一种β-TCP纳米颗粒的低温制备方法
阅读说明：本技术 一种β-TCP纳米颗粒的低温制备方法 (Low-temperature preparation method of beta-TCP (Transmission control protocol) nanoparticles ) 是由 周雪锋 马步云 李恒 颜迪炜 顾宁 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种β-TCP纳米颗粒的低温制备方法,属于生物医学技术领域,取二水氯化钙溶解在乙二醇中,油浴,磁力搅拌直至完全溶解,得到含钙溶液；取磷酸氢二钠和氢氧化钠溶解在乙二醇中,水浴加热,得到含磷溶液；将含磷溶液以恒速滴加含钙溶液中,磁力加热搅拌,冷却至室温；将溶液离心,蒸馏水洗后得到粉末；将得到粉末用乙醇溶解,然后通过烘箱烘干得到β-TCP。本发明的β-TCP在生物医学领域被广泛的用来作为磷酸钙盐连接骨骼；而其他的重要的应用领域还有化肥,抛光,粉剂,陶瓷,食品添加剂等。用乙二醇作为溶剂,在相对较低的温度下成功制备了整齐六边形β-TCP纳米颗粒,并且它们的大小可以得到很好的控制。(The invention discloses a low-temperature preparation method of beta-TCP (transmission control protocol) nano particles, belonging to the technical field of biomedicine, and comprising the steps of dissolving calcium chloride dihydrate in ethylene glycol, carrying out oil bath, and carrying out magnetic stirring until the calcium chloride dihydrate is completely dissolved to obtain a calcium-containing solution; dissolving disodium hydrogen phosphate and sodium hydroxide in ethylene glycol, and heating in water bath to obtain a phosphorus-containing solution; dripping the phosphorus-containing solution into the calcium-containing solution at a constant speed, magnetically heating and stirring, and cooling to room temperature; centrifuging the solution, and washing with distilled water to obtain powder; dissolving the obtained powder with ethanol, and drying the solution in an oven to obtain the beta-TCP. The beta-TCP of the invention is widely used as calcium phosphate salt to connect bones in the biomedical field; other important application fields are fertilizers, polishing, powders, ceramics, food additives and the like. Regular hexagonal beta-TCP nanoparticles were successfully prepared at relatively low temperatures using ethylene glycol as solvent and their size could be well controlled.)
