中國(guó)粉體網(wǎng)訊 碳酸鈣是自然界中存在最廣泛的礦物之一，它不僅被大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，還在生物礦化過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究，目前已知的碳酸鈣共有6種晶型，分別是方解石、文石、球霰石、一水碳酸鈣、六水碳酸鈣以及半水碳酸鈣。
除此之外，還有一種無(wú)定形碳酸鈣（ACC），因具有顆粒小、比表面積大、溶解度高以及生物相容性良好等優(yōu)點(diǎn)，使其在提高藥物的生物利用度，克服體內(nèi)生物屏障方面顯示出優(yōu)越的性能；此外，由于ACC具有較高的溶解度和較好的可塑性，在新材料領(lǐng)域也有較大潛力可以挖掘。
生物以及合成無(wú)定形碳酸鈣的形貌
1、ACC制備技術(shù)研究
至今，人工合成ACC已有超過(guò)100年歷史，但由于ACC在水溶液中的穩(wěn)定時(shí)間不超過(guò)兩分鐘，因此工業(yè)化生產(chǎn)還技術(shù)尚不成熟。目前，無(wú)定形碳酸鈣的研究還停留在模擬生物體的仿生礦化過(guò)程，主要控制手段是添加劑（穩(wěn)定劑），例如：鎂離子、硅酸根離子、磷酸根離子等無(wú)機(jī)離子以及聚天冬氨酸、富含羧基的蛋白和磷酸化的蛋白等有機(jī)大分子。
此外，無(wú)定形碳酸鈣與空氣接觸時(shí)會(huì)吸附一定的水在其表面，當(dāng)環(huán)境濕度較高時(shí)，表面吸附的水分子能促進(jìn)無(wú)定形碳酸鈣的溶解和再結(jié)晶，因此濕度對(duì)穩(wěn)定制備ACC也很重要。
實(shí)驗(yàn)室中ACC制備技術(shù)
（1）以氯化鈣和碳酸鈉為原料，通過(guò)低溫快速混合，快速分離得到無(wú)定形碳酸鈣。此種方法要求反應(yīng)和分離時(shí)間短，大規(guī)模生產(chǎn)的難度大，且無(wú)法避免無(wú)定形碳酸鈣繼續(xù)轉(zhuǎn)化為其它晶形，無(wú)法獲得單一無(wú)定形碳酸鈣，且難以穩(wěn)定保存。
（2）在制備碳酸鈣的溶液體系中加入聚天冬氨酸、有機(jī)高分子等大分子模板或硅酸鈉、鎂離子等無(wú)機(jī)離子可抑制無(wú)定形碳酸鈣轉(zhuǎn)化，具有穩(wěn)定作用。但這種極其緩慢的仿生礦化制備方式控制困難，形成時(shí)間長(zhǎng)，效率低，不適合工業(yè)生產(chǎn)。
（3）以有機(jī)原料碳酸二甲酯作為二氧化碳的緩慢釋放源，利用其與鈣鹽溶液的接觸反應(yīng)緩慢釋放二氧化碳，在氨氣氛圍中逐步沉淀產(chǎn)生無(wú)定形碳酸鈣。該工藝的環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性及生產(chǎn)效率都較差，不適合作為無(wú)定形碳酸鈣的生產(chǎn)技術(shù)。
此外，上述添加劑雖然起到了穩(wěn)定ACC的作用，但同時(shí)也限制了材料在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。此外，現(xiàn)階段合成的ACC一般都為球形納米顆粒，很難到復(fù)雜形貌的大尺度的粒子，在許多工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用同樣受到限制。
專利中ACC制備技術(shù)
2021年9月，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)公開了一種可穩(wěn)定存在的無(wú)定形納米碳酸鈣的制備方法。采用碳化方法，在適量聚乙烯吡咯烷酮（PVP）在液醇條件下，制備獲得穩(wěn)定的無(wú)定形納米碳酸鈣，該產(chǎn)物能夠持續(xù)穩(wěn)定地?zé)o定形形貌存在，具有粒徑�。▋H約10nm左右），比表面積大（高達(dá)334m2.g‑1），溶解度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種良好的給藥載體。
