碳酸根羟基磷灰石及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种碳酸根羟基磷灰石及其制备方法。
【背景技术】
[0002]轻基磷灰石(Hydroxyapatite，以下简称HAP)约占骨质成分的72%，在齿骨中所占比例高达95%，是人和动物骨骼、牙齿的主要矿物成分，具有良好的生物相容性和生物活性，广泛用作骨组织修复与替代及药物载体材料。与传统的羟基磷灰石相比，碳酸根羟基磷灰石与人体自然骨骼成分更加接近，具有更好的细胞活性。
[0003]通常合成碳酸根羟基磷灰石的方法一般有化学沉淀法、水热合成法等。然而，化学沉淀法合成的碳酸根羟基磷灰石的颗粒粒径不均匀，团聚严重，为了维持电荷的平衡，会发生钠离子的共沉淀。而水热合成法具有较高的转化率，且颗粒粒径均匀，方法简单，但是由于使用该方法制备碳酸根羟基磷灰石能耗大，反应环境不安全，且现有的钙试剂价格较贵，增加了碳酸根羟基磷灰石的制备成本，同时，其使用的钙试剂数量有限而无法满足碳酸根羟基磷灰石的临床需要，因此，急需寻找一种成本较低、能耗较小且反应环境较为安全的碳酸根羟基磷灰石的制备方法。
【发明内容】
[0004]鉴于此，有必要提供一种成本较低、能耗较小且反应环境较为安全的碳酸根羟基磷灰石的制备方法。
[0005]此外，还要提供一种由碳酸根羟基磷灰石的制备方法制备得到的碳酸根羟基磷灰石O
[0006]一种碳酸根羟基磷灰石的制备方法，包括如下步骤:
[0007]将贝壳于200?500 0C保温煅烧240?600分钟，得到贝壳粉；
[0008]按照钙元素和磷元素的摩尔比为5: 3，将所述贝壳粉加入到磷酸盐水溶液中，得到悬浊液；及
[0009]调节所述悬浊液的pH值至8?12，并超声处理4?18小时，得到碳酸根羟基磷灰石O
[0010]在其中一个实施例中，所述超声处理的步骤是在空气的气氛中进行的。
[0011 ] 在其中一个实施例中，所述磷酸盐水溶液选自磷酸氢二铵水溶液、磷酸二氢铵水溶液、磷酸二氢钠水溶液、磷酸氢二钠水溶液、磷酸二氢钾水溶液及磷酸氢二钾水溶液中的至少一种。
[0012]在其中一个实施例中，所述磷酸盐水溶液中的磷酸根的摩尔浓度为0.05?2mol/L0
[0013]在其中一个实施例中，在调节所述悬浊液的pH值至8?12的步骤中使用氨水调
-K-■P。
[0014]在其中一个实施例中，在将所述悬浮液超声处理的步骤之后，还包括将超声处理后得到的反应液过滤，将得到的滤渣使用去离子水清洗，然后于60?80°C干燥6?24小时的步骤。
[0015]在其中一个实施例中，所述超声处理时的频率为45Hz或80Hz。
[0016]一种由上述碳酸根羟基磷灰石的制备方法制备得到的碳酸根羟基磷灰石。
[0017]上述碳酸根羟基磷灰石的制备方法的步骤简单，且与水热合成法相比，上述制备方法的反应过程无需在高温高压下进行，仅仅通过超声处理即可合成，反应环境较为安全且能耗较低，节约了生产成本；且通过使用天然贝壳作为钙源，不仅解决了现有的钙盐试剂有限而无法满足碳酸根羟基磷灰石的临床需要问题，还降低了碳酸根羟基磷灰石的制备成本。
【附图说明】
[0018]图1为一实施方式的碳酸根羟基磷灰石的制备方法的流程图；
[0019]图2为实施例1的牡蛎壳煅烧后得到的牡蛎壳粉的X射线衍射图谱；
[0020]图3为实施例1的牡蛎壳粉的热重分析图谱；
