本发明公开了一种α-Ca(HPO
1.生物医用的α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒,其特征在于它是在水热条件下,CaSO₄中的部分SO₄^2-被HPO₄^2-取代,形成的α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O固溶体颗粒,颗粒尺寸为30~100μm,x的取值范围为0.03~0.25。
2.制备权利要求1所述的α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒的方法,其特征在于包括以下步骤:1)xa0将溶于水的含钙化合物和含硫化合物溶于去离子水中,分别配制成溶液,在常温下按Ca/S的摩尔比为1:1混合,搅拌下反应2小时后,依次用去离子水和酒精过滤,烘干,获得CaSO₄·2H₂O;2)xa0将一水合柠檬酸溶于去离子水中,制成电解质溶液;3)xa0将步骤1)制得的CaSO₄·2H₂O和步骤2)制得的电解质溶液混合,制得悬浊液;4)xa0将磷酸盐和步骤3)制成的悬浊液搅拌混合后放入反应釜中,使混合液中的P/S的摩尔比为0.05~0.5,在130~150°C的水热条件下,反应6~10小时,然后酒精过滤,烘干,获得α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒。
3.按权利要求2所述的α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒的制备方法,其特征在于所述的溶于水的含钙化合物为Ca(NO₃)₂、CaCl₂或Ca(OH)₂。
4.按权利要求2所述的α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒的制备方法,其特征在于所述的溶于水的含硫化合物是H₂SO₄、Na₂SO₄、K₂SO₄或MgSO₄。
5.按权利要求2所述的α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒的制备方法,其特征在于所述的磷酸盐是Ca(H₂PO₄)₂·H₂O、CaHPO₄·2H₂O、Ca₃(PO₄)₂、Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄·12H₂O、Na₃PO₄、KH₂PO₄、K₂HPO₄·3H₂O或K₃PO₄。技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域,具体涉及一种α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒及其制备方法。xa0
背景技术
硫酸钙作为人工骨修复材料已有百年的历史,并以其良好的生物相容性、骨传导性,体内降解可吸收性和高的抗压强度等特性使其成为无机骨修复材料的研究热点并广泛用于骨修复中。xa0硫酸钙主要有无水CaSO₄,CaSO₄·1/2H₂O和CaSO₄·2H₂O。三者在一定条件下可以相互转化。无水CaSO₄多被用作石膏绷带,工艺品和建筑材料。而医用硫酸钙主要是CaSO₄·1/2H₂O和其水化后的CaSO₄·2H₂O,且CaSO₄·2H₂O常被用作晶种添加于CaSO₄·1/2H₂O中,加速CaSO₄·1/2H₂O的水化成CaSO₄·2H₂O。其中CaSO₄·1/2H₂O又分为α-CaSO₄·1/2H₂O和β-CaSO₄·1/2H₂O。据Thomas,xa0M.xa0V.xa0(Journalxa0ofxa0Biomedicalxa0Materialsxa0Researchxa0Partxa0B,xa02009,xa088B(2):xa0P.xa0597-610)xa0、xa0Chen,xa0H.xa0(Journalxa0ofxa0Craniofacialxa0Surgery,xa02010,xa021(1):xa0P.xa0188-197)和Guan,xa0B.xa0H.xa0(J.xa0Chem.xa0Eng.xa0Data,xa02009,xa054(3):xa0P.xa0719-725.)xa0报道,α-CaSO₄·1/2H₂O和β-CaSO₄·1/2H₂O两者的结构差异很小,但是α-CaSO₄·1/2H₂O的晶粒较大,具有六方棱柱结构;且在DTA分析中,α-CaSO₄·1/2H₂O在吸热峰之后有个很小的放热峰,而β-CaSO₄·1/2H₂O却没有这个放热峰;且在相同水灰比的条件下,α-CaSO₄·1/2H₂O水化后的CaSO₄·2H₂O具有更高的强度和较小的可吸收速率,这在一定程度上缓解了传统硫酸钙材料在体内吸收过快的问题。但是,由于所形成CaSO₄·2H₂O的体内降解速度仍快于新骨的形成速度,其骨修复性能受到一定的影响。