技术领域
本发明属于生物医学技术领域，具体涉及一种β-TCP纳米颗粒的低温制备方法。
背景技术
β-TCP作为生物材料的研究始于七十年代，当时是将其制成多孔体，对动物骨髓进行置换，实验结果非常成功，引起了人们极大的兴趣。二十多年来，随着研究的深入，各种形式的β-TCP材料已在临床医学中展现了优良的性能，并得到广泛应用，如用作骨移植和骨填充材料等。
以β-TCP为基体的药物载体，具有良好的生物相容性和可降解性，是由骨肿瘤、骨结核等引起的骨病手术后辅助化疗的一种有效手段，其优点在于：(1)使用方便，患者手术后，即可将盛装药物的载体植入病变处，一方面对患处起到治疗作用，另一方面起到骨组织的修补作用；2)局部释放药物浓度可控，通过改变载体内部结构或施加外部影响(如施加超声波等)，可控制载体释放速度，以适应病变及治疗的需要；(3)减少对正常细胞的损伤。由于是局部释药，植入病变区的药液浓度较大，能够产生较好的治疗效果；对非病变区，药液浓度小，可减少对正常细胞的损伤；这种治疗方法，比起一般的化疗方法，有利于患者的治疗和康复；(4)由于选用了可降解的β-TCP，药液释放完后不需要手术取出。随着新骨的生成，材料可与骨组织结合并逐渐降解消失。
β-磷酸三钙主要是由钙、磷组成，其成分与骨基质的无机成分相似，与骨结合好。动物或人体细胞可以在β-磷酸三钙材料上正常生长，分化和繁殖。通过大量实验研究证明：β-磷酸三钙对骨髓造血机能无不良反应，无排异反应，无急性毒性反应，不致癌变，无过敏现象。其颗粒直径小于5μm。
磷酸三钙材料因它良好的生物相容性和与天然骨相似的晶体结构而受到大量研究者的关注，由于这些性能，磷酸三钙材料主要应用于医学和生物学上。特别是β-磷酸三钙被广泛的使用在骨再生材料中。由于它对生物环境显示出优异的生物效应，β-TCP成为组成人类硬组织例如骨和牙齿的主要无机相。β-TCP纳米颗粒的结构呈针状，大小在100-150nm。
另外，众所周知β-TCP的纯度对骨增殖的成功与否至关重要。据报道当Ca/P比为1.5时纯的β-TCP是安全，无毒，不会引起排斥反应。
由于市场的需求，急需发明出比较方便，耗能少的制备β-TCP的方法，现如今有许多方法如下：
1、湿法制备：包括可溶性钙盐，磷酸盐反应工艺和酸碱中和反应工艺。
可溶性钙盐，磷酸盐反应工艺一般以硝酸钙和磷酸氢二铵为反应原料。将(NH4)2HPO4在搅拌条件下将按一定速度滴加到硝酸钙中，用氨水调节pH值。然后经过陈化、过滤洗涤、干燥、煅烧等一系列步骤制得β-磷酸三钙粉体。
以CaCl2和Na3PO4为原料，PEG为添加剂配制成PEG-CaCl2质量比为4:1的混合溶液，将Na3PO4滴加入上述混合溶液，5℃下PH调为9，冻干，800-900℃煅烧3h，制得较纯的β-TCP粉末，粒径大小在100nm。H.K.Varma采用上述反应工艺，烧结得β-TCP粉末，而且重点研究了其表面取向颗粒。
中和反应是用氢氧化钙和磷酸作为反应原料，在搅拌条件下将氢氧化钙制成悬浮液，而后将磷酸滴加入氢氧化钙悬浮液中，在经过静置，沉淀，过滤等步骤制得TCP粉体。此工艺的副产品只有水，所以沉淀可省去洗涤等繁琐步骤，然后经过干燥，煅烧，制得β-TCP粉体。何毅等使用Ca(OH)2/H3PO4/H2O体系，合成了一系列的纳米级β-TCP。
以Ca(OH)2和H3PO4为原料在微波反应器反应后900℃煅烧1小时得到β-TCP粉体，粒径大小在80-100nm。
采用湿法工艺所得粉末，具有独有的孔隙结构，具有丰富、均匀的微孔，较高的抗压强度和较好的溶解性能及孔隙可调控等特点，是制备β-TCP较为理想的工艺之一。
2、干法制备
固相反应制备β-TCP粉末，温度一般高于900℃。
常以CaHPO4·2H2O和CaCO3或Ca(OH)2为原料。
反应原理为：2CaHPO4·2H2O+CaCO3→Ca3(PO4)2+CO2↑+5H2O↑。
干法工艺制备的TCP粉末晶体结构无晶格收缩，结晶性好；但粉末晶粒直径较大，组成不均匀，往往存在杂质。
3、水热法制备
这种方法实际中应用不多，一般是在水热条件下，控制温度和压力，以CaHPO4或CaHPO4·2H2O为反应原料合成制得晶体完整、晶粒尺寸较大的TCP粉末。
