球形多孔羥基磷灰石吸附劑及其方法與流程
2023-08-05 00:37:51
本申請按照美國專利法第35卷第119(e)條款規定主張對2014年3月3日提交的編號為61/947,128的美國臨時申請案的優先權，其全文以引用的方式併入本文。
技術領域：
本發明涉及納米結構合成羥基磷灰石的組分及其製備方法。合成羥基磷灰石組分具有高度球形顆粒和多孔結構，在高壓下具有極好的機械強度和耐久性，並可用作色譜吸附劑。
背景技術：
：羥基磷灰石的化學式為Ca10(PO4)6·(OH)2，是骨頭和牙齒的無機成分。作為一種無毒和生物相容性材料，其通常用作填充在如蛋白質、酶、疫苗和核酸等生物分子色譜分離柱中的填充材料。其吸收這些生物分子的能力取決於色譜吸附劑顆粒的結構及所暴露表面上活性位點的濃度。用於柱狀色譜法的羥基磷灰石的製備方法首先由Tiselius等人發明。【生物化學與生物物理文獻，65:132-155(1956)】。填充在用於色譜柱中的羥基磷灰石可通過多種方法製備而成。結晶羥基磷灰石通常通過使水溶性鈣鹽和磷酸鹽在水溶液中發生反應的溼法合成來合成。接著對形成的羥基磷灰石進行粒化以獲得微粒。通過常規工藝製備的羥基磷灰石具有以下缺點：1)顆粒形狀和大小不規則、2)機械強度低、及3)熱處理後晶體表面活性位點的水平低。由於顆粒形狀和大小不規則，羥基磷灰石顆粒不能均勻或緻密地填充在柱中進行色譜分離。由於其機械強度低，填充在柱床中的羥基磷灰石在用於純化時易受損，而最終導致柱床塌陷。因此，使用羥基磷灰石進行色譜分離受到很大限制。過去二十年中，人們已為製備用於色譜法的理想吸附劑付出了許多努力，但均未取得很大的成功。作為一種陶瓷材料，羥基磷灰石雖然十分堅硬，但機械強度低。羥基磷灰石通常在高溫下進行處理，以提高其機械強度。作為折衷結果，與羥基磷灰石吸附劑結合生物分子能力成正比的表面活性位點大大降低。考慮到其化學和結構性質，很難製備滿足所有基本要求的羥基磷灰石吸附劑。不僅用於製備球形羥基磷灰石吸附劑的常規工藝存在各種問題，而且將所製備的吸附劑用作色譜純化的填充材料也存在問題。因此，需要新的工藝來製備多孔羥基磷灰石吸附劑，使其達到所需的分離能力，且進行色譜分離時可保持其形狀、結合能力及化學和機械性能。此外，羥基磷灰石吸附劑應具有足以允許大生物分子快速質量轉移的孔徑。最後，各批次的製備工藝可在各批次重複進行，以確保羥基磷灰石吸附劑的色譜性能和物理特性。目前尚無任何關於具有上述極高機械強度和色譜特性的羥基磷灰石材料的報導。技術實現要素：本發明提供了一種用作色譜吸附劑的新型羥基磷灰石組分，以及所述新型羥基磷灰石組分的製備方法。一方面，本發明提供了包含羥基磷灰石顆粒的羥基磷灰石組分，其中，羥基磷灰石顆粒的堆積密度約為0.5-0.9g/cm3，且羥基磷灰石顆粒還包含具有球形和多孔結構的固結次級顆粒。在一個實施例中，本發明羥基磷灰石組分中所述固結次級顆粒的平均孔徑約為50-100nm，且其平均孔體積約為0.1-0.5cm3/g。在另一實施例中，本發明羥基磷灰石組分中所述羥基磷灰石顆粒的中值粒徑為20±4μm、40±4μm、60±4μm或80±4μm。在另一實施例中，本發明羥基磷灰石組分中每個羥基磷灰石顆粒的球形度為至少0.95，優選為至少0.97，更優選為至少0.99。另一方面，本發明提供了一種羥基磷灰石組分的製備方法，包括以下步驟：(a)使包含氫氧化鈣粉末的水性懸浮液與包含磷酸和磷酸鹽的水溶液發生反應，以獲得包含羥基磷灰石初級顆粒的羥基磷灰石懸浮液；(b)研磨懸浮液中所述羥基磷灰石初級顆粒；(c)噴霧乾燥所述懸浮液，以獲得固結羥基磷灰石次級顆粒；並(d)燒結所述固結次級顆粒，以獲得燒結的羥基磷灰石顆粒。在一個實施例中，本發明的方法還包括步驟(e)將所述燒結的羥基磷灰石顆粒分級，以獲得具有所需粒徑範圍和/或所需中值粒徑的羥基磷灰石顆粒。