一种多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球及其制备方法和应用。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

羟基磷灰石(Ca

锶(Strontium，Sr)，作为一种人体微量元素，在骨重塑中起着重要作用，既能刺激成骨细胞分化，又能抑制破骨细胞活性。研究发现，锶掺杂羟基磷灰石(Sr-HA)不仅可以有效地整合Sr和HA的优点，作为药物载体应用于骨科领域，又能改善HA的降解能力，减少其在体内长期滞留可能带来的潜在毒性风险。

近年来，已有许多关于将Sr掺入HA微球的报道，但大多是在制备HA微球的基础上，Sr对于Ca的离子取代，并未明显改善微球的孔隙结构。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球及其制备方法和应用。本发明方法以水溶性钙盐和水溶性磷盐为原料，尿素为pH调节剂，水溶性锶盐为结构导向剂，谷氨酸为螯合剂，在谷氨酸与锶元素的共同作用下制备得到多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球，微球直径为10-25μm，微球表面分布有大孔，大孔孔壁上分布有小孔，大孔之间、小孔之间以及大孔与小孔之间相互连通；

所述大孔的孔径为2-4μm，小孔的孔径为0.5-2μm。

第二方面，本发明提供所述多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球的制备方法，包括如下步骤：

将水溶性钙盐、磷酸氢二铵和尿素与水混合均匀，调节溶液的pH值至2.8-4，得到前驱体混合液；向前驱体混合液中加入水溶性锶盐和谷氨酸，混合均匀，得反应液；

所述水溶性钙盐和锶盐的总摩尔浓度为0.08-0.15mol/L，Sr/(Sr+Ca)摩尔比为40-70at％；

尿素浓度为0.8-1.2mol/L；谷氨酸浓度为0.01-0.06mol/L；

将所述反应液转移至高压反应釜中，在160-200℃，反应8-15h，即得。

第三方面，本发明提供所述多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球在作为药物或基因载体或制备骨修复材料中的应用。

上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

本发明所采用的谷氨酸及锶盐在多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球形成过程中起到重要的作用。尿素作为pH调节剂，随反应进行，不断水解释放OH-，为后续晶体的形核长大提供驱动力和碱性环境，谷氨酸作为螯合剂，其羧基与钙离子形成可溶性络合物，反应过程中逐渐释放钙离子，其与游离的磷酸根离子在谷氨酸的调控下形核长大成羟基磷灰石微球，锶离子作为结构导向剂，取代钙离子或者进入钙缺陷部位，导致磷灰石晶体发生特殊的晶格畸变，提供畸变能，最终生长成为多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球。在相同的合成条件下无锶元素的掺杂或者低浓度的锶掺杂或导致直接生成纳米片组装的发散微球，不能得到多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球。

本发明多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球制备过程中不使用有毒试剂，绿色环保。制备方法工艺简单，易于操作，所用原料廉价易得，成本较低。制备得到的多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球尺寸均一，圆整度高。

本发明方法制备得到的多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球较之纯羟基磷灰石具有更高的生物可降解性，减小了降解残留产物的潜在毒性；其多孔连通结构有利于液体在微球内部流通，使微球充分润湿，利于药物的高吸附，缓释放，在药物缓释载体及骨修复领域具有广阔的应用前景。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1制备的多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球的X射线衍射图谱；

图2为实施例1制备的多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球的场发射扫描电镜图；

图3为实施例1制备的多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球的能谱图；

图4为对比例1制备的纯羟基磷灰石微球的场发射扫描电镜图；

图5为对比例2制备的锶掺杂羟基磷灰石花状微球的场发射扫描电镜图；

图6为实施例1制备的多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球和对比例1制备的纯羟基磷灰石微球的药物释放曲线图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

第一方面，本发明提供一种多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球，微球直径为10-25μm，微球表面分布有大孔，大孔孔壁上分布有小孔，大孔之间、小孔之间以及大孔与小孔之间相互连通；