发明内容
发明目的：本发明提供一种β-TCP纳米颗粒的低温制备方法，在相对较低的温度下成功制备了整齐六边形β-TCP纳米颗粒。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种β-TCP纳米颗粒的低温制备方法，包括如下步骤：
1)取二水氯化钙溶解在乙二醇中，油浴，磁力搅拌直至完全溶解，得到含钙溶液；
2)取磷酸氢二钠和氢氧化钠溶解在乙二醇中，水浴加热，得到含磷溶液；
3)将步骤2)得到的含磷溶液以恒速滴加到步骤1)得到的含钙溶液中，磁力加热搅拌，冷却至室温；
4)离心：将步骤3)溶液离心，蒸馏水洗后得到粉末：
5)烘干：将步骤4)得到粉末用乙醇溶解，然后通过烘箱烘干得到β-TCP。
进一步地，步骤1)中，所述的油浴的温度为120-150℃；步骤2)中，所述的水浴温度为80-95℃。优选的，90℃。
进一步地，步骤1)中，所述的含钙溶液中，Ca的摩尔浓度为0.01-0.03M。
进一步地，步骤1)中，所述的含钙溶液中，Ca的摩尔浓度为0.016M。
进一步地，步骤2)中，所述的含磷溶液中，磷酸根的摩尔浓度为0.01-0.03M，氢氧化钠的摩尔浓度为0.005-0.01M。
进一步地，步骤2)中，所述的含磷溶液中，磷酸根的摩尔浓度为0.02M，氢氧化钠的摩尔浓度为0.007M。
进一步地，步骤3)中，所述的磁力加热搅拌具体为130-160℃搅拌2-4小时。
进一步地，步骤3)中，所述的恒速具体为通过蠕动泵以16-25mL/min速度将含磷溶液加入到含钙溶液中。
进一步地，步骤5)中，所述的烘箱的温度为50-80℃。
进一步地，步骤4)中，采用不同的用量的离心管离心，具体为先以13mL离心管，后以4mL离心管离心。用4mL离心管离心时采用2500g的离心力。
有益效果，与现有技术相比，本发明的一种β-TCP纳米颗粒的低温制备方法，该方法具有可工业化、成本低等特点，制备的β-TCP具有良好的生物相容性和可降解性，在人体中其通过体液的侵蚀和细胞的吞噬作用被机体部分或全部吸收而被取代，在骨缺损修复中起到暂时的骨性支架作用，能促使组织生长；本发明采用乙二醇作为溶剂，在相对较低的温度下成功制备了整齐六边形β-TCP纳米颗粒，并且它们的大小可以得到很好的控制；本发明无需涉及温度和复杂操作的合成复杂结构功能材料的方法。
附图说明
图1为β-TCP SEM图；
图2为β-TCP SEM图；
图3为β-TCP XRD衍射图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进说明。
利用液相法在相对温度较低的情况下(150℃)制备单晶体β-TCP，溶液乙二醇对均匀的亚微颗粒晶体的形成起着至关重要的作用。
一种β-TCP纳米颗粒的低温制备方法，包括如下步骤：
1)含钙溶液的配制：取适当的二水氯化钙溶解在乙二醇中，油浴，磁力搅拌直至完全溶解；
2)含磷溶液的配制：取适当的磷酸氢二钠和氢氧化钠溶解在乙二醇中，水浴加热；
3)步骤1)-2)两种溶液反应；将步骤2)溶液以一定恒速滴加到步骤1)溶液中，130-160℃下磁力搅拌3个小时，冷却至室温；
4)离心：将步骤3)溶液先后以13mL离心管、4mL离心管离心，蒸馏水洗：
5)烘干：将步骤4)粉末用乙醇溶解，然后烘箱烘干得到β-TCP。
乙二醇为溶剂，溶液乙二醇被认为在此合成过程中起到至关重要的作用。经过测量氯化钙和磷酸氢二钠在水和乙二醇中的摩尔电导率不同。由曲线可得钙和磷离子在水溶液中远远多于其在乙二醇溶液中。另外，氯化钙和磷酸氢二钠在乙二醇中的电解质浓度对导电性几乎无影响。此结果显示乙二醇可以作为一种介质控制钙磷离子在电解质溶液中的释放。因此，乙二醇溶液在β-TCP粉末形成的过程中提供了一个微弱但是稳定的驱动力促使反应形成良好的结晶。
含钙溶液的配制，取适当的二水氯化钙溶解在乙二醇中，以120-150℃油浴，磁力搅拌直至完全溶解，备用。含钙溶液的配制，得到完全溶解的溶液。Ca的摩尔浓度为0.01-0.03M，最优化的采用0.016M。