[0021]图4为实施例1的碳酸根羟基磷灰石的扫描电镜图；
[0022]图5为实施例1的碳酸根羟基磷灰石和对比例I的羟基磷灰石的傅里叶转换红外线光谱图。
【具体实施方式】
[0023]下面主要结合附图及具体实施例对碳酸根羟基磷灰石及其制备方法作进一步详细的说明。
[0024]如图1所示，一实施方式的碳酸根羟基磷灰石的制备方法，包括如下步骤:
[0025]步骤SllO:将贝壳于200?500°C保温煅烧240?600分钟，得到贝壳粉。
[0026]其中，贝壳中的主要成分为碳酸钙，因此，可将贝壳作为钙源。贝壳可以为淡水贝类的壳或者是海洋贝类的壳。具体的，贝壳为海洋贝壳。在本实施例中，贝壳为废弃的海洋贝壳。使用废弃的海洋贝壳不仅能够解决环境问题，还能够降低制备成本。
[0027]其中，废弃的海洋贝壳可以为牡蛎壳、蛤蛎壳、鲍鱼壳、扇贝壳或贻贝壳等。
[0028]其中，将贝壳于200?500°C保温煅烧240?600分钟会使贝壳中的有机物挥发，有机物挥发之后，就得到了贝壳粉，且该贝壳粉几乎全部为碳酸钙。
[0029]步骤S120:按照钙元素和磷元素的摩尔比为5:3，将贝壳粉加入到磷酸盐水溶液中，得到悬浊液。
[0030]步骤S120中，贝壳粉的加入量按照贝壳粉全部为碳酸钙进行计算，也即是加入的贝壳粉的质量为所需钙元素的摩尔量与碳酸钙的相对分子质量的乘积。
[0031]其中，磷酸盐水溶液选自磷酸氢二胺水溶液、磷酸二氢铵水溶液、磷酸二氢钠水溶液、磷酸氢二钠水溶液、磷酸二氢钾水溶液及磷酸氢二钾水溶液中的至少一种。
[0032]其中，磷酸盐水溶液中磷酸根的摩尔浓度为0.05?2mol/L。
[0033]步骤S130:调节悬浊液的pH值至8?12，并超声处理4?18小时，得到碳酸根羟基磷灰石。
[0034]其中，步骤S130中，超声处理的步骤中，悬浊液承装在烧杯中于超声波中超声处理。
[0035]其中，超声处理步骤是在空气的条件下进行的。
[0036]其中，步骤S130中，在调节悬浊液的pH值至8?12的步骤中使用氨水调节。且氨水的质量百分浓度为20?30%。
[0037]具体的，在将悬浮液超声处理的步骤之后，还包括将超声处理后得到的反应液过滤，将得到的滤澄使用去离子水清洗，然后于60?80°C干燥6?24小时的步骤。
[0038]其中，超声处理时的频率为45Hz或80Hz。
[0039]上述碳酸根羟基磷灰石的制备方法的步骤简单，且与水热合成法相比，上述制备方法的反应过程无需在高温高压下进行，仅仅通过超声处理合成，反应环境较为安全且能耗较低，节约了生产成本；且通过使用天然贝壳作为钙源，不仅解决了现有的钙盐试剂有限而无法满足碳酸根羟基磷灰石的临床需要问题，还降低了碳酸根羟基磷灰石的制备成本。
[0040]此外，此方法制备的碳酸根羟基磷灰石呈片状，不仅可以作为骨修复材料，还可以作为药物载体。
[0041]且上述碳酸根羟基磷灰石的制备方法与水热合成法制备碳酸根羟基磷灰石相比，有如下优点:
[0042](I)水热合成法需要将反应物放入水热合成反应釜中，将反应釜放置在100?200°C的环境下反应，在这种温度下反应釜的内部会产生高温高压，有爆炸的风险，而上述碳酸根羟基磷灰石的制备方法只需将反应物放置在烧杯等容器中，然后在超声波中进行超声反应，十分的安全。
[0043](2)水热合成法使用的反应釜的容积有限，每次反应量较小，使得每次合成产物的量少，而超声反应能够大大增加一次的反应量，提高生产效率。