所述大孔的孔径为2-4μm，小孔的孔径为0.5-2μm。

第二方面，本发明提供所述多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球的制备方法，包括如下步骤：

将水溶性钙盐、磷酸氢二铵和尿素与水混合均匀，调节溶液的pH值至2.8-4，得到前驱体混合液；向前驱体混合液中加入水溶性锶盐和谷氨酸，混合均匀，得反应液；

所述水溶性钙盐和锶盐的总摩尔浓度为0.08-0.15mol/L，Sr/(Sr+Ca)摩尔比为40-70at％；

尿素浓度为0.8-1.2mol/L；谷氨酸浓度为0.01-0.06mol/L；

将所述反应液转移至高压反应釜中，在160-200℃，反应8-15h，即得。

本发明方法以水溶性钙盐和磷酸氢二铵为原料，尿素为pH调节剂，水溶性锶盐为结构导向剂，谷氨酸为螯合剂，在谷氨酸与锶元素的共同作用下制备得到多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球。

钙源、磷源及尿素混合后，产生了钙的沉淀物，溶液浑浊，将pH调节至2.8-4.0，沉淀溶解，得到游离的钙离子，可以与谷氨酸鳌合。若未调节溶液的pH值，则谷氨酸作用减弱，影响其对钙离子的螯合作用，进而影响其对羟基磷灰石形核长大的调控，无法形成微球结构。

尿素作为反应过程中的pH调节剂，随反应过程中的温度升高缓慢释放OH-。

在相同的合成条件下，无锶元素的掺杂或低浓度的锶掺杂会导致无法形成多孔结构。

在一些实施例中，采用稀硝酸调节溶液的pH值至2.8-4，稀硝酸对于金属阳离子具有强溶解性。

在一些实施例中，所述水溶性钙盐为硝酸钙或氯化钙，优选为氯化钙，氯化钙成本更低且易获得。

在一些实施例中，所述水溶性锶盐为硝酸锶或氯化锶，优选为氯化锶，氯化锶成本更低且易获得。

在一些实施例中，调节溶液pH值为3.3-3.8，优选为3.5。

在一些实施例中，尿素的浓度为0.9-1.1mol/L，磷酸氢二铵水溶液浓度为0.04-0.1mol/L。

在一些实施例中，Sr/(Sr+Ca)摩尔比为50-60at％，以制备出高品质的多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球。

第三方面，本发明提供所述多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球在作为药物或基因载体或制备骨修复材料中的应用。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

一种多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球的制备方法，包括步骤：

将100mL 0.04mol/L的氯化钙、100mL 0.06mol/L的磷酸氢二铵和50mL 1mol/L的尿素在烧杯中混合，溶剂均为去离子水，磁力搅拌，并用浓度为0.05mol/L的稀硝酸调节pH至3.5，然后将0.015mol的谷氨酸和100mL 0.06mol/L的氯化锶加入到溶液中，其中Sr/(Sr+Ca)摩尔比为60at％，磁力搅拌0.5h后所得溶液转移至高压反应釜中，设定反应温度为180℃，反应时间为10h，最后将所得白色沉淀离心洗涤，用去离子水清洗两遍，无水乙醇清洗一遍，然后进行冷冻干燥，得到多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球。

本实施例制备的多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球的X射线衍射图谱如图1所示，有图1可以看出，该产物的物相为HA(Ca

实施例2

一种多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球的制备方法，包括步骤：

将100mL 0.05mol/L的氯化钙、100mL 0.06mol/L的磷酸氢二铵和50mL 0.8mol/L的尿素在烧杯中混合，溶剂均为去离子水，磁力搅拌，并用浓度为0.05mol/L的稀硝酸调节pH至2.8，然后将0.02mol的谷氨酸和100mL 0.05mol/L的氯化锶加入到溶液中，其中Sr/(Sr+Ca)摩尔比为50at％，磁力搅拌0.5h后所得溶液转移至高压反应釜中，设定反应温度为180℃，反应时间为12h，最后将所得白色沉淀离心洗涤，用去离子水清洗两遍，无水乙醇清洗一遍，然后进行冷冻干燥，得到多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球。