在一些實施例中，所述方法還包括在所述噴霧乾燥步驟前向所述懸浮液中加入分散劑，以獲得均質懸浮液。在本發明一些實施例中，反應步驟(a)中的磷酸鹽包括基於磷酸鈣的化合物。在另一實施例中，本發明的方法中形成的羥基磷灰石懸浮液pH範圍約為7-12，優選為8-11。在本發明一些實施例中，分散劑選自無機化合物、短鏈有機化合物、聚合物及其組合。在本發明一些實施例中，作為分散劑的無機化合物選自包含磷酸鹽、矽酸鹽和碳酸鹽的組；短鏈有機化合物選自包含有機電解質和表面活性劑的組；且聚合物選自包含聚合物電解質和聚合物非電解質的組。本發明的方法中，步驟(b)中的所述研磨可為本領域技術人員已知的任何合適的研磨技術，包括但不限於球磨。在本發明一些實施例中，研磨步驟(b)中所得的羥基磷灰石顆粒的平均粒徑範圍約為1.0-5.0μm。在本發明一些實施例中，用於所述燒結的溫度範圍約為450-800℃，優選約為550-750℃，更優選約為650℃。在本發明一些實施例中，本領域技術人員可利用任何已知合適的篩分技術對所得羥基磷灰石顆粒進行分級，包括但不限於超聲篩分。另一方面，本發明包括根據本文所公開的任何實施例方法製備而成的羥基磷灰石組分。另一方面，本發明包括羥基磷灰石組分，其特性基本如示例所述和附圖所示。另一方面，本發明提供了根據本文所公開的任何實施例的羥基磷灰石組分用作色譜吸附劑的使用方法。另一方面，本發明提供了包含根據本文所公開的任何實施例的羥基磷灰石組分的色譜吸附劑。另一方面，本發明提供了包含根據本文所公開的任何實施例的羥基磷灰石組分的製品。另一方面，本發明提供了包括根據本文所公開的任何實施例的色譜吸附劑的設備或裝置。另一方面，本發明提供了利用包括根據本文所公開的任何實施例的色譜吸附劑的色譜法設備或裝置的有機和/或生物樣本的分析或分離方法。根據以下附圖和詳細描述，本領域技術人員可清楚了解本發明的其他目的、優點和新特性。附圖說明圖中的組分不一定按比例示出，其重點在於說明本發明示例性實施例的原理，且參考編號表示不同視圖中相應的部分。圖1為示例1中所得的懸浮液中羥基磷灰石初級顆粒的粒徑分布曲線圖。圖2為示例2中所得經球磨的懸浮液中羥基磷灰石顆粒的粒徑分布曲線圖。圖3為示例4中所得的羥基磷灰石吸附劑(粒徑為40μm)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖4為燒結溫度為650℃下，對比示例1中所得的羥基磷灰石吸附劑(粒徑為40μm)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖5為示例4中所得的羥基磷灰石吸附劑(粒徑為40μm)的X射線衍射圖(XRD)。圖6為示例4中所得的羥基磷灰石吸附劑(粒徑為40μm)的傅立葉變換紅外(FT-IR)光譜。圖7為示例4中所得的羥基磷灰石吸附劑(粒徑為40μm)的色譜穩定性。具體實施方式本發明旨在提供一種具有機械穩定性的吸附劑，且當其用作填充在柱中的吸附劑時，可在色譜分離中表現出極好的性能。此外，本發明還旨在提供一種可靠的方法，可實現吸附劑大規模製備以滿足工業應用的需求。一方面，本發明提供了具有羥基磷灰石化學組分的色譜吸附劑，其結合了晶體的分離能力，並以其自身的框架強度作為支撐。當被用作填充或載入柱中的吸附劑時，本發明的色譜介質在物質分離中表現出極好的特性。尤其是對於彼此結構差異很小或化學性質相同的物質如單體和聚合物而言，利用本發明的介質用作吸附劑的色譜法可實現良好選擇性和高精度分離。此外，本發明所選用的介質可用於高純度分離，而利用市場現有吸附劑難以實現該分離。可以通過本發明的介質分離的物質包括生物分子(例如含免疫球蛋白或酶的蛋白質)、核酸(例如RNA和DNA)和疫苗。一些應用中，本發明的介質在為獲得有價值高純度藥物的下遊生物工藝最後精純步驟中的使用必不可少。