xa0目前,同样作为生物活性材料的磷酸钙也被广泛应用于骨修复中。研究者主要利用磷酸钙具有和人体硬组织相似的组成成分,已被证明具有良好的生物相容性和骨传导性,但是,通常其降解缓慢,在体内存留时间长,达不到在治疗期内完全降解的要求,影响了新骨的长入,这也成为研究者和企业迫切需要解决的问题。xa0针对硫酸钙降解过快和磷酸钙难以降解的问题而进行的研究很多。主要的研究和专利都是基于硫酸钙和磷酸钙的降解速率不同,利用两种成分比例的不同调节降解速度,从而使之与人体骨组织生长速度相匹配。如专利号为CN200710063903.4的中国发明专利公开了一种新型无机植骨材料,由β-Ca₃(PO₄)₂和α-CaSO₄·1/2H₂O按一定的质量分数配比组成;申请号为201010201897.6的中国发明专利申请公开了一种自成孔磷酸钙骨水泥支架的制备方法,将一定硫酸钙加入到可注射磷酸钙骨水泥,制备出新型的复合骨水泥;申请号为201010185090.8的中国发明专利申请公开了一种基于纳米Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂和CaSO₄·1/2H₂O的复合骨修复材料及其制备方法,将α-CaSO₄·1/2H₂O、Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂和添加剂形成复合骨修复材料。但这些复合材料只是将硫酸钙和磷酸钙简单共混,利用二者的降解速率不同来调节材料的降解速率,并没有从结构上改变材料本身,使之具有新的特性以满足临床应用的需求。xa0
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有固溶结构的生物医用α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒及其制备方法。xa0本发明的α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒,是在水热条件下,CaSO₄中的部分SO₄^2-被HPO₄^2-取代,形成的α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O固溶体颗粒,颗粒尺寸为30~100μm,x的取值范围为0.03~0.25。xa0α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒的制备方法,包括以下步骤:xa01)xa0将溶于水的含钙化合物和含硫化合物溶于去离子水中,分别配制成溶液,在常温下按Ca/S的摩尔比为1:1混合,搅拌下反应2小时后,依次用去离子水和酒精过滤,烘干,获得CaSO₄·2H₂O;2)xa0将一水合柠檬酸溶于去离子水中,制成电解质溶液;3)xa0将步骤1)制得的CaSO₄·2H₂O和步骤2)制得的电解质溶液混合,制得悬浊液;4)xa0将磷酸盐和步骤3)制成的悬浊液搅拌混合后放入反应釜中,使混合液中的P/S的摩尔比为0.05~0.5,在130~150°C的水热条件下,反应6~10小时,然后酒精过滤,烘干,获得α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒。上述制备方法中,所述的溶于水的含钙化合物为CaNO₃、CaCl₂或Ca(OH)₂;所述的溶于水的含硫化合物是H₂SO₄、Na₂SO₄、K₂SO₄或MgSO₄;所述的磷酸盐是Ca(H₂PO₄)₂·H₂O、CaHPO₄·2H₂O、Ca₃(PO₄)₂、Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄·12H₂O、Na₃PO₄、KH₂PO₄、K₂HPO₄·3H₂O或K₃PO₄。xa0本发明在水介质中引入磷酸盐,并通过水热处理,使CaSO₄·2H₂O在一定的压力和温度的下进行溶解和重结晶,在重结晶的过程中,溶液中的HPO₄^2-取代部分SO₄^2-形成α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒。xa0与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:xa0本发明合成的α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O固溶体颗粒在结构上就不同于以往硫酸钙和磷酸钙的多相复合材料。