羥基磷酸鈣（Hydroxyapatite, HAP）作為一種與人體生命活動密切相關(guān)的無機材料，其化學(xué)式為Ca??(PO?)?(OH)?（或簡寫為Ca?(PO?)?(OH)），天然存在于人體骨骼和牙齒中，是骨牙組織的主要無機成分——骨骼中占比65%，牙本質(zhì)中占70%，牙釉質(zhì)中更是高達95%，整體占人體總重量約20%。這種特殊的天然屬性賦予了它優(yōu)異的性能，不僅具有耐高溫、耐堿、水不溶性等無機材料的共性，更具備極佳的生物相容性、骨傳導(dǎo)性、生物活性和一定的生物降解性，同時還擁有優(yōu)良的吸附性能和離子交換能力，這些特性共同奠定了它在多個領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)。 

在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，生物醫(yī)學(xué)是羥基磷酸鈣最核心的陣地。在骨科領(lǐng)域，它被加工成人工骨、骨螺釘、骨板等植入器械，用于骨折修復(fù)和骨缺損填充，其多孔結(jié)構(gòu)能夠有效促進新生血管生長，顯著提高植入物的臨床成活率；在牙科應(yīng)用中，它既是牙齒修復(fù)體（如牙冠、牙橋）和種植牙涂層的核心材料，也是牙齒美白和齲齒預(yù)防的關(guān)鍵成分，作為牙膏添加劑時，可直接修復(fù)牙釉質(zhì)，增強牙齒硬度；在整形美容領(lǐng)域，它制成的義眼臺、注射式軟組織填充劑等產(chǎn)品，能與人體組織良好結(jié)合，促進細胞自然生長和修復(fù)，降低排異反應(yīng)風(fēng)險。 除生物醫(yī)學(xué)外，羥基磷酸鈣在環(huán)保領(lǐng)域的價值也日益凸顯。憑借強大的吸附能力，它可用于廢水處理，高效吸附Pb2?、Cd2?、Hg2?等重金屬離子及多種有機污染物；在廢氣凈化中，能有效去除酸性氣體和有害揮發(fā)性有機物；在土壤修復(fù)工程中，可通過離子交換作用固定污染土壤中的重金屬，降低其生物有效性，減少對生態(tài)系統(tǒng)的危害。在工業(yè)及其他領(lǐng)域，羥基磷酸鈣同樣發(fā)揮著重要作用，作為催化劑載體可提高多種化學(xué)反應(yīng)的效率，作為功能填料添加到塑料、橡膠、涂料中能顯著提升產(chǎn)品的機械強度和耐磨性，作為食品添加劑可作為鈣強化劑用于乳制品、飲料等產(chǎn)品，此外還可用于蛋白質(zhì)、酶等生物活性物質(zhì)的層析純化。 

 噴霧干燥技術(shù)因具有工藝簡單、效率高、可精確控制顆粒形貌和尺寸等優(yōu)勢，成為羥基磷酸鈣制備的主流技術(shù)之一，不同研究機構(gòu)針對特定應(yīng)用需求，開發(fā)了各具特色的制備工藝，那艾儀器噴干燥機三個案例便是其中的典型代表。 

一：空心羥基磷灰石微球制備（藥物載體與骨支架方向） 

聚焦羥基磷酸鈣在藥物遞送和骨組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用需求，針對性開發(fā)了空心羥基磷灰石微球的制備技術(shù)，旨在解決傳統(tǒng)載體材料藥物負載量低、緩釋效果差的問題，為可注射式藥物載體和骨組織工程支架提供新型材料。該研究選用硝酸鈣[Ca(NO?)?·4H?O]、磷酸氫二銨[(NH?)?HPO?]作為羥基磷酸鈣的合成原料，碳酸氫銨(NH?HCO?)作為造孔劑，核心設(shè)備采用BüCHI公司的B-290型噴霧干燥機，配合磁力攪拌器、pH計、真空干燥箱和馬弗爐完成整個制備流程。 具體工藝流程分為前驅(qū)體制備、噴霧干燥和后處理三個階段。首先進行前驅(qū)體溶液的制備：工作人員精確配制0.5M硝酸鈣溶液和0.3M磷酸氫二銨溶液，在持續(xù)攪拌的條件下將磷酸氫二銨溶液緩慢滴入硝酸鈣溶液中，同時用氨水調(diào)節(jié)體系pH值至10，確保反應(yīng)朝著羥基磷酸鈣的生成方向進行。滴加完成后繼續(xù)攪拌2小時，使反應(yīng)充分進行，形成均勻的羥基磷酸鈣懸浮液，隨后加入質(zhì)量百分比為1-10wt%的碳酸氫銨作為造孔劑，繼續(xù)攪拌至完全溶解，得到具有造孔功能的復(fù)合懸浮液。 噴霧干燥階段是形成空心結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，團隊通過大量實驗優(yōu)化出最佳工藝參數(shù)：進料速率控制在7.6 mL/min，進風(fēng)溫度設(shè)定為180℃，出風(fēng)溫度穩(wěn)定在90℃，霧化壓力保持0.4 MPa。在該參數(shù)下，復(fù)合懸浮液被泵入噴霧干燥機后，經(jīng)霧化器形成微小液滴，液滴在與熱空氣接觸的瞬間，表面水分快速蒸發(fā)形成硬殼，同時內(nèi)部的碳酸氫銨受熱分解，釋放出CO?和NH?氣體，在液滴內(nèi)部形成氣泡，隨著水分的持續(xù)蒸發(fā)，氣泡逐漸固定下來，最終形成空心微球前驅(qū)體。 為提高產(chǎn)品性能，前驅(qū)體還需經(jīng)過嚴格的后處理：收集的粉體先在60℃真空干燥箱中干燥12小時，徹底去除殘留水分；隨后置于馬弗爐中，在500℃下煅燒3小時，一方面去除粉體中殘留的碳酸氫銨和有機雜質(zhì)，另一方面提高羥基磷酸鈣的結(jié)晶度，增強微球結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。最終制備的空心微球由平均晶粒尺寸約15nm的納米顆粒組成，比表面積高達80 m2/g，這種特殊結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的藥物負載能力和緩釋性能，可有效控制藥物釋放速率，延長藥效持續(xù)時間，在可注射式藥物載體、骨缺損填充材料和組織工程支架領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。 

