專利名稱：水熱法制備磁性介孔磷灰石微球材料的方法
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，具體為一種磁性介孔羥基磷灰石微 球材料的制備方法，尤其是水熱法制備性介孔羥基磷灰石微球材料。
背景技術：
羥基磷灰石[Caltl (PO4)6 (OH)2，簡稱HA]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(jīng)被廣泛的應用于人體硬組織替代材料和修復材料。生物體中的HA結構 復雜，多數(shù)情況下礦物的成分不純，鈣離子經(jīng)常缺少，容易被鈉、鎂等離子取代。氫氧根離子 和磷酸根離子容易被碳酸根離子取代，分別形成A型和B型碳酸根型羥基磷灰石。自從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制備出硅基-MCM-41介孔分子篩以來\_Nature 359 (1992) 71(Γ712]，介孔材料的合成方法及應用均得到迅猛發(fā)展。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。介孔羥基磷灰石微球兼具羥基磷灰石和介孔材料的優(yōu)異性能，其優(yōu)點如下(
)羥基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；(ii)介孔羥基磷灰石具有較大的比表面積和孔容，可以用作藥物載體，其載藥量高于
普通磷灰石；(iii)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。國內外學者采用水熱法制備了多孔羥基磷灰 石，即將天然珊瑚經(jīng)過高溫高壓下通過固相離子交換機制轉化成羥基磷灰石，同時保留了 珊瑚多孔結構[Nature 247(1974): 220 222，美國專利3929971]。由于采用磷酸鹽濃度較 低，反應速度普遍較慢，一般需要反應數(shù)天才能得到完全轉化的羥基磷灰石[中國專利CN 1404880A]。最近我們研究發(fā)現(xiàn)通過提高磷酸鹽濃度可以加快轉化速率，而且得到的羥基磷 灰石具有介孔結構。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。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。磁性納米粒子還可以作為鐵磁熱籽，在體外交變磁場作用下使得導入腫 瘤病灶區(qū)域的磁粒發(fā)熱，以達到破壞腫瘤細胞的目的U Phs D Appl Phys 36 (2003) R167-R181]。此外，Bock等將磁性粒子引入到骨組織工程中，發(fā)現(xiàn)磁性支架有助于人骨髓 間充質干細胞的附著和增殖[Acta Biomater 6 (2010) 786-796]。磁性介孔羥基磷灰石 微球大大拓展了它在藥物緩釋系統(tǒng)、骨修復材料等生物醫(yī)藥領域的應用前景，尤其適合治 療由于骨腫瘤、骨腫囊等引起的骨缺損。
磁性介孔羥基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SW2為 模板，經(jīng)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(CN 1446589A)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。基于此，本發(fā)明采用水熱法制備了單分散的磁性介孔羥基磷灰 石微球，以克服現(xiàn)有技術的缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用水熱法制備磁性介孔羥基磷灰石微球的方法。本發(fā)明采用水熱法制備了單分散磁性介孔羥基磷灰石微球，主要包括以下兩步 驟(1)采用原位復合技術制備出磁性碳酸鈣微球；( 將磁性碳酸鈣微球置于磷酸鹽溶 液中，經(jīng)過水熱處理后轉化成磁性介孔羥基磷灰石微球。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的而采用的具體技術方案為，水熱法制備磁性介孔羥基磷灰 石微球的方法，包括以下步驟
(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；無機酸可選用鹽酸、硫酸或硝酸，濃度為0. 1 2M ；
(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鈣鹽溶液 中，其中鈣離子含量優(yōu)選為0. 1 0. 5M，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% ；
碳酸鹽溶液中的碳酸根離子濃度優(yōu)選為0. 1 0. 5M ；
