一种多孔纳米β-磷酸三钙的制备方法与流程

本发明属于生物材料制备，具体涉及一种多孔纳米β-tcp的制备方法。

背景技术：

1、骨缺损的修复是骨科临床面临的重大挑战。肿瘤切除、创伤及感染等原因导致的骨缺损往往难以自愈，需借助骨移植或人工骨替代材料进行治疗。自体骨移植虽效果理想，但来源有限且存在供区并发症；异体骨则存在免疫排斥和传播疾病的风险。因此，开发兼具良好生物相容性、可降解性和成骨活性的骨修复材料具有重要意义。

2、β-tcp因其化学成分与天然骨无机质相似、生物相容性优良、体内可逐渐降解并引导新骨长入，已成为骨组织工程中应用最广泛的生物陶瓷之一。与羟基磷灰石相比，β-tcp降解速率更适宜，利于被新生骨组织完全替代。然而，致密型β-tcp缺乏利于细胞长入和血管化的孔隙结构，骨修复效果受限。研究表明，理想的骨修复支架应具备三维连通的多孔结构，以促进细胞黏附、增殖及营养传输。但多孔结构的引入往往导致力学性能显著下降，孔隙率与强度之间的矛盾是制约其临床应用的关键瓶颈。

3、近年来，将β-tcp晶粒尺寸降至纳米级可显著提高材料的比表面积和表面活性，有利于蛋白质吸附和细胞响应，进而加速骨愈合。然而，现有制备方法如造孔剂法、发泡法、冷冻干燥法等，在实现纳米粉体均匀分散、孔径精确调控、孔隙高度连通以及维持足够力学强度等方面仍存在诸多不足。因此，开发一种工艺简便、结构可控、综合性能优异的多孔纳米β-tcp制备方法，具有重要的临床价值和产业化前景。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种多孔纳米β-tcp的制备方法。该方法使用溶剂热法制备多孔纳米β-tcp。

2、该方法工艺简单、重复性好，所得多孔纳米β-tcp具有均匀可控的三维孔隙结构、高比表面积及良好的力学性能，适用于骨缺损修复和骨组织工程支架应用。

3、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种多孔纳米β-tcp的制备方法，包括以下步骤：

5、（1）将钙源与有机磷源分别溶于有机溶剂，搅拌至澄清，得到钙源溶液与磷源溶液；

6、（2）将磷源溶液缓慢滴加至钙源溶液，边滴加边使用有机碱试剂调节体系ph 至7.0~10.0，持续搅拌得到均一前驱体溶液；

7、（3）将前驱体溶液转入反应釜中，160~220℃下保温10~24 h，自然冷却后得到多孔纳米β-tcp。

8、步骤（1）中所述的钙源包括氯化钙、碘化钙、溴化钙、乙酰丙酮钙、氢氧化钙、碳酸钙、氧化钙、醋酸钙中的一种或多种。

9、步骤（1）中所述的磷源包括磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、三苯基膦、苯基膦酸中的一种或多种。

10、步骤（1）中所述的有机溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、异丙醇、丙酮、n, n二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、1,2,3-己三醇、2-甲基-1,3-丙二醇中的一种或多种。

11、所述的有机溶剂为无水溶剂，所述无水的环境是指尽量含水量无限接近于0，对本领域技术人员的理解为低于0.01%。该无水有机溶剂的优点在于：体系极低含水量能够从源头上抑制ha杂相的成核与生长，避免oh进入产物晶格，保障βtcp产物高物相纯度；可抑制前驱体遇水水解副反应，钙磷摩尔比易于精准控制，产物批次稳定性好；同时可调控晶粒生长动力学，获得形貌、粒度可控的βtcp粉体，降低后续高温热处理的工艺压力，减少高温相变风险。

12、本实施例中所用的溶剂在未交代的情况下均为无水溶剂。

13、步骤（1）中钙源与磷源的投料摩尔比为1-2，优选为1.5。

14、步骤（2）中还包括在钙源溶液中加入表面活性剂；

15、所述的表面活性剂包括油胺、油酸、油酸钙、油酸铝、硬脂酸铝、p123、f127、十六烷基胺、十二烷基胺、油酸二乙醇酰胺、双十八烷基二甲基氯化铵、脂肪醇聚氧丙烯醚磷酸酯等中的一种或多种，表面活性剂的质量为总溶剂质量的1%-10%。

16、步骤（2）中所述的有机碱试剂包括乙胺、二乙胺、三乙胺（tea）、丙胺、异丙胺、二异丙胺、三正丁胺、苯胺、n - 甲基苯胺、n,n - 二甲基苯胺（dma）、一乙醇胺（mea）、二乙醇胺（dea）、三乙醇胺（tea）等。

