无定形碳酸钙的制备和应用
摘 要: 近年来，药物控释载体在医药领域中的应用受到了广泛关注。相比于传统的大尺寸药物载体，无定形碳酸钙纳米材料在药物的负载、运输和提高生物利用度等方面无疑具有更大优势。然而，传统方法合成的无定形碳酸钙分散性和粒径均一性较差，自身稳定性较低。因此，研究如何制备出稳定的无定形碳酸钙具有非常重要的意义。本文分别从无定形碳酸钙特征，优点和应用，现阶段制备方法以及添加剂对其稳定性和形貌结构的影响四个方面对无定形碳酸钙进行概述。
关键词：无定形碳酸钙；添加剂；制备
一、前言
碳酸钙作为自然界中最普遍存在的生物矿物之一，具有多晶型，常见的晶型为球霰石、文石、方解石和无定形。碳酸钙晶体的尺寸、形态、结构赋予其独特的力学性能，是重要且应用广泛的材料［1］。同时，碳酸钙具有良好的生物相容性、可降解性及无毒性等特点，尤其是多孔或中空无定形碳酸钙纳米颗粒，具有较大的比表面积，在提高药物负载量、延长药物释放时间以及增强药物效用等方面有巨大优势，已被用于纳米药物输送载体和诊疗一体化的研究，为其在纳米医药领域开辟了全新的研究方向。此外，无定形碳酸钙还具备理想的释放性能和机械稳定性，常常用作掺杂剂或交联剂被应用到食品保鲜膜中，起到增强膜的机械性能、改善活性物质吸附和释放性能的作用，此外其良好的pH响应性、生物相容性、生物可降解性和价格低廉等特性激发了研究者的强烈研究兴趣。无定形碳酸钙纳米颗粒还具有易被酸分解产生气体的特殊性质，因而在发展酸碱度响应性药物载体以及超声成像等方面也受到广泛关注。与传统的微米级结晶型碳酸钙相比，无定形碳酸钙纳米材料由于尺度更小以及更易调控，在纳米生物材料领域具有更大的应用潜力。然而，传统方法合成的无定形碳酸钙分散性和粒径均一性较低，自身稳定性较差，成为亟需解决的关键问题。研究发现，在合成过程中加入一些添加剂能够有效解决这些问题，因此，探索如何形成稳定且性能优异的无定形纳米碳酸钙在生物医药领域具有非凡意义。
本文分别从无定形碳酸钙特征，优点和应用，现阶段常用制备方法以及添加剂对其稳定性和形貌结构的影响四个方面对无定形碳酸钙进行概述。旨在传播应用于生物领域新兴材料无定形碳酸钙，促进无定形碳酸钙的制备和特性调控的研究发展。
二、无定形碳酸钙特征
碳酸钙是地球上含量最多的生物矿物之一，目前已知的自然界存在的碳酸钙晶体存在6种不同存在形式：文石(Aragonite)、 方解石(Calcite)、球霰石(Vaterite)、单水碳酸钙(Calcium carbonate monohydrate)、六水碳酸钙(Calcium carbonate hexahydrate)、无定形碳酸钙(Amorphous calcium carbonate, ACC)。其中球霰石、文石、方解石是无水结晶相；单水碳酸钙和六水碳酸钙是含水结晶相［2］。无定形碳酸钙有无水无定形碳酸钙和含水无定形碳酸钙两种存在形式，后者的含水量( H2O 和 CaCO3 的摩尔比) 介 于 0.4～6 之间。无定形碳酸钙由于热力学上不稳定，在自然界中极少存在。尽管无定形碳酸钙的性质非常不稳定，但一些生物体能够存在稳定的无定型碳酸钙，例如，美洲龙虾 Homarus americanus在整个年度脱壳周期中身体中都能发现稳定的无定型碳酸钙。
无定形材料与晶体材料最大的区别在于无定形材料不具有长程有序的周期性结构，但是它可以拥有短程有序的微结构。X 射线对函数分布分析显示无定形碳酸钙的短程有序结构尺度在1.5 nm以内。此外，一些生物体内或特定化学条件下形成的无定形碳酸钙其短程有序结构与方解石、球霰石和文石晶体的短程有序结构有一定的相似性。然而，从高过饱和度溶液中得到的无定形碳酸钙的短程有序结构与任何碳酸钙晶体都没有相似性。因此，从结构和组成上看，无定形碳酸钙并不是一种物相，而是一系列具有不同结构和组成的物相家族。目前，无定形碳酸钙的稳定性及其结晶过程尚不清楚，无论其结构本身还是环境决定其转化过程，都需要进一步研究。
三、无定形碳酸钙优点及应用
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