二：羥基磷灰石/殼聚糖復(fù)合微球制備（骨組織工程方向） 

以仿生骨組織成分為研究思路，致力于開發(fā)兼具良好生物相容性和機械性能的復(fù)合微球材料，用于骨組織工程支架和藥物遞送系統(tǒng)，解決單一羥基磷酸鈣材料脆性大、與細胞結(jié)合能力不足的問題。研究選用納米羥基磷灰石(n-HAp)作為無機相，殼聚糖(CS)作為有機相，冰醋酸作為殼聚糖溶劑，核心設(shè)備包括高剪切攪拌器、超聲波分散儀、噴霧干燥機和冷凍干燥機，通過有機-無機復(fù)合的方式實現(xiàn)材料性能的協(xié)同優(yōu)化。 復(fù)合懸浮液的制備是確保材料性能的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。團隊首先制備0.5wt%的殼聚糖醋酸溶液，通過精確調(diào)節(jié)pH值至5.5以下（低于殼聚糖的pKa值），使殼聚糖分子充分溶解并帶正電荷；隨后按照n-HAp/CS質(zhì)量比70/30的比例（該比例接近自然骨組織的有機-無機成分比例），將納米羥基磷灰石粉體加入殼聚糖溶液中。由于羥基磷灰石納米顆粒表面帶負電荷，與帶正電荷的殼聚糖分子可通過靜電作用形成穩(wěn)定結(jié)合，為確保復(fù)合體系均勻分散，先使用高剪切攪拌器以10,000 rpm的轉(zhuǎn)速攪拌30分鐘，打破納米顆粒的團聚體，再通過超聲波分散儀超聲處理15分鐘，進一步細化顆粒尺寸，最終形成均勻穩(wěn)定的復(fù)合分散液，為后續(xù)噴霧干燥制備奠定良好基礎(chǔ)。 噴霧干燥過程中，團隊針對復(fù)合體系的特性優(yōu)化了工藝參數(shù)：進風(fēng)溫度設(shè)定為160℃，出風(fēng)溫度控制在85℃，進料速率調(diào)整為5 mL/min，采用離心霧化方式進行霧化。離心霧化通過高速旋轉(zhuǎn)的霧化盤產(chǎn)生強大的離心力，將復(fù)合分散液甩成微小液滴，液滴在熱風(fēng)氣流中快速完成水分蒸發(fā)，同時殼聚糖分子快速固化，將羥基磷灰石納米顆粒包裹其中，形成結(jié)構(gòu)完整的n-HAp/CS復(fù)合微球。這種制備方式不僅效率高，還能有效保留復(fù)合體系的均勻性，避免有機相和無機相的分離。 為進一步提升產(chǎn)品質(zhì)量，收集的微球需經(jīng)過真空干燥處理：在40℃真空干燥箱中干燥6小時，去除微球內(nèi)部殘留的溶劑和水分，防止微球結(jié)構(gòu)變形；隨后通過標準篩篩選出粒徑在10-50μm范圍內(nèi)的微球，確保產(chǎn)品粒徑均一性。經(jīng)表征測試，最終制備的復(fù)合微球平均粒徑約15.8μm，表面光滑，球形度好，無明顯團聚現(xiàn)象。細胞實驗表明，該復(fù)合微球具有優(yōu)異的生物相容性和骨傳導(dǎo)性，能夠有效促進成骨細胞的黏附和增殖，為細胞生長提供良好的微環(huán)境；同時，殼聚糖的引入顯著改善了材料的韌性，解決了純羥基磷灰石材料脆性大的問題。該材料可直接用于骨組織工程支架的構(gòu)建，也可作為藥物遞送載體負載骨修復(fù)相關(guān)生長因子，在骨缺損修復(fù)、骨組織再生等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。 

