中國粉體網訊 碳酸鈣是自然界中存在最廣泛的礦物之一，它不僅被大量應用于工業(yè)生產，還在生物礦化過程中起著至關重要的作用。經過長時間的研究，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，使其在提高藥物的生物利用度，克服體內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，在新材料領域也有較大潛力可以挖掘。
生物以及合成無定形碳酸鈣的形貌
1、ACC制備技術研究
至今，人工合成ACC已有超過100年歷史，但由于ACC在水溶液中的穩(wěn)定時間不超過兩分鐘，因此工業(yè)化生產還技術尚不成熟。目前，無定形碳酸鈣的研究還停留在模擬生物體的仿生礦化過程，主要控制手段是添加劑（穩(wěn)定劑），例如：鎂離子、硅酸根離子、磷酸根離子等無機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大分子。
此外，無定形碳酸鈣與空氣接觸時會吸附一定的水在其表面，當環(huán)境濕度較高時，表面吸附的水分子能促進無定形碳酸鈣的溶解和再結晶，因此濕度對穩(wěn)定制備ACC也很重要。
實驗室中ACC制備技術
（1）以氯化鈣和碳酸鈉為原料，通過低溫快速混合，快速分離得到無定形碳酸鈣。此種方法要求反應和分離時間短，大規(guī)模生產的難度大，且無法避免無定形碳酸鈣繼續(xù)轉化為其它晶形，無法獲得單一無定形碳酸鈣，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、有機高分子等大分子模板或硅酸鈉、鎂離子等無機離子可抑制無定形碳酸鈣轉化，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，形成時間長，效率低，不適合工業(yè)生產。
（3）以有機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緩慢釋放二氧化碳，在氨氣氛圍中逐步沉淀產生無定形碳酸鈣。該工藝的環(huán)保性、經濟性及生產效率都較差，不適合作為無定形碳酸鈣的生產技術。
此外，上述添加劑雖然起到了穩(wěn)定ACC的作用，但同時也限制了材料在醫(yī)藥領域的應用。此外，現階段合成的ACC一般都為球形納米顆粒，很難到復雜形貌的大尺度的粒子，在許多工業(yè)領域應用同樣受到限制。
專利中ACC制備技術
2021年9月，內蒙古工業(yè)大學公開了一種可穩(wěn)定存在的無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)定的無定形納米碳酸鈣，該產物能夠持續(xù)穩(wěn)定地無定形形貌存在，具有粒徑�。▋H約10nm左右），比表面積大（高達334m2.g‑1），溶解度高等優(yōu)點，是一種良好的給藥載體。
2021年11月，湖北工業(yè)大學公開了一種在醇溶劑中制備穩(wěn)定多孔狀無定形碳酸鈣的方法。通過醇-氯化鈣絡合物和醇-碳酸鉀絡合物調控生成納米顆粒的多孔狀無定形碳酸鈣，而且所得產品粒徑均一性好。
2、ACC在醫(yī)藥領域的應用成果
除了實驗室，在自然界中，ACC可通過生物聚合物（大分子）幾丁質和蛋白質來穩(wěn)定。若干出版物已經示出，可以通過穩(wěn)定聚合物和離散的化合物來防止或減少無定形碳酸鈣的結晶，也就是為ACC晶型轉化按下“暫停鍵”。據艾瑪菲克有限公司研發(fā)成果，無機聚磷酸/聚磷酸酯/聚磷酸鹽或雙膦酸/雙膦酸酯/雙膦酸鹽可以使無定形碳酸鈣穩(wěn)定持續(xù)長的時間段，包括在含水懸浮液中。而阿莫菲克研究突破的靈感也是來源自然界，科研人員通過觀察澳大利亞藍鰲蝦發(fā)現，為了適應低鈣淡水的生長環(huán)境，藍鰲蝦發(fā)展出了一種復雜的鈣運轉機制，能夠在脫皮前收集并存儲來自外骨骼的鈣，然后重新吸收，在不到72小時內重建新的外骨骼。
在制藥領域，ACC的優(yōu)勢主要體現在高溶解度，高吸收度等方面，并據此開發(fā)出系列產品。例如，用于改善運動性能的無定形碳酸鈣、用于吸入施用/舌下施用或含服施用的無定形碳酸鈣的組合物、用于治療白血病的無定形碳酸鈣、作為細胞培養(yǎng)基補充劑的穩(wěn)定的無定形碳酸鈣、治療神經/肌肉和不育疾病或狀況的穩(wěn)定的無定形碳酸鈣等。
無定形碳酸鈣生物利用度比結晶碳酸鈣高約2倍
圖源：阿莫菲克
3、ACC在材料領域的應用價值
相比經典成核和結晶過程，以無定形物相為前驅體的晶體生長過程有更多的優(yōu)勢。首先，無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構的晶體；其次，無定形相由于能在過飽和溶液中快速形成，可以嵌入更多的無機離子和有機分子，且在特定的結晶轉化過程中得以保留，從而能極大增強晶體的力學性能；最后，通過調控無定形相的結晶轉化過程可以制備經典成核和結晶過程難以或者無法得到的新材料。
結語
近年，國內對碳酸鈣生產技術的研究主要集中在超細粉碎、表面改性以及制造業(yè)下游應用等方面；對醫(yī)藥領域用碳酸鈣以及生物礦化技術的研究尚無重大應用成果，對于ACC的研究也始終處于落后位置。
參考文獻：
解晶晶，等：無定形碳酸鈣的穩(wěn)定性和結晶轉化過程研究進展，武漢理工大學
粉體網、專利之星、艾瑪菲克有限公司等
（中國粉體網編輯整理/昧光）
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