在一個實施例中，本發明的色譜介質由微米級羥基磷灰石微球組成，其特徵在於該介質具有納米網狀結構、高平均孔徑、良好的球形度和狹窄範圍的粒徑分布、良好的結合能力和持久的機械穩定性。此外，與常規吸附劑相比，本發明的羥基磷灰石吸附劑具有高堆積密度和更小粒徑，其可重複的柱分離性能便於固定柱床的填充。由於其具有高機械強度，在填充在大體積(例如>50L)柱床時色譜柱的運行周期相應增加，因此大大降低了工業生產的操作成本。一方面，本發明提供了一種納米結構羥基磷灰石晶體的合成方法，用作製備色譜吸附劑的前體。由於其網絡結構由納米棒組成，所合成的羥基磷灰石表面積很大，從而保證了吸附在晶體表面上時對生物分子具有良好的結合能力。原材料主要是廉價且可商購的無機物。反應條件溫和、易於控制，無需使用特定類型的設備。同時，所生產的副產物無毒且環保。在一個實施例中，製備羥基磷灰石納米晶體時，本發明的方法包括劇烈攪拌並將含有兩種原料即磷酸二氫銨和磷酸的溶液加入到含有固體原料氫氧化鈣的懸浮液中。隨後獲得含有羥基磷灰石納米晶體的所得懸浮液。在一個實施例中，所得懸浮液的最佳pH值範圍約為8-11。為增加最終固結產物的堆積密度並獲得適當的孔徑，在一個實施例中，將上述所得懸浮液中的羥基磷灰石初級顆粒研磨成更小的顆粒。在一個實施例中，球磨法通過將包含羥基磷灰石顆粒的懸浮液連續泵送到填充有氧化鋯珠的封閉汽缸中來實施。在一個實施例中，研磨顆粒的中值粒徑約為或大於1μm(D50)，優選範圍約為1-5μm，更優選範圍約為1-3μm。通過將研磨顆粒的中值粒徑控制在這些範圍內，本發明的方法確實可製備最終羥基磷灰石吸附劑，其包含堆積密度範圍約為0.5-0.9g/cm3，尤其是0.55-0.82g/cm3的固結次級顆粒。在另一實施例中，本發明提供了一種由固結的次級顆粒組成的高度球形多孔羥基磷灰石微粒的製備方法。具體而言，在一個實施例中，噴霧乾燥前，將適量的分散劑加入到上述研磨的懸浮液中，以降低懸浮液的粘度，從而大大改善液體流動性。隨後，通過噴霧乾燥受熱垂直腔內含有羥基磷灰石初級顆粒的液滴，來獲得固結的羥基磷灰石次級顆粒。因此，與不使用任何分散劑的產品相比，這種方法大大提高了固結羥基磷灰石次級顆粒的球形度。用於改善懸浮液流動性的分散劑包括但不限於無機化合物、短鏈有機化合物和聚合物。在另一實施例中，本發明提供了通過高溫下噴霧乾燥獲得羥基磷灰石粉末並進一步將粉末分級以獲得具有不同平均粒徑的各種最終吸附劑產物的處理方法。在一個實施例中，對處理溫度進行調節，以確保其具有機械穩定性、良好的結合能力和足夠大的孔開口，從而克服生物分子向最終吸附劑質量轉移的潛在阻礙。優選地，利用超聲篩分法對寬粒徑分布的顆粒進行分級。因此，獲得的最終吸附劑產物具有較窄粒度分布。本發明的吸附劑通過噴霧乾燥球磨合成羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)初級顆粒，再進行高溫處理和顆粒分級來製備。儘管無限制條件，然而根據本發明所得的吸附劑粒徑分布範圍小且堆積密度範圍約為0.5-0.9g/cm3，普遍範圍約為0.55-0.82g/cm3，且孔體積約為0.1-0.5cm3/g。所述吸收劑具有化學和機械穩定性，特別適用於填充床、流化床或攪拌批量吸附、或生物分子的色譜分離和純化。使用本發明的方法所得的高度球形吸附劑包括羥基磷灰石及其它類型的合成材料。合成材料包括有機材料和無機材料，無機材料優選為陶瓷材料如磷酸鈣基陶瓷、礦物氧化物等。其中，羥基磷灰石無毒且具有生物相容性。因此，羥基磷灰石是生物醫學應用的理想生物材料，如人造骨頭和牙齒、給藥系統基質等。此外，羥基磷灰石作為晶體表面上具有官能團的陶瓷材料，不僅對各種生物分子具有極好的吸附能力，而且還可用作色譜介質的支撐材料。下文將參照某些優選實施例更詳細地描述本發明的吸附劑及其製備方法。1.納米結構羥基磷灰石前體的合成首先，通過將溶液與懸浮液混合的反應來合成用於製備球形顆粒前體的納米結構羥基磷灰石。