相比于纯的α-CaSO₄·1/2H₂O,HPO₄^2-的存在可以阻碍α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O向Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·2H₂O的转变和Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·2H₂O网络的构建,因此,延长α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的水化时间,同时,生成的Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·2H₂O也显示出更慢的降解特性。该固溶体颗粒显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,可广泛地用于骨填充材料、骨水泥等生物医学用材料领域,具有良好的临床应用前景。本发明制备方法简单易行,操作简单,成本低,易于产业化。xa0
附图说明
图1为α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒的SEM图。xa0图2为α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒的XRD图;xa0图3为α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒的DTA-TG图。图4为α-Ca(HPO₄)_x(SO₄)_1-x·1/2H₂O的固溶体颗粒的EDS图。xa0
具体实施方式
实施例1xa01)xa0将CaCl₂和K₂SO₄溶于去离子水中,分别配制成溶液,在常温下按Ca/S的摩尔比为1:1混合,反应在不断地搅拌下进行,反应温度为室温,反应时间为2小时,反应后用去离子水过滤3次,酒精过滤一次,再60°C烘干,获得CaSO₄·2H₂O;2)xa0将0.4g的一水合柠檬酸溶于400ml的去离子水中,制成电解质溶液;3)xa0将10g步骤1)xa0制得的CaSO₄·2H₂O和步骤2)制得的电解质溶液混合,制得悬浊液;4)xa0将1g的CaHPO₄·2H₂O和步骤3)制成的悬浊液搅拌混合后放入反应釜中,使混合液中的P/S的摩尔比为0.1,反应在130°C的水热条件下进行,反应时间为10小时,反应后的样品用酒精过滤3次,再60°C烘干,获得α-Ca(HPO₄)_0.07(SO₄)_0.93·1/2H₂O的固溶体颗粒,其颗粒尺寸为30~60μm。实施例2xa01)xa0将CaNO₃和K₂SO₄溶于去离子水中,分别配制成溶液,在常温下按Ca/S的摩尔比为1:1混合,反应在不断地搅拌下进行,反应温度为室温,反应时间为2小时,反应后用去离子水过滤3次,酒精过滤一次,再60°C烘干,获得CaSO₄·2H₂O;2)xa0将0.4g的一水合柠檬酸溶于400ml的去离子水中,制成电解质溶液;3)xa0将10g步骤1)xa0制得的CaSO₄·2H₂O和步骤2)制得的电解质溶液混合,制得悬浊液;4)xa0将4.16g的Na₂HPO₄·12H₂O和步骤3)制成的悬浊液搅拌混合后放入反应釜中,使混合液中的P/S的摩尔比为0.2,反应在140°C的水热条件下进行,反应时间为8小时,反应后的样品用酒精过滤3次,再60°C烘干,获得α-Ca(HPO₄)_0.15(SO₄)_0.85·1/2H₂O的固溶体颗粒。其SEM图如图1所示:由图可见颗粒为六方棱柱结构,且颗粒尺寸约为30~50μm。xa0XRD图如图2所示:曲线1为半水硫酸钙的标准卡片,曲线2为α-Ca(HPO₄)_0.15(SO₄)_0.85·1/2H₂O的固溶体颗粒;曲线2表明颗粒为CaSO₄·1/2H₂O晶相。xa0并由图3的DTA-TG图进一步分析可知:曲线1的差热和曲线2的失重都说明颗粒为a-CaSO₄·1/2H₂O晶相。xa0EDS图如图4所示,颗粒中含有硫元素和磷元素,即颗粒为α-Ca(HPO₄)_0.15(SO₄)_0.85·1/2H₂O的固溶体颗粒。xa0实施例3xa01)xa0将CaCl₂和Na₂SO₄溶于去离子水中,分别配制成溶液,在常温下按Ca/S的摩尔比为1:1混合,反应在不断地搅拌下进行,反应温度为室温,反应时间为2小时,反应后用去离子水过滤3次,酒精过滤一次,再60°C烘干,获得CaSO₄·2H₂O;2)xa0将0.4g的一水合柠檬酸溶于400ml的去离子水中,制成电解质溶液;3)xa0将10g步骤1)xa0制得的CaSO₄·2H₂O和步骤2)制得的电解质溶液混合,制得悬浊液;4)xa0将2.37g的KH₂PO₄和步骤3)制成的悬浊液搅拌混合后放入反应釜中,使混合液中的P/S的摩尔比为0.3,反应在150°C的水热条件下进行,反应时间为6小时,反应后的样品用酒精过滤3次,再60°C烘干,获得α-Ca(HPO₄)_0.21(SO₄)_0.79·1/2H₂O的固溶体颗粒,其颗粒尺寸为40~100μm。