一种基于肌醇分子制备α-磷酸三钙的方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种基于肌醇分子制备α‑磷酸三钙的方法及其应用，属于材料科学与生物医学技术领域。本发明专利技术通过含肌醇的钙盐溶液和磷酸根溶液在特定pH值下的沉淀反应及随后的低温煅烧，在低于相转变温度时促进无定形磷酸钙定向转化成α‑磷酸三钙。相比高温固相反应随后急冷的传统制备工艺，本方法设备简单，能耗低，有效避免了因高温煅烧导致的晶粒粗化，实现了低温煅烧下的纳米级α‑磷酸三钙粉体的快速大量制备。所制备粉末结晶性好，颗粒尺寸均匀，是磷酸钙骨水泥的理想原料，因此具有良好的实际应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于肌醇分子制备α-磷酸三钙的方法及其应用
本专利技术属于材料科学与生物医学
，具体涉及一种基于肌醇分子制备α-磷酸三钙的方法及其应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。磷酸钙骨水泥，因其良好的生物相容性，骨传导和骨诱导性能受到了研究者的广泛关注，在骨替代和药物输送等领域有着广泛的应用前景。其中相比透钙磷石骨水泥需要在酸性条件下才可以硬化，磷灰石骨水泥表现出在体液环境下优良的固化性能，并且水化反应的最终产物是缺钙羟基磷灰石，与人体骨成分相近。尽管有各种各样的磷灰石配方，其核心固化反应仍然基于α-磷酸三钙(α-TCP)的水化作用。因此探索高效的α-磷酸三钙制备方法是实现磷灰石骨水泥广泛应用的前提条件。磷酸三钙主要有低温相β-TCP和高温相α-TCP，α’-TCP三种晶型，其中α’-TCP仅在高于1430℃时存在，而低温相β-TCP可以在1125℃左右重建性转化为α-TCP，但α-TCP可以通过急冷保存至室温。α-TCP的传统制备方法正是基于1200摄氏度以上的固相反应，保温随后急冷获得。这种方法耗时耗能，并且高温保温往往导致晶粒生长，致使获得粉末粒径偏大，同时在冷却过程中也难免生成β-TCP，而β相没有自固化的作用，从而影响了骨水泥的机械强度。因此目前市售的医用级的α-TCP粉末大多价格高昂。利用具有特定结构的无定形磷酸钙，随后在低温下制备磷酸三钙为α-磷酸三钙的低温制备提供了新的合成路径。已经有文献报道低温煅烧钙磷比为1.5的无定形磷酸钙获得α/β相混合物，但如何稳定获得纯α相依旧未知，本专利技术人在长期实验中发现，前驱体无定形磷酸钙的状态极大的影响了后续产物的效果。无定形磷酸钙作为过渡相从过饱和溶液中率先沉淀出来，其组成和状态很大程度上取决于溶液的pH值，混合溶液的浓度以及添加剂有机分子。因此探索可稳定转化α-磷酸三钙的无定形磷酸钙的制备工艺是本方法的难点。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于肌醇分子制备α-磷酸三钙的方法及其应用，本专利技术通过调节溶液pH值和溶液浓度制备无定形磷酸钙，并用肌醇分子稳定无定形磷酸钙，促进其向α-磷酸三钙定向转化，从而在远低于相转变温度下大量高效合成α-TCP，因此具有良好的实际应用之价值。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的第一个方面，提供肌醇在制备α-磷酸三钙中的应用。本专利技术通过研究发现，肌醇分子能够稳定无定形磷酸钙，促进其向α-磷酸三钙定向转化，从而在远低于相转变温度下大量高效合成α-TCP。因此，具体的，所述应用包括如下1)和/或2)：1)稳定无定形磷酸钙；2)促进无定形磷酸钙向α-磷酸三钙定向转化。本专利技术的第二个方面，提供一种制备α-磷酸三钙的方法，所述方法包括：S1、向钙盐溶液添加肌醇后得溶液A，调节pH为碱性；S2、制备磷酸盐溶液，设置为溶液B，并将溶液B加入至溶液A中，在此过程保持搅拌并不断添加碱液，使pH值保持稳定，至反应完全得乳液；S3、将所得乳液纯化得前驱体；S4、将所述前驱体煅烧，冷却，获得α-磷酸三钙。无定形磷酸钙是一种具有可变化学组成，高活化能的中间介稳相，许多研究者认为任何一种磷酸钙盐在水溶液中析出时都会经历或长或短的无定形磷酸钙过程。其本质的亚稳态决定它会结晶化并转化为稳定的晶相，但由于无定形磷酸钙存在着局部有序结构，一种称为波斯纳簇的微小结构单元，所以表现出在低温下的高反应活性，在远低于相转变温度下制备出纯相α-磷酸三钙。本专利技术首先通过调节溶液中钙离子和磷酸根离子的浓度，在碱性条件下直接制备了无定形磷酸钙，并通过使用肌醇作为一种空间稳定剂，减少了制备过程中磷酸根和钙离子的迁移，稳定了无定形磷酸钙；并通过设计合适的干燥制度，除去物理结合水的同时避免了相变，较好的保证了非晶状态；最后通过合理的煅烧方式，制备出α-磷酸三钙如式(1)。Ca9(PO4)6﹒nH2O(s)→α-Ca3(PO4)2(S)+nH2O(g)(1)本专利技术的第三个方面，提供上述方法制备得到的α-磷酸三钙。本专利技术通过优化工艺流程，制得的α-磷酸三钙纯度极高，结晶性好，颗粒尺寸均匀，有利于其实际生产应用。本专利技术的第四个方面，提供上述α-磷酸三钙在制备磷灰石骨水泥中的应用。上述一个或多个技术方案的有益技术效果：1)上述技术方案工艺流程简单，原料来源广泛，能耗低，适合批量生产；2)对比传统的固相反应法，没有球磨混料和后续的高温淬火过程，避免杂质引入的同时减少能耗；对比其他结晶相(缺钙型羟基磷灰石，β-磷酸三钙等)热转化法，无定形磷酸钙作为介稳相需要较低的反应能量，降低反应温度的同时减少α相的相变；相比其他基于无定形磷酸钙的热转换法，本方法利用常见的肌醇分子在溶液中稳定了无定形磷酸钙，缩短了制备周期的同时也减少了其在煅烧过程前的相变，从而通过煅烧制备出纯相的α-磷酸三钙；3)上述技术方案探索研究了无定形磷酸钙的稳定制备工艺及其热处理研究，通过改变反应条件，因此上述技术方案同样可以制备出无定形磷酸钙和β-磷酸三钙等其他磷酸钙生物材料，从而扩宽了实际应用范围和领域。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实验例1-3中添加肌醇分子时不同温度对煅烧产物的影响；图2为本专利技术实施例1-3中不添加肌醇分子时不同温度对煅烧产物的影响；图3为本专利技术实验例4-5中不同反应条件对煅烧产物的影响；图4为本专利技术实施例3中α-磷酸三钙在不同放大倍数下的扫描图像。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。应理解，本专利技术的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本专利技术实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本专利技术的保护范围。如前所述，利用具有特定结构的无定形磷酸钙，随后在低温下制备磷酸三钙为α-磷酸三钙的低温制备提供了新的合成路径。然而，探索可稳定转化α-磷酸三钙的无定形磷酸钙的制备工艺是本方法的难点。有鉴于此，本专利技术的一个典型实施方式中，提供肌醇在制备α-磷酸三钙中的应用。本专利技术通过研究发现，肌醇分子能够稳定无定形磷酸钙，促进其向α-磷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.肌醇在制备α-磷酸三钙中的应用。/n