溶液含有兩種原料的混合物，懸浮液含有一種原料。反應期間，需劇烈攪拌懸浮液並將循環浴溫度設定在可維持容器內反應的溫度。反應結束後，即可獲得具有納米棒結構的初級羥基磷灰石顆粒。在一個實施例中，為製備羥基磷灰石前體，將磷酸二氫銨和磷酸水溶液緩慢加入到含有氫氧化鈣的懸浮液中，同時劇烈攪拌。在一個實施例中，所用原料的鈣/磷化學計量比為1.67。根據上述方法，可獲得具有納米棒網狀結構和表面積很大的羥基磷灰石顆粒，非常適合用作色譜介質。基於工業應用的需要，可提升羥基磷灰石的製備批量，這對羥基磷灰石的物化特性沒有任何影響。優選地，反應容器大小為10L至10,000L，更優選為50L至5,000L。在一個實施例中，反應容器中懸浮液的初始溫度可設定在20至50℃間，反應過程中的循環浴溫度優選保持在初始溫度。在另一優選實施例中，初始溫度設定為35℃，如示例1所示。循環浴溫度保持在35℃時，可使原料間中和反應過程中放熱引起的反應溫度變化最小。在一些實施例中，為避免溫度偏移，應控制磷酸二氫銨、磷酸溶液和氫氧化鈣懸浮液混合反應時的添加速率。在一些優選實施例中，偏移溫度控制在初始反應溫度約5℃上下，這對於確保各批次重複製備並在此合成步驟中獲得特性一致的羥基磷灰石納米晶體非常重要。在一些實施例中，加入含有磷酸二氫銨和磷酸溶液的時間約為10至24小時，優選約為16小時。溶液添加完成後，將混合物繼續攪拌約1至5小時，優選約2小時，同時保持溫度與初始溫度相同，確保反應完成。反應結束時所得懸浮液的pH很關鍵。在一些實施例中，所得懸浮液的pH範圍應約為7至12，優選範圍8至11。pH小於7時，羥基磷灰石易進一步轉變為磷酸二鈣(DCP)、磷酸三鈣(TCP)等。僅使用磷酸與氫氧化鈣反應時，由於反應系統中缺乏緩衝力，pH會在反應接近結束時顯著變化，可能生成一些副產物如DCP和TCP。高純度羥基磷灰石納米晶體的製備過程中不期望生成DCP和TCP。尤其是磷酸的使用量略高於化學計量的使用量時，pH可能遠低於7，且會生成大量如DCP和TCP等副產物。為克服上述缺點，在一些實施例中，本發明還使用磷酸二氫銨作為原料之一，與磷酸一起提供磷酸鹽源。使用磷酸二氫銨的一個優點是反應接近結束時，反應在具有緩衝力的系統中發生，從而可避免pH的潛在顯著變化。將磷酸二氫銨作為原料的另一個優點是可使反應更溫和、更可控地發生，從而減小反應系統的溫度偏移。與氫氧化鈣和磷酸間較劇烈的中和放熱反應不同，磷酸二氫銨與氫氧化鈣的反應產生較少熱量，因此較溫和。這些條件有助於製備材料特性一致的羥基磷灰石。只要反應過程中反應器中的懸浮液容易攪拌而無阻礙物，則懸浮在水中的固體氫氧化鈣的量和溶於水中的磷酸和磷酸二氫銨的量可變化。具體而言，在一個實施例中，氫氧化鈣：水的比例為1:10(重量/重量)。在另一實施例中，磷酸(85％w/w)：磷酸二氫銨：水的比例為17:1:50(重量/重量/重量)。根據本發明，只要鈣/磷的化學計量比約為1.67，磷酸和磷酸二氫銨的相對量可變化。2.利用球磨法進行精細羥基磷灰石顆粒的製備如果通過直接噴霧乾燥上述合成的初級顆粒，而後燒結固結的次級顆粒，則獲得的吸附劑非常鬆散，且堆積密度低，因此機械強度低。吸附劑填充在柱床時，在壓力下容易破裂。為增加吸附劑的堆積密度和機械穩定性，需將上述所得懸浮液中含有的羥基磷灰石初級顆粒研磨成更小的顆粒，進而獲得緊密固結的次級顆粒。在一個實施例中，本發明提供了利用球磨法製備精細羥基磷灰石顆粒的方法。與其它方法，如噴射磨法相比，球磨法成本低、易於操作和維護，且適用於懸浮液樣本的大規模生產。同時，所得的粒徑滿足下一步驟的工藝要求。簡言之，球磨法是通過將羥基磷灰石懸浮液連續進料到填充有球形氧化鋯珠粒的封閉氣缸腔中、並機械旋轉所述珠粒來實施的。在一個實施例中，球磨法步驟詳述如下。將羥基磷灰石懸浮液通過如機械裝置等方法泵入填充有氧化鋯珠的封閉氣缸腔中，例如珠粒平均直徑約為0.8mm；氧化鋯珠和懸浮液在高壓下快速機械旋轉時，腔內的初級顆粒被研磨成較小顆粒。