CaSO4 · 1/2Η20, ΗΡ042_的存在可以阻礙β -Ca (HPO4) X(SO4)H · 1/2Η20 向 Ca (HPO4) x (SO4)ヒ· 2Η20 的轉(zhuǎn)變和 Ca (HPO4) x (SO4)ヒ· 2Η20網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，因此，延長(zhǎng)β-Ca (HPO4)x (SO4) · 1/2Η20的水化時(shí)間，同時(shí)，生成的Ca(HPO4)x (SO4) h ·2Η20也顯示出更慢的降解特性。該固溶體顆粒顯示出不同的水化和降解特性，可以改善其注射性能和生物降解性能，可廣泛地用于骨填充材料、骨水泥等生物醫(yī)學(xué)用材料領(lǐng)域，具有良好的臨床應(yīng)用前景。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單易行，操作簡(jiǎn)單，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化。
圖I 為 β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20 固溶體顆粒的 SEM 圖。圖2 為 β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20 固溶體顆粒的 XRD 圖。圖3 為 β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20 固溶體顆粒的 DTA-TG 圖。圖4 為 β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20 固溶體顆粒的 EDS 圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I1)將CaNO3和K2SO4溶于去離子水中，分別配制成溶液，在常溫下按Ca/S的摩爾比為I I混合，反應(yīng)在不斷地?cái)嚢柘逻M(jìn)行，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為2小吋，反應(yīng)后用去離子水過(guò)濾3次，酒精過(guò)濾一次，再60°C烘干，獲得CaSO4 · 2H20 ；
2)將Ig的CaHPO4·2Η20和IOg的步驟I)制得的CaSO4 ·2Η20在400ml的去離子水中攪拌混合，混合后的懸濁液放入反應(yīng)釜中，在130°C的水熱條件下，反應(yīng)10小時(shí)，反應(yīng)后的樣品用酒精過(guò)濾3次，再60°C烘干，獲得β -Ca(HPO4)atl6(SO4)a94 · I/2Η20的固溶體顆粒，其顆粒尺寸為30-80 μ m。實(shí)施例2
1)將CaCl2和Na2SO4溶于去離子水中，分別配制成溶液，在常溫下按Ca/S的摩爾比為I I混合，反應(yīng)在不斷地?cái)嚢柘逻M(jìn)行，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為2小吋，反應(yīng)后用去離子 水過(guò)濾3次，酒精過(guò)濾一次，再60°C烘干，獲得CaSO4 · 2H20 ；
2)將4. 16g 的 Na2HPO4 · 12H20 和 IOg 的步驟 I)制得的 CaSO4 · 2H20 在 400ml 的去離子水中攪拌混合，混合后的懸濁液放入反應(yīng)釜中，在140°C的水熱條件下，反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)后的樣品用酒精過(guò)濾3次，再60°C烘干，獲得β -Ca(HPO4)ο. 14 (SO4)ο.86 · 1/2Η20的固溶體顆粒，其顆粒尺寸為20-60 μ m。實(shí)施例3
1)將CaNO3和Na2SO4溶于去離子水中，分別配制成溶液，在常溫下按Ca/S的摩爾比為I I混合，反應(yīng)在不斷地?cái)嚢柘逻M(jìn)行，反應(yīng)溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間為2小吋，反應(yīng)后用去離子水過(guò)濾3次，酒精過(guò)濾一次，再60°C烘干，獲得CaSO4 · 2H20 ；
2)將2.37g的KH2PO4和IOg的步驟I)制得的CaSO4 · 2H20在400ml的去離子水中攪拌混合，混合后的懸濁液放入反應(yīng)釜中，在150°C的水熱條件下，反應(yīng)6小時(shí)，反應(yīng)后的樣品用酒精過(guò)濾3次，再60°C烘干，獲得β -Ca(HPO4)ο.2(SO4)ο.8 · 1/2Η20的固溶體顆粒。其SEM圖如圖I所示由圖可見(jiàn)顆粒的尺寸為30 80 μ m。XRD圖如圖2所示曲線I為半水硫酸鈣的標(biāo)準(zhǔn)卡片，曲線2為β -Ca (HPO4) ο. 2 (SO4) ο. 8 · 1/2Η20的固溶體顆粒；曲線2表明顆粒為CaSO4 · 1/2Η20晶相。并由圖3的DTA-TG圖進(jìn)ー步分析可知曲線I的差熱和曲線2的失重都說(shuō)明顆粒的晶相為β -CaSO4 · 1/2Η20晶相。EDS圖如圖4所示。顆粒中含有硫元素和磷元素，即顆粒為β -Ca(HPO4)ο.2(SO4)ο.8 · 1/2Η20 的固溶體顆粒。
權(quán)利要求
1.生物醫(yī)用的P-Ca(HPO4)X(SO4)1-^lAH2O的固溶體顆粒，其特征在于它是水熱條件下，CaSO4中的部分SO/—被HPO42-取代，形成的β -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20固溶體顆粒，顆粒尺寸為30 80 μ m，X的取值范圍為O. 03 O. 25。
2.制備權(quán)利要求I所述的β-Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20的固溶體顆粒的方法，其特征在于包括以下步驟 1)將溶于水的含鈣化合物和含硫化合物溶于去離子水中，分別配制成溶液，在常溫下按Ca/S的摩爾比為I: I混合，攪拌下反應(yīng)2小時(shí)后，依次用去離子水和酒精過(guò)濾，烘干，獲得 CaSO4 · 2H20 ； 2)將磷酸鹽和步驟I)制得的CaSO4CH2O與去離子水?dāng)嚢杌旌虾蠓湃敕磻?yīng)釜中，使混合液中的P/S的摩爾比為O. 05 O. 5，在130 150°C的水熱條件下，反應(yīng)6 10小時(shí)，然后用酒精過(guò)濾，烘干，獲得P-Ca(HPO4)x(SO4)^* 1/2H20的固溶體顆粒。
3.按權(quán)利要求2所述的β-Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20的固溶體顆粒的制備方法，其特征在于所述的溶于水的含鈣化合物為CaN03、CaCl2或Ca (OH) 2。
4.按權(quán)利要求2所述的β-Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20的固溶體顆粒的制備方法，其特征在于所述的溶于水的含硫化合物是H2S04、Na2SO4, K2SO4或MgS04。
5.按權(quán)利要求2所述的β-Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20的固溶體顆粒的制備方法，其特征在于所述的磷酸鹽是 Ca (H2PO4) 2 · H2O' CaHPO4 · 2H20、Ca3 (PO4)2, Ca10 (PO4) 6 (OH) 2、NaH2PO4、Na2HPO4 · 12H20、Na3PO4' KH2PO4' K2HPO4 · 3Η20 或 K3PO4。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種β-Ca(HPO4)x(SO4)1-x·1/2H2O的固溶體顆粒及其制備方法。采用濕化學(xué)方法、經(jīng)熱處理促使CaSO4中的部分SO42-被HPO42-取代，獲得組成和比例均可調(diào)節(jié)β-Ca(HPO4)x(SO4)1-x·1/2H2O的固溶體顆粒。本發(fā)明制備的β-Ca(HPO4)x(SO4)1-x·1/2H2O的固溶體顆粒可以廣泛地用于骨填充材料、骨水泥等生物醫(yī)用材料領(lǐng)域。
文檔編號(hào)A61L27/12GK102815682SQ20121032795
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者程逵, 章華勇, 翁文劍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)