專利名稱：生物醫(yī)用的α-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a -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。硫酸鈣主要有無水CaSO4, CaSO4 · 1/2Η20和CaSO4 · 2Η20。三者在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。無水CaSO4多被用作石膏繃帶，エ藝品和建筑材料。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 · I/2Η20和 β-CaSO4 · 1/2Η20。據(jù) Thomas, Μ. V. (Journal of Biomedical Materials ResearchPart 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 · 1/2H20和β -CaSO4 · 1/2H20兩者的結(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在吸熱峰之后有個很小的放熱峰，而β -CaSO4 ·1/2Η20卻沒有這個放熱峰；且在相同水灰比的條件下，a -CaSO4 · 1/2Η20水化后的CaSO4 · 2Η20具有更高的強(qiáng)度和較小的可吸收速率，這在一定程度上緩解了傳統(tǒng)硫酸鈣材料在體內(nèi)吸收過快的問題。但是，由于所形成CaSO4 · 2Η20的體內(nèi)降解速度仍快于新骨的形成速度，其骨修復(fù)性能受到一定的影響。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，這也成為研究者和企業(yè)迫切需要解決的問題。針對硫酸鈣降解過快和磷酸鈣難以降解的問題而進(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速度相匹配。如專利號為CN200710063903. 4的中國發(fā)明專利公開了ー種新型無機(jī)植骨材料，由β -Ca3(PO4)2和a -CaSO4 · 1/2Η20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)明專利申請公開了ー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)明專利申請公開了ー種基于納米Caltl (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)合材料只是將硫酸鈣和磷酸鈣簡單共混，利用二者的降解速率不同來調(diào)節(jié)材料的降解速率，并沒有從結(jié)構(gòu)上改變材料本身，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a -Ca(HPO4)x (SO4) · 1/2Η20的固溶體顆粒及其制備方法。本發(fā)明的a -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a -Ca(HPO4)x(SO4) · 1/2Η20固溶體顆粒，顆粒尺寸為30 100 μ m，X的取值范圍為O. 03 O. 25。a -Ca(HPO4)x(SO4) · 1/2Η20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小時后，依次用去離子水和酒精過濾，烘干，獲得 CaSO4 · 2H20 ；
2)將一水合檸檬酸溶于去離子水中，制成電解質(zhì)溶液；
3)將步驟I)制得的CaS04*2H20和步驟2)制得的電解質(zhì)溶液混合，制得懸濁液；
4)將磷酸鹽和步驟3)制成的懸濁液攪拌混合后放入反應(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，然后酒精過濾，烘干，獲得a -Ca(HPO4)x(SO4)1^ · 1/2Η20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)晶的過程中，溶液中的HPO42-取代部分SO/—形成a -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a-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a-CaSO4 · 1/2Η20, ΗΡ042_的存在可以阻礙a -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a -Ca(HPO4)x(SO4) · 1/2Η20的水化時間，同時，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)明制備方法簡單易行，操作簡單，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化。
圖I 為 a -Ca(HPO4)x(SO4)1^ · 1/2Η20 的固溶體顆粒的 SEM 圖。圖2 為 a -Ca(HPO4)x(SO4)1^ · 1/2Η20 的固溶體顆粒的 XRD 圖 3 為 a -Ca (HPO4)x (SO4) & · 1/2H20 的固溶體顆粒的 DTA-TG 圖。圖4 為 a -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20 的固溶體顆粒的 EDS 圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