研磨的懸浮液從氣缸端部的開口連續洗脫出並盛於容器中。因腔內的操作過程產生很大熱量，因此需利用圍繞氣缸腔的冷水循環來減少熱量，以免可能發生的設備損壞。為獲得期望粒徑的粉碎顆粒，可相應地調節操作的運行周期。因此，該方法可以很好的粉碎初級顆粒，通過進一步的製備工藝很好地獲得最終產物(羥基磷灰石吸附劑)。在一些實施例中，所得的粉碎顆粒中值粒徑為1μm以上，優選為1至5μm，更優選為1至3μm。最終產物的孔徑與粉碎顆粒的粒徑直接相關，其確定了通過噴霧乾燥步驟所得的固結次級顆粒之間的空間。當粉碎顆粒的中值粒徑在這些範圍內時，可製備具有適當堆積密度、高機械穩定性及孔徑大小足夠生物分子結合的色譜吸附劑粉末。3.固結羥基磷灰石次級顆粒的製備具有良好機械強度的高度球形吸附劑一直是人們所期望的。由於現有的吸附劑球形度低，不具有良好的機械穩定性且表面孔開口不大，不能有效結合高分子量的生物分子。為獲得具有良好球形度的固結次級顆粒，有必要改進位備工藝。因此，一方面，本發明提供了利用改進的噴霧乾燥法製備球形顆粒的方法。在一個實施例中，本發明提供了在噴霧乾燥前在研磨的羥基磷灰石懸浮液前加入分散劑的方法。在一個實施例中，需加入適量的分散劑以改善粉末顆粒的球形形狀。因此，固結羥基磷灰石次級顆粒的球形度高於不使用任何分散劑的產品。在一些實施例中，應嚴格控制所使用的分散劑的量，因為在研磨的懸浮液中加入過多或過少的分散劑都會破壞所得的固結顆粒形狀。具體而言，在一個實施例中，將已計算好量的分散劑緩慢加入上述研磨的懸浮液中，同時在環境條件下劇烈攪拌，從而降低了懸浮液的緻密度和粘度。因此，也大大提高了懸浮液的流動性，有助於噴霧乾燥步驟中在旋轉盤的頂部形成平滑膜。此外，使用分散劑還降低了高速旋轉時，旋轉盤上的膜破裂所形成液滴的表面張力。上述所有優點提供了利用噴霧乾燥工藝獲得高度球形固結次級顆粒的可靠方法。分散劑用量需進行計算並以分散劑(重量)：懸浮液(重量)的比例百分數(％w/w)表示。根據分散劑的類型和研磨懸浮液中羥基磷灰石的固體含量，分散劑用量可在，但不限於，約0.005％至1％(w/w)範圍內，優選範圍為0.01％至0.2％(w/w)。在一些實施例中，合適的分散劑用量對於獲得具有高產品質量和性能的固結次級顆粒至關重要。因此，分散劑用量添加不足可能不會明顯降低懸浮液的粘度。同時，分散劑用量添加過多可能導致分散顆粒重新聚集。這樣形成的懸浮液不均勻且容易沉澱出來，這並不是所期望的結果。用於本發明的分散劑包括但不限於無機化合物、短鏈有機化合物和聚合物等。無機化合物分散劑的示例包括但不限於磷酸鹽(例如六偏磷酸鈉)、矽酸鹽和碳酸鹽。短鏈有機化合物的示例包括但不限於有機電解質(例如檸檬酸鹽)和表面活性劑(例如吐溫20、吐溫80、十二烷基硫酸鈉(SDS)和(CTAB)。聚合物分散劑的示例包括但不限於聚合物電解質(例如聚丙烯酸酯)和聚合物非電解質(例如聚丙烯酸和PVA)。在一個實施例中，將7g聚丙烯酸鈉緩慢(例如逐滴)加入到35L研磨的羥基磷灰石(約10％w/w)懸浮液中，同時攪拌。懸浮液將變得較不粘稠且更均勻。甚至所得懸浮液在不攪拌的情況下，靜置幾小時，無任何羥基磷灰石顆粒沉澱。接下來噴霧乾燥上述分散好的懸浮液以製備球形次級顆粒。具體而言，將上述懸浮液與熱氣流如空氣或氮氣一起通過霧化裝置如旋轉盤、噴霧噴嘴注入到垂直乾燥腔中。所述熱氣流將由旋轉盤形成的微滴水快速蒸發，並從噴嘴釋放。氣體通常在140至220℃下注入，並在略高於100℃的溫度下從乾燥器放出；由微滴形成的羥基磷灰石的微粒固結成高度球形單個聚集體。噴霧乾燥機底部收集所得的羥磷灰石微球粉末粒度範圍約為10-90μm，大部分顆粒的粒徑約為40μm。4.高溫處理及分級羥基磷灰石是易碎的陶瓷材料。為提高羥基磷灰石的機械強度，需將其在高溫下加熱一段時間。