17、步骤（3）中的溶剂热反应温度为160~220℃，保温时间为10~24 h，自然冷却至室温。高温溶剂热环境可驱动β-tcp爆发成核并缓慢可控生长，实现窄粒径分布与目标孔结构；同时体系几乎不含游离水，缺乏生成ha所需羟基来源，抑制ha成核析出；充足保温保障β-tcp结晶度，降低无定形钙磷中间相，避免后续生成ha。

18、步骤（3）中待产物自然冷却后，还包括后处理步骤，即经离心分离、洗涤、干燥后得到多孔纳米β-tcp。

19、离心分离，转速控制在6000-8000 rpm；

20、采用无水乙醇洗涤至ph为6-8；

21、干燥方式为真空干燥，温度为50~100 ℃，时间为12~24h。

22、本发明还提供一种多孔纳米β-tcp，采用所述的方法制备得到的，所述β-tcp为多孔纳米级，粒径为30-220nm，平均孔径为10-20nm，ha含量＜0.01%。

23、本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

24、1.本发明采用改良溶剂热法，整体制备流程简洁清晰，原料选择范围广泛，原料易得、成本低廉、通用性极强。同时，本发明通过精准限定ca/p摩尔比、ph值、反应温度、保温时间等核心参数，反应体系稳定可控，大幅降低了工艺调控难度，实验重复性较好，有效解决了传统工艺批次稳定性差的问题，具备良好的工业化批量生产潜力。

25、2.本发明通过特定表面活性剂复配调控、有机碱精准控ph及溶剂热协同反应，可精准构建出均匀可控的三维贯通孔隙结构，纳米级孔隙分布规整、孔道连通性优异。该结构能够适配骨缺损修复的需求，既可为成骨细胞附着、增殖、分化提供充足的空间载体，又能保障营养物质传输、代谢废物排出，同时引导新生骨组织沿孔道有序生长，大幅提升骨修复效果。

26、3.本发明制备的多孔纳米β-tcp兼具纳米粒径与多孔结构的双重优势，具备超高比表面积，可极大增加材料与体液、细胞的接触面积，有效富集生长因子、吸附细胞，显著提升材料的生物相容性与骨诱导活性。同时，高比表面积结构可优化材料的降解速率，使其与新生骨组织生长速率精准匹配，避免传统材料降解过快或过慢导致的修复失效问题。

27、4.本发明采用有机溶剂体系结合温和溶剂热反应，全程无高温烧结、无剧烈反应，可有效避免杂质生成与晶体缺陷，配合无水乙醇多次离心洗涤、真空干燥工艺，最终所得产物纯度高、组分均一，无有害残留。材料整体生物相容性优异、无毒无刺激性，植入人体后不会引发炎症、排异等不良反应，可稳定降解并被人体组织替代。

1.一种多孔纳米β-tcp的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多孔纳米β-tcp的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的钙源包括氯化钙、碘化钙、溴化钙、乙酰丙酮钙、氢氧化钙、碳酸钙、氧化钙、醋酸钙中的一种或多种；

3.根据权利要求1所述的一种多孔纳米β-tcp的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的钙源与磷源的投料摩尔比为1-2，优选为1.5。

4.根据权利要求1所述的一种多孔纳米β-tcp的制备方法，其特征在于，步骤（2）中还包括在钙源溶液中加入表面活性剂；

5.根据权利要求4所述的一种多孔纳米β-tcp的制备方法，其特征在于，表面活性剂的质量为总溶剂质量的1%-10%。

6.根据权利要求1所述的一种多孔纳米β-tcp的制备方法，其特征在于，步骤（2）中使用的有机碱试剂包括乙胺、二乙胺、三乙胺、丙胺、异丙胺、二异丙胺、三正丁胺、苯胺、n-甲基苯胺、n,n-二甲基苯胺、一乙醇胺二乙醇胺、三乙醇胺中的任意一种或多种的组合。

7.根据权利要求1所述的一种多孔纳米β-tcp的制备方法，其特征在于，步骤（3）中的溶剂热反应温度为160~220 ℃，保温时间为10~24 h，自然冷却至室温。

8.根据权利要求1所述的一种多孔纳米β-tcp的制备方法，其特征在于，步骤（3）中待产物自然冷却后，还包括后处理步骤，即经离心分离、洗涤、干燥后得到多孔纳米β-tcp。

9.根据权利要求8所述的一种多孔纳米β-tcp的制备方法，其特征在于，离心分离，转速控制在6000-8000 rpm；

10.根据权利要求1-9所述方法制备得到的一种多孔纳米β-tcp，其特征在于，所述β-tcp为多孔纳米级，粒径为30-220nm，平均孔径为10-20nm，羟基磷灰石ha含量＜0.01%。