实施例3

一种多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球的制备方法，包括步骤：将100mL0.04mol/L的氯化钙、100mL 0.06mol/L的磷酸氢二铵和50mL 1.2mol/L的尿素在烧杯中混合，溶剂均为去离子水，磁力搅拌，并用浓度为0.05mol/L的稀硝酸调节pH至4.0，然后将0.015mol的谷氨酸和100mL 0.06mol/L的氯化锶加入到溶液中，其中Sr/(Sr+Ca)摩尔比为60at％，磁力搅拌0.5h后所得溶液转移至高压反应釜中，设定反应温度为180℃，反应时间为12h，最后将所得白色沉淀离心洗涤，用去离子水清洗两遍，无水乙醇清洗一遍，然后进行冷冻干燥，得到多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球。

对比例1

一种无锶掺杂羟基磷灰石微球的制备方法，包括步骤：

将100mL 0.1mol/L的氯化钙、100mL 0.06mol/L的磷酸氢二铵和50mL 1mol/L的尿素在烧杯中混合，溶剂均为去离子水，磁力搅拌，并用浓度为0.05mol/L的稀硝酸调节pH至3.5，然后将0.015mol的谷氨酸加入到溶液中，磁力搅拌0.5h后所得溶液转移至高压反应釜中，设定反应温度为180℃，反应时间为10h，最后将所得白色沉淀离心洗涤，用去离子水清洗两遍，无水乙醇清洗一遍，然后进行冷冻干燥，得到无锶掺杂羟基磷灰石微球。

本对比例制备的无锶掺杂羟基磷灰石微球的场发射扫描电镜图如图4所示，由图4可知，在其他反应物浓度及反应条件与实施例1保持一致的条件下，本对比例在无锶元素掺杂的条件下制备的羟基磷灰石为长纳米片组装的发散微球，其形貌与本发明实施例1截然不同，说明锶元素对多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球的形成具有重要作用。

对比例2

一种锶掺杂羟基磷灰石花状微球的制备方法，包括步骤：

将100mL 0.09mol/L的氯化钙、100mL 0.06mol/L的磷酸氢二铵和50mL 1mol/L的尿素在烧杯中混合，溶剂均为去离子水，磁力搅拌，并用浓度为0.05mol/L的稀硝酸调节pH至3.5，然后将0.015mol的谷氨酸和100mL 0.01mol/L的氯化锶加入到溶液中，其中Sr/(Sr+Ca)摩尔比为10at％，磁力搅拌0.5h后所得溶液转移至高压反应釜中，设定反应温度为180℃，反应时间为10h，最后将所得白色沉淀离心洗涤，用去离子水清洗两遍，无水乙醇清洗一遍，然后进行冷冻干燥，得到锶掺杂羟基磷灰石花状微球。

本对比例制备的锶掺杂羟基磷灰石花状微球的场发射扫描电镜图如图5所示，由图5可知，在其他反应物浓度及反应条件与实施例1保持一致的条件下，本对比例在Sr/(Sr+Ca)为10at％的条件下制备的锶掺杂羟基磷灰石为花状微球，其形貌与本发明实施例1截然不同，说明锶元素浓度对多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球的形成具有重要作用。

产品效果测试：

对实施例1制备的多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球和对比例1制备的纯羟基磷灰石微球进行效果测试：

分别称取实施例1制备的多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球和对比例1制备的纯羟基磷灰石微球200mg，放置于10mL 10mg/mL的盐酸万古霉素溶液中，在37℃下恒温水浴震荡24h后，将样品收集洗涤冷冻干燥，分别得到负载万古霉素的多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球和负载万古霉素的纯羟基磷灰石微球，分别称取负载后两种微球的重量，微球的药物负载量由(M

分别将上述所得两种负载万古霉素微球放入透析袋内，并置于pH＝7.4的磷酸盐缓冲液中，37℃恒温水浴震荡，分别在特定时间点量取5mL溶液，并置换等量新鲜的磷酸盐缓冲液。用紫外分光光度计测量待测溶液中万古霉素浓度并计算释放量。药物释放时间与累积释放量曲线如图6所示，相较于纯羟基磷灰石微球，多孔连通性锶掺杂羟基磷灰石微球表现出明显的低突释，长缓释的药物释放动力学。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。