含钙溶液、含磷溶液都采用乙二醇。磷酸根的摩尔浓度为0.01-0.03M，氢氧化钠的摩尔浓度为0.005-0.01M。最优化的磷酸根的摩尔浓度为0.02M，氢氧化钠的摩尔浓度为0.007M。
含磷溶液的配制，取适当的磷酸氢二钠和氢氧化钠溶解在乙二醇中，水浴加热到80-95℃；
步骤4)、5)，经过两次离心、蒸馏水洗涤、乙醇溶解，在50-80℃烘箱烘干得到β-TCP。
步骤3)通过蠕动泵以16-25mL/min速度将含磷溶液加入到含钙溶液中，，在磁力加热搅拌器以130-160℃搅拌2-4小时。过程保持高速的搅拌。最优化的采用20mL/min的速度。
步骤4)先后采用不同的用量的离心管离心。
步骤4)用4mL离心管离心时采用2500g的离心力。
本发明同现有技术相比，β-TCP只能够通过在800℃以上的温度下煅烧多磷羟基磷灰石制得。以前的合成方法制得的是形态不规则，大小不均匀的β-TCP。而发明是在相对较低的温度下(150℃)，以乙二醇为溶剂下制备β-TCP。所形成的晶体是六边形的，并且它们的大小可以得到很好的控制。本发明的方法制备的β-TCP，图1-2为合成六边形β-TCP的SEM图显示，通过SEM图查看其直径、厚度及查看XRD衍射图如图3，六边形β-TCP颗粒的大小在200-250nm左右。通过它的侧视图2图可以看出厚度在100nm左右。六边形固体粉末的XRD图谱，所有的峰都与标准的β-TCP的峰完全一致，且无杂质峰。制备所得的固体粉末使用X-ray衍射进行检测(XRD，图1)，所得的峰都可以用β-TCP的标准卡进行对比(JCPDS:09-0169，a＝b＝10.42°A，c＝37.38°A；α＝β＝90°，γ＝120°R3c(167)空间组)结果显示根据化学分析Ca/P摩尔比是1.51±0.02，与理想的β-TCP的制备摩尔比1.5一致。
实施例1：
一种β-TCP纳米颗粒的低温制备方法：
含钙溶液的配制：电子天平称取0.6g二水氯化钙加入300mL乙二醇中，油浴150℃磁力搅拌至完全溶解，做为溶液A；
含磷溶液的配制：量取8.16mL 0.3M磷酸氢二钠和0.72mL 1.3M氢氧化钠加入120mL乙二醇中，水浴加热至80℃，做为溶液B；
溶液A与B溶合：用恒压漏斗将溶液B以20mL/min的速度滴加入溶液A中。在150℃下磁力搅拌2h；
冷却至室温。用13mL离心管离心，在用4mL离心管离心(2500g转速)。蒸馏水洗，乙醇溶解粉末，60℃烘箱烘干。
制备得到的β-TCP晶体是六变形，并且它们的大小可以控制，化学分析Ca/P摩尔比是1.51±0.02，与理想的β-TCP的制备摩尔比1.5一致。样品的SEM图见图1。
实施例2：
一种β-TCP纳米颗粒的低温制备方法：
含钙溶液的配制：电子天平称取0.9g二水氯化钙加入200mL乙二醇中，油浴130℃磁力搅拌至完全溶解，做为溶液A；
含磷溶液的配制：量取5.41mL 0.3M磷酸氢二钠和0.6mL 1.3M氢氧化钠加入150mL乙二醇中，水浴加热至90℃，做为溶液B；
溶液A与B溶合：用恒压漏斗将溶液B以25mL/min的速度滴加入溶液A中。在130℃下磁力搅拌3h；
冷却至室温。用13mL离心管离心，再用4mL离心管离心(2500g转速)。蒸馏水洗，乙醇溶解粉末，80℃烘箱烘干。
制备得到的β-TCP晶体是六变形，并且它们的大小可以控制，化学分析Ca/P摩尔比是1.51±0.02，与理想的β-TCP的制备摩尔比1.5一致。样品的SEM图见图2，XRD衍射数据见图3。
实施例3：
一种β-TCP纳米颗粒的低温制备方法：
含钙溶液的配制：电子天平称取1.2g二水氯化钙加入500mL乙二醇中，油浴120℃磁力搅拌至完全溶解，做为溶液A；
含磷溶液的配制：量取15.23mL 0.3M磷酸氢二钠和14.13mL 1.3M氢氧化钠加入290mL乙二醇中，水浴加热至95℃，做为溶液B；
溶液A与B溶合：用恒压漏斗将溶液B以20mL/min的速度滴加入溶液A中。在160℃下磁力搅拌4h；
冷却至室温。用13mL离心管离心，在用4mL离心管离心(2500g转速)。蒸馏水洗，乙醇溶解粉末，50℃烘箱烘干。
制备得到的β-TCP晶体是六变形，并且它们的大小可以控制，化学分析Ca/P摩尔比是1.51±0.02，与理想的β-TCP的制备摩尔比1.5一致。