三：羥基磷酸鈣納米棒微簇制備（牙科材料方向） 

聚焦牙科樹脂復(fù)合材料的性能提升需求，開發(fā)了羥基磷酸鈣納米棒微簇作為高性能無機填料，旨在解決傳統(tǒng)填料與樹脂相容性差、復(fù)合材料機械強度和耐磨性不足的問題，為牙科修復(fù)材料提供新型增強填料。研究選用硝酸鈣、磷酸氫二銨作為羥基磷酸鈣合成原料，氨水用于調(diào)節(jié)pH值，尿素作為輔助試劑，表面活性劑用于改善分散性，核心設(shè)備包括高重力反應(yīng)沉淀裝置（旋轉(zhuǎn)填充床RPB）、水熱反應(yīng)釜、噴霧干燥機、熱處理爐和高速分散機，通過控制納米棒形貌和微簇結(jié)構(gòu)實現(xiàn)填料性能的優(yōu)化。 羥基磷酸鈣納米棒的制備是該技術(shù)的核心環(huán)節(jié)。團隊采用高重力反應(yīng)沉淀法在旋轉(zhuǎn)填充床中合成納米棒，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)參數(shù)精確控制產(chǎn)品長徑比——反應(yīng)體系中Ca/P摩爾比嚴格控制為1.67（羥基磷酸鈣的理論化學(xué)計量比），pH值調(diào)節(jié)至10，反應(yīng)溫度維持在60℃，反應(yīng)時間2小時。旋轉(zhuǎn)填充床通過高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強大的離心力，使反應(yīng)物料在微觀尺度上實現(xiàn)高效混合，確保反應(yīng)均勻性，從而生成形貌均一的納米棒；為進一步提高納米棒的結(jié)晶度和長徑比，產(chǎn)物需經(jīng)過水熱后處理——置于水熱反應(yīng)釜中，在180℃下反應(yīng)12小時，最終制備出長徑比分別為2、15、38的三種羥基磷酸鈣納米棒，為后續(xù)微簇制備提供多樣化原料。 微簇的制備通過噴霧干燥技術(shù)實現(xiàn)：首先將特定長徑比的納米棒濾餅分散于去離子水中，制成固含量為2%的懸浮液，加入少量PEG表面活性劑改善納米棒的分散性，防止團聚；隨后將懸浮液送入噴霧干燥機進行處理，優(yōu)化后的工藝參數(shù)為：進風(fēng)溫度120℃，出風(fēng)溫度70℃，進料速率5 mL/min，霧化壓力0.3 MPa。在噴霧干燥過程中，納米棒在液滴內(nèi)部隨著水分蒸發(fā)逐漸聚集，形成緊密堆積的微簇結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)既保留了納米材料的優(yōu)異性能，又解決了納米顆粒直接使用時易團聚的問題。 為增強微簇結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和與樹脂的相容性，產(chǎn)品還需經(jīng)過熱處理和表面修飾：收集的微簇粉體在500℃下熱處理3小時，通過顆粒間的弱燒結(jié)作用增強微簇內(nèi)部結(jié)合強度；隨后使用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)對微簇表面進行改性，使微簇表面接枝與牙科樹脂相容性良好的有機官能團，提高填料與樹脂基體的界面結(jié)合力。最終制備的微簇呈規(guī)則球形，粒徑范圍1-4μm，由長徑比為2的納米棒緊密堆積而成。 將該微簇作為填料加入牙科樹脂后，復(fù)合材料性能得到顯著提升：彎曲強度提高36.3%，彎曲模量提高11.4%，壓縮強度提高56.6%，同時最大填充量從傳統(tǒng)填料的50%提升至60%，有效改善了牙科修復(fù)材料的機械性能和耐磨性，延長修復(fù)體的使用壽命。該材料可廣泛應(yīng)用于牙科復(fù)合樹脂、種植牙基臺涂層和牙齒美白產(chǎn)品中，為牙科修復(fù)技術(shù)的發(fā)展提供了有力支撐。 綜合來看，噴霧干燥技術(shù)在羥基磷酸鈣制備中展現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢，通過調(diào)控原料配比、pH值、進風(fēng)溫度、進料速率和霧化條件等關(guān)鍵工藝參數(shù)，可精確控制產(chǎn)品的形貌、結(jié)構(gòu)和性能，滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

上述三個案例分別針對藥物載體、骨組織工程和牙科材料三大方向，形成了各具特色的制備策略——空心微球通過特殊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)藥物緩釋功能，復(fù)合微球通過有機-無機協(xié)同提升生物相容性和韌性，納米棒微簇通過形貌優(yōu)化增強牙科材料的機械性能，這些技術(shù)成果不僅豐富了羥基磷酸鈣的制備方法，更為其在生物醫(yī)學(xué)及其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了堅實的技術(shù)支撐。未來，隨著工藝參數(shù)的進一步優(yōu)化和多學(xué)科技術(shù)的融合，噴霧干燥制備羥基磷酸鈣的技術(shù)將朝著更高效、更精準、更具功能性的方向發(fā)展。