2021年11月，湖北工業(yè)大學(xué)公開了一種在醇溶劑中制備穩(wěn)定多孔狀無(wú)定形碳酸鈣的方法。通過(guò)醇-氯化鈣絡(luò)合物和醇-碳酸鉀絡(luò)合物調(diào)控生成納米顆粒的多孔狀無(wú)定形碳酸鈣，而且所得產(chǎn)品粒徑均一性好。
2、ACC在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用成果
除了實(shí)驗(yàn)室，在自然界中，ACC可通過(guò)生物聚合物（大分子）幾丁質(zhì)和蛋白質(zhì)來(lái)穩(wěn)定。若干出版物已經(jīng)示出，可以通過(guò)穩(wěn)定聚合物和離散的化合物來(lái)防止或減少無(wú)定形碳酸鈣的結(jié)晶，也就是為ACC晶型轉(zhuǎn)化按下“暫停鍵”。據(jù)艾瑪菲克有限公司研發(fā)成果，無(wú)機(jī)聚磷酸/聚磷酸酯/聚磷酸鹽或雙膦酸/雙膦酸酯/雙膦酸鹽可以使無(wú)定形碳酸鈣穩(wěn)定持續(xù)長(zhǎng)的時(shí)間段，包括在含水懸浮液中。而阿莫菲克研究突破的靈感也是來(lái)源自然界，科研人員通過(guò)觀察澳大利亞藍(lán)鰲蝦發(fā)現(xiàn)，為了適應(yīng)低鈣淡水的生長(zhǎng)環(huán)境，藍(lán)鰲蝦發(fā)展出了一種復(fù)雜的鈣運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制，能夠在脫皮前收集并存儲(chǔ)來(lái)自外骨骼的鈣，然后重新吸收，在不到72小時(shí)內(nèi)重建新的外骨骼。
在制藥領(lǐng)域，ACC的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在高溶解度，高吸收度等方面，并據(jù)此開發(fā)出系列產(chǎn)品。例如，用于改善運(yùn)動(dòng)性能的無(wú)定形碳酸鈣、用于吸入施用/舌下施用或含服施用的無(wú)定形碳酸鈣的組合物、用于治療白血病的無(wú)定形碳酸鈣、作為細(xì)胞培養(yǎng)基補(bǔ)充劑的穩(wěn)定的無(wú)定形碳酸鈣、治療神經(jīng)/肌肉和不育疾病或狀況的穩(wěn)定的無(wú)定形碳酸鈣等。
無(wú)定形碳酸鈣生物利用度比結(jié)晶碳酸鈣高約2倍
圖源：阿莫菲克
3、ACC在材料領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值
相比經(jīng)典成核和結(jié)晶過(guò)程，以無(wú)定形物相為前驅(qū)體的晶體生長(zhǎng)過(guò)程有更多的優(yōu)勢(shì)。首先，無(wú)定形相由于較高的溶解度和較好的可塑性，更容易形成具有特定形貌和結(jié)構(gòu)的晶體；其次，無(wú)定形相由于能在過(guò)飽和溶液中快速形成，可以嵌入更多的無(wú)機(jī)離子和有機(jī)分子，且在特定的結(jié)晶轉(zhuǎn)化過(guò)程中得以保留，從而能極大增強(qiáng)晶體的力學(xué)性能；最后，通過(guò)調(diào)控?zé)o定形相的結(jié)晶轉(zhuǎn)化過(guò)程可以制備經(jīng)典成核和結(jié)晶過(guò)程難以或者無(wú)法得到的新材料。
結(jié)語(yǔ)
近年，國(guó)內(nèi)對(duì)碳酸鈣生產(chǎn)技術(shù)的研究主要集中在超細(xì)粉碎、表面改性以及制造業(yè)下游應(yīng)用等方面；對(duì)醫(yī)藥領(lǐng)域用碳酸鈣以及生物礦化技術(shù)的研究尚無(wú)重大應(yīng)用成果，對(duì)于ACC的研究也始終處于落后位置。
參考文獻(xiàn)：
解晶晶，等：無(wú)定形碳酸鈣的穩(wěn)定性和結(jié)晶轉(zhuǎn)化過(guò)程研究進(jìn)展，武漢理工大學(xué)
粉體網(wǎng)、專利之星、艾瑪菲克有限公司等
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光）
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