羟基磷灰石微球及其粒径可控的制备方法和应用与流程

本发明涉及无机材料制备，特别是涉及一种羟基磷灰石微球及其粒径可控的制备方法和应用。

背景技术：

1、现代生物工程技术被列为影响未来国计民生的四大科学支柱之一，而生化分离是生物工程技术转化为生产力必不可少的重要环节。随着生物工程与生命科学的发展，对蛋白质等生物大分子纯化分离提出了越来越高的要求，特别是细胞工程、基因工程、蛋白质工程等技术产品的特殊性，要求分离技术既具有较高的分离效率，又不影响产品的生物活性，即要求获得高活性、高纯度的蛋白质。

2、羟基磷灰石(hydroxyapatite，hap)是自然界广泛存在的一类钙磷酸盐无机化合物，是脊椎动物骨骼和牙齿的主要无机组分，凭借其良好的生物活性、生物相容性，独特的选择性，作为蛋白分离介质，在生物大分子纯化，尤其是抗体、疫苗、核酸等生物制药的关键精纯步骤中，占据了不可替代的地位。相比于有机微球，羟基磷灰石微球本身带有磷酸根离子和钙离子两个功能团，有利于提升抗体、重组蛋白的纯化效果。

3、本发明人注意到羟基磷灰石微球的粒径是其色谱性能的核心参数之一，直接决定了分离的效率、分辨率和通量；在实际应用中，通常需要根据具体的分离目标、设备条件和经济成本进行综合考量，选择最为适宜的微球粒径，例如：对于实验室分析或分离效果要求极高、分离物质极难分离的场景下，微球粒径选择3-5 um为宜；对于实验室级制备型分离，需要兼顾分离效果和分离速度的，可以选择5-10 um范围粒径；而对于工业化大规模纯化，满足高通量、高稳定性、低成本等要求，可以选择20-40 um范围，所以对羟基磷灰石微球粒径进行精确调控十分必要。

4、目前，羟基磷灰石微球的合成方法包括：

5、（1）化学沉淀法：是最为简单和基础的合成方法，以简单的化学反应为基础直接获得hap，但其产物结晶度低、形貌不均，易团聚，一般需要与其他方法以及烧结工艺或球形化造粒技术相结合，来实现产物微球形态，需要严格的工艺控制、高效的烧结技术以及精细的后期处理。相关专利例如cn101343054 b、cn118221097 a等。

6、（2）喷雾干燥法：将hap浆料或含钙、磷的前驱体溶液雾化成微小液滴，再通过热风快速干燥获得微球，其产品的粒径范围较大，球形度较好，工艺也相对成熟，易于连续化、规模化生产，但是，产品的粒径分布较宽，难以精确调控微球粒度。相关专利例如cn106458585b、cn119236167b、cn120270970a、cn117185266a、wo2024/001298a1等。

7、（3）水热法：在高温高压水环境中，生成无定型磷酸钙等前驱体结晶，在添加剂调控作用下组装形成hap微球，所得产物结晶度高、形貌规则，纯度较高，但是设备要求高、能耗较大，成本较高，不能连续化生产。相关专利例如cn118206089b、cn110240138b、cn115108542b、cn116119635b等。

8、（4）模板法：以碳酸钙微球、明胶、凝胶颗粒、聚合物微球、气泡、液滴等为模板，在其表面沉积hap或前驱体，再去除模板获得微球产物。该方法可以精确控制微球尺寸、形貌和结构，设计灵活，但对模板依赖性高，模板去除工序增加了工艺的复杂性与成本，大规模生产存在挑战。相关专利例如cn104857565b、cn105858629b、cn118405671a、cn119660689a等。

9、（5）微乳液法：利用互不相容的溶剂形成“油包水”或“水包油”体系，在乳液界面反应生成hap微球，可制备纳米至微米级微球，粒径相对均一，但由于使用有机溶剂，后处理需去除，可能对环境产生影响。相关专利例如cn114195110b、cn119349524b等。

10、综上，现有羟基磷灰石微球的合成技术难以同时满足工艺方法简单与粒径精确控制的要求。其中，化学沉淀和喷雾干燥适合规模化连续生产，但是，粒径分布大，形貌不均；而水热法、模板法、微乳液法微球均匀，但粒径调控能力差，而且受到设备、模板等限制，难于连续化生产。

11、此外，专利cn120420498b提出了一种微流控技术，可以精确控制产物粒径，但是通量较低，难以放大生产。专利cn114057173b提出了一种利用晶种合成大比表面积羟基磷灰石的方法，但是引入的晶种含有杂质金属，而且未涉及hap粒径的调控，无法实现粒径可控制备。专利cn120573661a通过控制硫酸溶液滴加到氢氧化钙悬浮液中的速度和ph值制备出hap晶核，然后以其为中心在表面进一步生成hap，通过一系列后处理得到hap粉末，该技术重点对产物的钙磷比进行调控，而依然未考虑产物粒径的调控，无法实现粒径可控制备。