上述步驟所得乾燥羥基磷灰石粉末在高溫下處理時，棒狀球形初級顆粒收縮並易交織在一起，形成更緊密的網狀結構。因此，所得羥基磷灰石吸附劑的表面孔徑增大，並相應地增強了微粒粉末的機械強度。孔口大小隨著燒結溫度增加而增加。此外，在高於600℃的燒結溫度下，孔徑可隨燒結時間增加直至最大值。顯然，燒結粉末的表面積隨著燒結溫度增加而降低。與表面活性位點直接相關的羥基磷灰石吸附劑的表面積決定了其與生物分子的結合能力。根據利用羥基磷灰石吸附劑進行色譜分離的應用，本領域技術人員可優化工藝參數如燒結溫度和時間，以獲得期望的性能。在一個實施例中，使用有機分散劑時，在存在空氣流的條件下進行燒結，從而燒盡有機分散劑。在一個實施例中，粉末置於暴露於空氣流的爐中。將粉末逐漸加熱至650℃，並在650℃下保持4小時。然後將粉末冷卻並從爐中取出。雖然加熱和冷卻導致結晶顆粒體積變化，但是吸附劑珠粒經過這些工藝後不會出現任何裂紋。上述操作生成了具有較大孔徑的穩定珠粒。通過高溫處理所得的上述粉末的粒徑分布範圍大。作為色譜分離介質，尤其用於工業純化工藝時，優選較均勻粒徑的吸附劑。因此，在一些實施例中，需對上述所得粉末進行分級以獲得粒度分布範圍較小的吸附劑。本發明中可使用各種分級法，包括篩分和氣旋分級。所述氣旋分級法不能完全消除所有不需要的較小及較大顆粒。而對於超聲篩分法，粒徑篩分由篩網孔徑確定，可進行商業化定製設計。因此，所述超聲篩分法更可靠地獲得具有所期望的小範圍粒徑分布的顆粒。在一個實施例中，本發明提供了使用超聲波振動篩分器進行羥基磷灰石顆粒分級的方法。該方法可靠並具有良好的重複性，且可提供性能一致的吸附劑最終產物。由於燒結粉末機械強度高，在該階段進行分級可很好地保持固結次級顆粒的完整性。噴霧乾燥所得的次級顆粒的機械穩定性比燒結粉末弱。在燒結工藝之前，將所述分級工藝，尤其是使用氣旋分級法工藝應用於乾燥的粉末時，一些顆粒易分解，從而可能導致分級的顆粒上形成缺陷並影響顆粒的完整性。因此，本發明還提供了一種對燒結粉末進行分級的超聲篩分法，來代替這種未進行粉末燒結的工藝。具體而言，為獲得粒徑為40μm的羥基磷灰石吸附劑，在超聲波振動篩上分別安裝孔徑為35μm和45μm的兩個篩網。為使分離效率最大化並避免粒徑損耗，篩網裝有超聲系統，尤其適用於密度小於1g/cm3的粉末，如本發明中的羥基磷灰石粉末。簡言之，將一些燒結粉末放置在45μm篩網的頂部。篩分操作進行一段時間後，收集兩個篩網間的粉末即45μm篩網下部和35μm篩網頂部的粉末，以獲得羥基磷灰石吸附劑的最終產物。產物的平均粒徑為40±2μm。具體而言，使用不同篩網所得的吸附劑最終產物的平均粒徑為20μm、40μm、60μm和80μm等。本發明所得的最終產物為高度球形，球形度至少為0.95，普遍為0.97。羥基磷灰石吸附劑的堆積密度範圍約為0.5至0.9g/cm3，普遍範圍約為0.55至0.82g/cm3，且優選範圍約為0.62至0.75g/cm3。另一方面，本發明提供了一種使用含色譜吸附劑的色譜設備或裝置對有機或生物樣品進行分析或分離的方法。所述設備和裝置包括如色譜柱本身或以所述色譜柱作為整體部件的自動化機器。分析或分離的有機樣本可為含有合成或天然有機化合物的任何組分或混合物。分析或分離的生物樣本可包括蛋白質、酶、核酸等任何組分或混合物。本領域技術人員了解使用色譜柱來分析或分離所述樣本的方法，但本發明下具有優良特性的色譜吸附劑可實現更有效地分析和/或分離。在本申請案中，術語「約」出現在數值前時，應理解為該值可變化至少±10％，但優選在±5％內，更優選在±2％內。術語「約」出現在範圍前時，應理解為上限和下限可變化至少±10％，但優選在±5％內，更優選為±2％內。另一方面，這些範圍的表達包括從一個特定值和/或到另一個特定值。同樣，使用先行詞「約」表示數值的近似值時，應理解為特定值也適用於另一方面。示例下文將參照實施例對本發明進行描述。