磁性納米粒子可選用狗304、y -Fe2O3或Mn-Si鐵氧體；粒徑為5 200nm ；
(3)將磁性碳酸鈣微球置于可溶性磷酸鹽溶液中，在100 300°C下反應2 36小時， 取沉淀洗滌干燥，得到磁性介孔羥基磷灰石微球；磁性碳酸鈣微球中的碳酸鈣與可溶性磷 酸鹽的摩爾比不大于1.67，即可溶性磷酸鹽過量；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，濃 度為0. 2M 飽和。所制備的磁性介孔羥基磷灰石微球，磁性能大小主要取決于反應體系中磁性納米 粒子的加入量，可以通過改變磁性納米粒子和磷灰石的質量比進行調控。采用本發(fā)明制備的磁性介孔羥基磷灰石微球，經(jīng)掃描電鏡檢測，粒徑分布均勻，粒 徑在;Γ6 μ m，磁性納米粒子均勻的分散在微球之中。微球呈花瓣狀結構，薄片狀或棒狀晶 體相互交聯(lián)在一起。經(jīng)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. 3(Tl. 65。比表面和孔徑分布分析儀測定表明孔徑主要分布在3. 9 nm。磁性納米粒子在磁性介孔碳酸鈣微球中的質量含量為2. 0 30%。本發(fā)明提供的磁性介孔羥基磷灰石微球具有優(yōu)良的藥物緩釋性能、磁性能、生物 相容性和生物活性，在磁靶向藥物載體、鐵磁熱籽和骨修復材料等生物醫(yī)藥領域具有廣闊 的應用前景。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；( 反應速度快，數(shù)小時就可以實現(xiàn)磁 性碳酸鈣微球完全轉化成磁性介孔羥基磷灰石微球；( 磁性介孔羥基磷灰石微球具有良 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)磁性介孔羥基磷灰石微球形貌規(guī)則，粒徑分布均勻，介孔的孔徑分 布均一；(5)生產(chǎn)工藝簡單，設備投資少，環(huán)境友好。


圖1實施例1制備的磁性介孔羥基磷灰石微球的SEM照片 圖2實施例1制備的磁性介孔羥基磷灰石微球的XRD圖。
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，得到含貝殼有 機質的CaCl2溶液。(2)磁性碳酸鈣微球的制備先將0.55 g !^e3O4磁性納米粒子(比飽和磁化強度 62. ^mu/g，粒徑為10 15nm)分散到200 mL含貝殼有機質的0. 25 mol/L CaCl2溶液中， 然后快速倒入200 mL濃度為0.25 mol/L碳酸鈉溶液，生成棕色沉淀，繼續(xù)攪拌1. 5 h。經(jīng) 過過濾，用去離子水洗滌數(shù)遍，在80°C的烘箱中干燥，得到磁性碳酸鈣微球，其中磁性納米 粒子的質量含量為 10. 7%。(3)磁性介孔羥基磷灰石微球的制備稱取0.60 g磁性碳酸鈣微球，置于15ml 濃度為0. 87mol/L的磷酸氫二鈉溶液中；取四份上述混合物，分別在140°C下水熱反應3h、 6h、12h、Mh，得到磁性介孔羥基磷灰石微球。用去離子水洗滌數(shù)遍，在6(T100°C的烘箱中干 燥，樣品編號依次為 MMH-3h、MMH-6h、MMH-12h, MMH-24h0經(jīng)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。經(jīng)掃描電鏡檢測，所制備的磁性介孔羥基磷灰石微球的粒徑為 5. 0 μ m,粒徑分 布均勻，微球呈花瓣狀結構，薄片狀或棒狀晶體相互交聯(lián)在一起，磁性納米粒子均勻的分散 在微球之中。經(jīng)檢測，羥基磷灰石的Ca/P摩爾比 1. 6，磁性納米粒子在磁性介孔磷灰石微球中 的質量含量為 10. 7%，介孔孔徑分布在 3. 9nm,比飽和磁化強度變?yōu)?. 7 emu/g。SEM照片 和XRD圖分別如圖1和圖2所示。藥物緩釋實驗表明磁性介孔羥基磷灰石微球具有優(yōu)良的藥物緩釋性能。
其中0. 87mol/L的磷酸氫二鈉溶液可用0. 2Μ 飽和的磷酸氫二鈉溶液代替，也可 以使用磷酸氫二鉀溶液。實施例2
選用實施例1制得的四種磁性介孔羥基磷灰石微球，進行藥物緩釋實驗。(1)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溶于蒸餾水，并定容至1000ml。(2)載藥稱取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， 得到的沉淀物在50 ！下真空干燥，得到載藥磁性介孔羥基磷灰石微球。(3)載藥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實施例3