[0044](3)水热合成法的反应场所为水热合成反应釜，价格昂贵(反应釜的外壳一般为不锈钢，内胆材料为聚四氟乙烯)，而上述碳酸根羟基磷灰石的制备方法的反应场所仅仅为烧杯等玻璃容器即可，价格低廉，显然，相对于水热合成法，上述碳酸根羟基磷灰石的制备方法制备成本更低。
[0045](4)水热合成法需将反应物放入聚四氟乙烯内胆，将聚四氟乙烯内胆盖子拧紧后放入不锈钢反应釜中，然后将反应釜拧紧后放入烘箱进行水热反应，且反应结束后，需等待一定的时间以待反应釜冷却至内外压平衡，方可打开反应釜，此种方法操作繁琐，耗时较长，而超声反应只需将反应物放入烧杯等玻璃容器中直接超声即可，反应完毕后，直接清洗反应物，即可得到产物，操作方法简单，且耗时较短。
[0046](5)水热合成法在反应时主要靠形成的高温高压的密闭环境，高温高压促进反应的进行，但反应时原料静止在反应釜的底部，故当反应物料较多时，表面的反应物优先反应，而中间和底部的反应物有可能因反应时间不充分或者反应物料过多等原因，无法参与反应，因此，在水热反应前需将贝壳粉进一步球磨，且反应物也不能太多，否则难以完全反应，导致反应转化率较低；而超声反应的原理为超声震荡，反应物在超声波频率下振动，反应物之间接触充分，中间和下层的反应物可以同时参与反应，故相同时间内，反应转化率尚O
[0047](6)水热合成法的反应过程是在密闭的反应釜中进行的，羟基磷灰石(HAP)中的碳酸根仅仅来自于碳酸钙，而上述制备方法的超声反应是在有空气的气氛中进行的，空气中的0)2和贝壳原料中的CO广进入了羟基磷灰石，部分取代了 PO43IP OH _，得到的产物是碳酸根羟基磷灰石(CHAP)，含有更多的碳酸根离子，在化学成分上与人体骨中的矿物成分更为接近。
[0048](7)水热合成法制备的羟基磷灰石为针状结构，适用于骨修复材料，超声反应制备的碳酸根羟基磷灰石呈片状，不仅可以作为骨修复材料，还可以作为药物载体，具有更广泛的用途。
[0049]一种由上述碳酸根羟基磷灰石的制备方法制备得到的碳酸根羟基磷灰石。该碳酸根羟基磷灰石含有更多的碳酸根与人体自然骨骼成分相接近。且该碳酸根羟基磷灰石呈片状，可以作为药物载体。
[0050]以下为具体实施例部分:
[0051]实施例1
[0052]本实施例的碳酸根羟基磷灰石的制备步骤如下:
[0053](I)将废弃的牡蛎壳置于马弗炉中于250°C保温煅烧600分钟，牡蛎壳中的有机物完全挥发，得到牡蛎壳粉。
[0054](2)将磷酸氢二胺溶解于去离子水中，得到磷酸根的摩尔浓度为0.05mol/L的磷酸氢二铵水溶液，按照钙元素和磷元素的摩尔比为5: 3，将牡蛎壳粉加入到承装有磷酸氢二胺水溶液的玻璃烧杯中，得到悬浊液。
[0055](3)使用质量百分浓度为20%的氨水调节悬浊液的pH值至10后，于频率为80Hz的超声波中超声处理18小时，将超声处理后的反应液过滤，将得到的滤渣使用去离子水清洗，然后于70°C干燥24小时，得到片状的碳酸根羟基磷灰石，纯度100%，产率为100%。
[0056]图2为本实施例的牡蛎壳煅烧后得到的牡蛎壳粉的X射线衍射图谱，从图2中可以看出经煅烧后得到的牡蛎壳粉的物相成分为碳酸钙。
[0057]图3为本实施例的牡蛎壳粉的热重分析图谱，从图3中可以看出经煅烧后的牡蛎壳粉在升温到500°C时质量没有损失。从图2和图3中可以看出经煅烧后牡蛎壳中的有机成分已挥发，煅