示例1.納米結構羥基磷灰石的合成製備納米結構的羥基磷灰石時，將3kg氫氧化鈣粉末緩慢加入30L水中形成氫氧化鈣懸浮液，並機械攪拌以確保懸浮液在反應容器中均勻分散。將懸浮液溫度保持在35℃，同時攪拌。再將含有2.7kg磷酸(85％w/w)和0.1kg磷酸二氫銨的水溶液(5L)於16小時內緩慢均勻地加入到上述懸浮液中，同時將反應溫度保持在35℃；上述溶液添加完成後，再將懸浮液連續攪拌4小時，獲得納米結構羥基磷灰石。測得所得懸浮液的pH為8.5。為獲得高純度的羥基磷灰石產物，最終懸浮液的pH範圍控制在7至12，優選範圍為8至11。加入變量的含有磷酸和磷酸二氫銨的水溶液，將最終懸浮液的pH調節至上述範圍內。保持反應溫度恆定以確保製造重複性。示例2.研磨的羥基磷灰石的製備首先，將示例1中所得的羥基磷灰石初級顆粒進一步研磨成更小顆粒。利用球磨法，設備中使用粒徑為0.8mm的氧化鋯珠。具體而言，將示例1中所得的羥基磷灰石懸浮液連續泵入填充有氧化鋯珠的研磨腔中。研磨腔保持在高壓下。可使用循環冷水來除去研磨過程中產生的熱量。將研磨的羥基磷灰石懸浮液收集在單獨容器中。重複上述研磨過程約20次，得到研磨的懸浮液樣本。利用雷射散射衍射測量粒徑分布。圖1為示例1中所得未經研磨的羥基磷灰石懸浮液的粒徑分布曲線圖。圖2為示例2中所得研磨的羥基磷灰石懸浮液的粒徑分布曲線圖。結果如表1所示。球磨工藝後，初次顆粒的中值粒徑從5.6μm(D50)降至1.8μm(D50)。通過調節研磨循環或使用不同粒徑的氧化鋯珠，將研磨的羥基磷灰石懸浮液的中值粒度範圍控制為1至5μm。1至3μm的研磨顆粒可形成足夠孔徑的微粒，用作生物分子分離的色譜介質。表1.羥基磷灰石顆粒的平均粒徑樣本ID平均粒徑(μm)示例15.6示例21.8示例3.噴霧乾燥的羥基磷灰石粉末的製備利用噴霧乾燥法獲得高度球形的羥基磷灰石顆粒。期望生成高度球形的顆粒，可大大增強顆粒的機械強度。為實現該目的，需要在噴霧乾燥前將合適量的分散劑加入到懸浮液中。具體而言，實驗中將7g聚丙烯酸鈉緩慢加入35L羥基磷灰石懸浮液中，劇烈攪拌，懸浮液逐漸變得較不粘稠且更均勻的懸浮液，其粘度降低且流動性大大提高。再將上述懸浮液與熱空氣流一起通過配有旋轉盤和噴霧噴嘴的霧化裝置，泵入垂直乾燥腔中。空氣流的入口溫度設為165℃，出口溫度為110℃；在垂直乾燥腔內將羥基磷灰石的精細顆粒固結成高度球形的單個聚集體。在乾燥腔的底部收集乾燥的羥基磷灰石粉末。示例4.40μm羥基磷灰石吸附劑的製備在高溫下處理上述乾燥粉末時，將收集的粉末置於暴露於空氣流的爐中。高溫爐從室溫逐漸加熱至650℃，並在650℃下保持4小時，再將粉末緩慢冷卻並從爐中取出。利用超聲波振動法對燒結粉末進行分級。具體而言，將孔徑為35μm和45μm的兩個篩網分別安裝在超聲振動篩上。兩個篩網都裝有所述超聲系統。將45μm篩網堆疊在35μm篩網的正上方。將上述所得的燒結粉末置於45μm篩網的頂部。篩分操作進行10分鐘後，收集兩個篩網間的粉末，得到40μm羥基磷灰石粉末的最終產物。對比示例1利用與示例4中所述的相同方法獲得40μm羥基磷灰石吸附劑，不同之處在於將示例1中所得的懸浮液直接噴霧乾燥而不進行球磨，燒結溫度分別為475℃和650℃。對比示例2利用與示例4中所述的相同方法獲得40μm羥基磷灰石吸附劑，不同之處在於處理溫度為475℃。表2為不同工藝條件下製備的羥基磷灰石吸附劑的堆積密度。如表2所示，示例4中所得的吸附劑的堆積密度比對比示例1中所得的吸附劑的堆積密度高約30％。堆積密度的增加可提高吸附劑的機械強度，以滿足其用作色譜分離填充介質的基本要求。表2.