(1)配制含貝殼有機質的氯化鈣溶液將貝殼珍珠層在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)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. ^mu/g，粒徑為10 15nm)分散到200 mL含貝殼有機質的0. 10 mol/L CaCl2溶液中， 然后快速倒入200 mL濃度為0. 10 mol/L的碳酸鈉溶液，生成棕色沉淀，繼續(xù)攪拌1. 5 h。 經(jīng)過過濾，用去離子水洗滌數(shù)遍，在80°C的烘箱中干燥，得到磁性碳酸鈣微球，其中磁性納 米粒子的質量含量為 26. 5%。(3)磁性介孔羥基磷灰石微球的制備稱取0. 60 g磁性碳酸鈣微球，置于15ml 濃度為0. 87mol/L的磷酸氫二鉀溶液中；取四份上述混合物，分別在100°C、120°C、140°C、 160°C下水熱反應Mh，得到磁性介孔羥基磷灰石微球，用去離子水洗滌數(shù)遍，在80°C的烘 箱中干燥。樣品編號依次為MMH-100、MMH-120、MMH-140、MMH-160。經(jīng)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。經(jīng)掃描電鏡檢測，所制備的磁性介孔羥基磷灰石微球的粒徑為 5. 0 μ m,粒徑分 布均勻，微球呈花瓣狀結構，薄片狀或棒狀晶體相互交聯(lián)在一起，磁性納米粒子均勻的分散在微球之中。經(jīng)測試，羥基磷灰石的Ca/P摩爾比 1. 60，磁性納米粒子在磁性介孔磷灰石微球 中的質量含量為 26. 5%，介孔孔徑分布在 3. 9nm,比飽和磁化強度變?yōu)?7. 0 emu/g。藥物緩釋實驗表明磁性介孔羥基磷灰石微球具有優(yōu)良的藥物緩釋性能。其中0. 87mol/L的磷酸氫二鉀溶液可用0. 2Μ 飽和的磷酸氫二鉀溶液代替，也可 以使用磷酸氫二鈉溶液。實施例4
選用實施例3制得的四種磁性介孔羥基磷灰石微球，進行藥物緩釋實驗。(1)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溶于蒸餾水，并定容至1000ml。(2)載藥稱取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， 得到的沉淀物在50 ！下真空干燥，得到載藥磁性介孔羥基磷灰石微球。(3)載藥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
權利要求
1.水熱法制備磁性介孔磷灰石微球材料的方法，其特征在于，包括以下步驟(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，其中鈣離子含量優(yōu)選為 0. 1 0. 5M，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)將磁性碳酸鈣微球置于可溶性磷酸鹽溶液中，在100 300°C下反應2 36小時， 取沉淀洗滌干燥，得到磁性介孔羥基磷灰石微球；磁性碳酸鈣微球中的碳酸鈣與可溶性磷 酸鹽的摩爾比不大于1. 67 ；可溶性磷酸鹽溶液濃度為0. 2M 飽和。
2.權利要求1所述水熱法制備磁性介孔磷灰石微球材料的方法，其特征在于，步驟(1) 中所述無機酸選自鹽酸、硫酸或硝酸，濃度為0. 1 2M。
3.權利要求1所述水熱法制備磁性介孔磷灰石微球材料的方法，其特征在于，步驟(2) 中所述磁性納米粒子選自Fe304、Y -Fe2O3或Mn-Zn鐵氧體，粒徑為5 200nm。
4.權利要求1所述水熱法制備磁性介孔磷灰石微球材料的方法，其特征在于，步驟(2) 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。
5.權利要求1所述水熱法制備磁性介孔磷灰石微球材料的方法，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。
6.權利要求1所述水熱法制備磁性介孔磷灰石微球材料的方法，其特征在于，步驟(3) 中所述的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，公開了一種利用水熱法制備磁性介孔磷灰石微球材料的方法，以貝殼為原料，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置于磷酸鹽溶液中，經(jīng)過水熱處理后轉化成磁性介孔磷灰石微球。具有優(yōu)良的藥物緩釋性能、磁性能、生物相容性和生物活性，在磁靶向藥物載體、鐵磁熱籽和骨修復材料等生物醫(yī)藥領域具有廣闊的應用前景；本發(fā)明以貝殼作為原料，成本低，工藝簡單，反應速度快，環(huán)境友好。
文檔編號C01B25/32GK102139866SQ201010294228
公開日2011年8月3日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權日2010年9月28日
發(fā)明者姚勇波, 褚聯(lián)峰, 郭亞軍, 郭亞平 申請人:上海師范大學