1)將CaCl2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)時間為2小時，反應(yīng)后用去離子水過濾3次，酒精過濾一次，再60°C烘干，獲得CaSO4 · 2H20 ；
2)將O.4g的一水合檸檬酸溶于400ml的去離子水中，制成電解質(zhì)溶液；
3)將IOg步驟I)制得的CaSO4·2Η20和步驟2)制得的電解質(zhì)溶液混合，制得懸濁液； 4)將Ig的CaHPO4·2Η20和步驟3)制成的懸濁液攪拌混合后放入反應(yīng)釜中，使混合液中的P/S的摩爾比為O. 1，反應(yīng)在130°C的水熱條件下進(jìn)行，反應(yīng)時間為10小時，反應(yīng)后的樣品用酒精過濾3次，再60°C烘干，獲得a -Ca(HPO4)ο.07(SO4)ο.93· I/2Η20的固溶體顆粒，其顆粒尺寸為30 60μπι。實(shí)施例2
1)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)時間為2小時，反應(yīng)后用去離子水過濾3次，酒精過濾一次，再60°C烘干，獲得CaSO4 · 2H20 ；
2)將O.4g的一水合檸檬酸溶于400ml的去離子水中，制成電解質(zhì)溶液；
3)將IOg步驟I)制得的CaSO4·2Η20和步驟2)制得的電解質(zhì)溶液混合，制得懸濁液；
4)將4.16g的Na2HPO4 · 12H20和步驟3)制成的懸濁液攪拌混合后放入反應(yīng)釜中，使混合液中的P/S的摩爾比為O. 2，反應(yīng)在140°C的水熱條件下進(jìn)行，反應(yīng)時間為8小時，反應(yīng)后的樣品用酒精過濾3次，再60°C烘干，獲得a -Ca(HPO4)ο. 15(SO4)ο.85 · 1/2Η20的固溶體顆粒。其SEM圖如圖I所示由圖可見顆粒為六方棱柱結(jié)構(gòu)，且顆粒尺寸約為30 50 μ m0XRD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a -Ca(HPO4)ο. 15 (SO4)ο.85 · 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)一步分析可知曲線I的差熱和曲線2的失重都說明顆粒為 a-CaS04 · 1/2H20 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a -Ca (HPO4) ο. 15 (SO4) ο. 85 · 1/2Η20 的固溶體顆粒。實(shí)施例3
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)時間為2小時，反應(yīng)后用去離子水過濾3次，酒精過濾一次，再60°C烘干，獲得CaSO4 · 2H20 ；
2)將O.4g的一水合檸檬酸溶于400ml的去離子水中，制成電解質(zhì)溶液；
3)將IOg步驟I)制得的CaSO4·2Η20和步驟2)制得的電解質(zhì)溶液混合，制得懸濁液；
4)將2.37g的KH2PO4和步驟3)制成的懸濁液攪拌混合后放入反應(yīng)釜中，使混合液中的P/S的摩爾比為O. 3,反應(yīng)在150°C的水熱條件下進(jìn)行,反應(yīng)時間為6小時,反應(yīng)后的樣品用酒精過濾3次，再60 V烘干，獲得a -Ca (HPO4) 0.21 (SO4) 0.79 · 1/2Η20的固溶體顆粒，其顆粒尺寸為40 100 μ m。
權(quán)利要求
1.生物醫(yī)用的Q-Ca(HPO4)X(SO4)1-^lAH2O的固溶體顆粒，其特征在于它是在水熱條件下，CaSO4中的部分SO/—被HPO42-取代，形成的α -Ca (HPO4) x (SO4) · 1/2Η20固溶體顆粒，顆粒尺寸為30 100 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α-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小時后，依次用去離子水和酒精過濾，烘干，獲得 CaSO4 · 2H20 ； 2)將一水合檸檬酸溶于去離子水中，制成電解質(zhì)溶液； 3)將步驟I)制得的CaS04*2H20和步驟2)制得的電解質(zhì)溶液混合，制得懸濁液； 4)將磷酸鹽和步驟3)制成的懸濁液攪拌混合后放入反應(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，然后酒精過濾，烘干，獲得a -Ca(HPO4)x(SO4)1^ · 1/2Η20的固溶體顆粒。
3.按權(quán)利要求2所述的α-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α-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α-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)明公開了一種α-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)α-Ca(HPO4)x(SO4)1-x·1/2H2O的固溶體顆粒。本發(fā)明制備的α-Ca(HPO4)x(SO4)1-x·1/2H2O的固溶體顆?？梢詮V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A61L27/12GK102815683SQ20121032797
公開日2012年12月12日 申請日期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, 黃海生 申請人:浙江大學(xué)