羥基磷灰石吸附劑的堆積密度圖3為示例4中所得的羥基磷灰石吸附劑(粒徑為40μm)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖4為燒結溫度650℃下對比示例1中所得的羥基磷灰石吸附劑(粒徑為40μm)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；在特定範圍40±2μm內，利用雷射散射衍射測定的平均粒徑為40μm。SEM圖像顯示，示例4中所得的羥基磷灰石吸附劑珠粒呈高度球形、大小均勻、珠粒表面也非常光滑。測定吸附劑珠粒的球形度大於0.99。而對比示例1中所得的吸附劑珠粒僅僅呈球形，但其表面粗糙且有缺陷。示例4中得到的吸附劑，其特徵還在於利用液氮吸附-解吸等溫線測量。固結次級顆粒的平均孔徑和孔體積分別約為80nm和0.2cm3/g。圖5為示例4中所得的羥基磷灰石吸附劑(粒徑為40μm)的X射線衍射圖(XRD)。圖6為示例4中所得的羥基磷灰石吸附劑(粒徑為40μm)的FT-IR光譜。XRD和FI-IR光譜的結果顯示40μm羥基磷灰石吸附劑與羥基磷灰石晶體的結構一致。吸附劑填充在可調空柱中時，還需評估羥基磷灰石吸附劑珠粒的機械穩定性。填充在柱中的吸附劑大小為11mm(內徑)×200mm(長度)。將已填充的柱安裝在GEAKTA蛋白純化系統上。運行條件：流動相為5mM磷酸鈉pH＝6.5的緩衝液，流速為300cm/時。圖7為示例4中所得樣本的柱壓對時間的曲線圖。羥基磷灰石在微酸性條件(pH<7)下緩慢溶解。因此，如吸附劑機械強度不高，則吸附劑易於緩慢溶解，導致柱床塌陷且柱壓急劇增加。圖7表明，72小時後柱壓幾乎與初始壓力相同。另外，顯微鏡下的顆粒檢測表明，72小時後顆粒形狀和大小與填充前的吸附劑的顆粒形狀和大小相同，沒有觀察到球形顆粒碎片。但對於對比示例1中所得的吸附劑而言，由於柱床塌陷，因此觀察到2小時後壓力急劇增加，必須停止評估試驗。結果表明，示例4中的吸附劑(40μm)比對比示例1中所得的樣本更具機械穩定性，因此滿足色譜分離吸附劑的使用要求。示例5.20μm羥基磷灰石吸附劑的製備利用與示例4中所述的相同方法獲得20μm羥基磷灰石吸附劑，不同之處在於用大小為15μm和25μm開口的兩個篩網分別代替大小為35μm和45μm開口的兩個篩網。示例6.60μm羥基磷灰石吸附劑的製備利用與示例4中所述的相同方法獲得60μm羥基磷灰石吸附劑，不同之處在於用大小為50μm和70μm開口的兩個篩網分別代替大小為35μm和45μm開口的兩個篩網。示例7.80μm羥基磷灰石吸附劑的製備利用與示例4中所述的相同方法獲得80μm羥基磷灰石吸附劑，不同之處在於用大小為70μm和90μm開口的兩個篩網分別代替大小為35μm和45μm開口的兩個篩網。示例8.使用六偏磷酸鈉分散劑進行40μm羥基磷灰石吸附劑的製備利用與示例4中所述的相同方法獲得40μm羥基磷灰石吸附劑，不同之處在於用六偏磷酸鈉代替聚丙烯酸鈉，如示例3所示。具體而言，將20g溶解在50mL水中的六偏磷酸鈉緩慢加入到35L羥基磷灰石懸浮液中，同時劇烈攪拌。示例9.使用十二烷基磺酸鈉分散劑進行40μm羥基磷灰石吸附劑的製備利用與示例4中所述的相同方法獲得40μm羥基磷灰石吸附劑，不同之處在於用十二烷基磺酸鈉代替聚丙烯酸鈉，如示例3所示。具體而言，將5g溶解在100mL水中的十二烷基磺酸鈉緩慢加入到35L羥基磷灰石懸浮液中，同時劇烈攪拌。示例5-9中所得的所有吸附劑均呈高度球形並與示例4中所得的吸附劑具有相似的堆積密度。中值粒徑範圍分別為20±4μm、60±4μm、80±4μm、40±4μm和40±4μm。根據評估，它們也與示例4中所得的吸附劑具有同樣好的機械穩定性。上述實施例和具體示例僅用於說明，而非限制本發明。上述任一實施例的一個或多個特性可通過任何合適的方式與本說明書中所述其它實施例的一個或多個特性相結合。此外，本領域技術人員在閱讀本說明書所公開內容並結合本領域一般知識的前提下，可清楚了解本發明的多種變型或等效方式。這些變型和等效方式都應包括在本發明的範圍內。當前第1頁1 2 3