技术实现思路

1、根据本发明的一个实施方式，其目的在于提供一种羟基磷灰石微球及其粒径可控的制备方法和应用。

2、上述目的可以是通过以下技术方案的实施方式实现：

3、根据本发明的一个方面，提供的一种羟基磷灰石微球粒径可控的制备方法，包括：

4、步骤s1，将底液加入反应釜，向所述反应釜中加入钙盐溶液、磷酸盐溶液和碱溶液，进行沉淀反应，过滤沉淀反应后的混合浆料，得到滤饼；

5、步骤s2，以滤饼为晶种，通过晶种循环进行沉淀反应，对沉淀反应后经过滤得到的滤饼进行洗涤，干燥，制得羟基磷灰石微球；其中，通过控制晶种循环次数实现对羟基磷灰石微球粒径的调控。

6、优选地，步骤s2中，包括：将步骤s1得到的滤饼记为首次晶种，并设定晶种循环次数n为1；将滤饼返回至反应釜并向反应釜中加入钙盐溶液、磷酸盐溶液和碱溶液继续进行沉淀反应，反应后过滤得到的滤饼再记为一次晶种，并设定晶种循环次数n为2；以此类推，经n次晶种循环后，对反应后的滤饼进行洗涤和干燥，得到羟基磷灰石微球。

7、优选地，步骤s1中，所述底液采用所述钙盐溶液、磷酸盐溶液和碱溶液反应后的至少一种副产物配置，并采用氨水调节ph为10～12。

8、优选地，步骤s2中，滤饼返回反应釜之前，先加入晶种底液配制成晶种浆料，所述晶种底液与所述底液相同。

9、优选地，所述底液的浓度范围为0.1～1 mol/l；

10、优选地，加入反应釜的底液/晶种浆料的体积均为钙盐溶液、磷酸盐溶液和碱溶液总体积的1/5～1/2。

11、优选地，所述钙盐溶液中钙离子浓度为0.1～2.0 mol/l。

12、优选地，所述磷酸盐溶液中磷酸根浓度为0.05～1.3 mol/l。

13、优选地，所述磷酸盐溶液的ph值为2～3。

14、优选地，所述钙盐溶液中的钙与所述磷酸盐溶液中的磷的比为（1.6～1.8）:1。

15、优选地，所述钙盐为水溶性钙盐，选自氯化钙、硝酸钙、溴化钙、醋酸钙中的一种或几种，

16、优选地，所述磷酸盐为无机磷酸盐，选自磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾中的一种或几种。

17、优选地，所述碱溶液通过将碱沉淀剂加水搅拌形成第一溶液，然后向第一溶液中加入氨水作缓冲溶液配置。

18、优选地，所述第一溶液中的氢氧根离子浓度为1～3 mol/l的溶液。

19、优选地，所述碱沉淀剂为强碱或和氨水，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

20、优选地，所述缓冲溶液的体积量为所述第一溶液和缓冲溶液总体积的5～30%。

21、优选地，所述缓冲溶液的浓度为25～28 wt%。

22、优选地，步骤s1和步骤s2沉淀反应的过程中，包括：将反应釜升温至50～90℃，加料搅拌，搅拌速度为500～1500转/分钟，加料时间为5～10h；停止加料后陈化，陈化时间为0.5～3小时，搅拌速度为300～1000转/分钟。

23、优选地，步骤s2的洗涤步骤中，洗涤至洗水ph为7～8.5。

24、优选地，步骤s2的干燥步骤中，干燥温度为80～120℃。

25、根据本发明的另一个方面，提供的一种羟基磷灰石微球，采用所述羟基磷灰石微球粒径可控的制备方法制备得到。

26、根据本发明的再一个方面，提供的一种所述羟基磷灰石微球作为蛋白分离介质在生物大分子分离纯化中的应用，所述羟基磷灰石微球采用所述羟基磷灰石微球粒径可控的制备方法制备得到。

27、有益效果：根据本发明的一个实施方式，提供的羟基磷灰石微球粒径可控的制备方法，以沉淀反应得到滤饼为晶种，通过晶种循环并控制晶种循环次数，可实现对产品粒径的调控，满足了不同应用场景的需求；基于晶种循环与沉淀生长法制备微球，不仅为微球粒径调控提供了条件，而且，整个工艺简单，所需设备简单、工艺参数稳定，易于实现连续化生产。

28、本发明制备得到的羟基磷灰石微球，粒径及形貌均匀性高，有利于在分离纯化过程中保持稳定的流动特性和分离性能，可作为蛋白分离介质应用于生物大分子分离纯化中，具有广阔的市场前景和经济价值。