【技术特征摘要】
1.肌醇在制备α-磷酸三钙中的应用。


2.如权利要求1所述应用，其特征在于，所述应用包括如下1)和/或2)：
1)稳定无定形磷酸钙；
2)促进无定形磷酸钙向α-磷酸三钙定向转化。


3.一种制备α-磷酸三钙的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、向钙盐溶液添加肌醇后得溶液A，调节pH为碱性；
S2、制备磷酸盐溶液，设置为溶液B，并将溶液B加入至溶液A中，在此过程保持搅拌并不断添加碱液，使pH值保持稳定，至反应完全得乳液；
S3、将所得乳液纯化得前驱体；
S4、将所述前驱体煅烧，冷却，获得α-磷酸三钙。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1和S2中，
所述钙盐为硝酸钙，所述磷酸盐为磷酸二氢铵；
优选的，钙磷比(摩尔比)控制为1.5:1；
优选的，所述钙盐溶液与磷酸盐溶液的体积保持一致；
优选的，所述硝酸钙溶液的浓度为0.3～0.5mol/L(优选为0.4mol/L)；磷酸氢二铵溶液浓度为0.2～0.333mol/L(优选为0.2667mol/L)。


5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，肌醇在溶液中的质量分数为1～2％，优选为1％。


6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S1和S2中，pH控制为10.0～10.5，进一步优选为10.2～10.5；
优选的，通过加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕见强，王璐，孙康宁，李爱民，袁震，毛俊杰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37