中国粉体网讯 碳酸钙是自然界中存在最广泛的矿物之一，它不仅被大量应用于工业生产，还在生物矿化过程中起着至关重要的作用。经过长时间的研究，目前已知的碳酸钙共有6种晶型，分别是方解石、文石、球霰石、一水碳酸钙、六水碳酸钙以及半水碳酸钙。
除此之外，还有一种无定形碳酸钙（ACC），因具有颗粒小、比表面积大、溶解度高以及生物相容性良好等优点，使其在提高药物的生物利用度，克服体内生物屏障方面显示出优越的性能；此外，由于ACC具有较高的溶解度和较好的可塑性，在新材料领域也有较大潜力可以挖掘。
生物以及合成无定形碳酸钙的形貌
1、ACC制备技术研究
至今，人工合成ACC已有超过100年历史，但由于ACC在水溶液中的稳定时间不超过两分钟，因此工业化生产还技术尚不成熟。目前，无定形碳酸钙的研究还停留在模拟生物体的仿生矿化过程，主要控制手段是添加剂（稳定剂），例如：镁离子、硅酸根离子、磷酸根离子等无机离子以及聚天冬氨酸、富含羧基的蛋白和磷酸化的蛋白等有机大分子。
此外，无定形碳酸钙与空气接触时会吸附一定的水在其表面，当环境湿度较高时，表面吸附的水分子能促进无定形碳酸钙的溶解和再结晶，因此湿度对稳定制备ACC也很重要。
实验室中ACC制备技术
（1）以氯化钙和碳酸钠为原料，通过低温快速混合，快速分离得到无定形碳酸钙。此种方法要求反应和分离时间短，大规模生产的难度大，且无法避免无定形碳酸钙继续转化为其它晶形，无法获得单一无定形碳酸钙，且难以稳定保存。
（2）在制备碳酸钙的溶液体系中加入聚天冬氨酸、有机高分子等大分子模板或硅酸钠、镁离子等无机离子可抑制无定形碳酸钙转化，具有稳定作用。但这种极其缓慢的仿生矿化制备方式控制困难，形成时间长，效率低，不适合工业生产。
（3）以有机原料碳酸二甲酯作为二氧化碳的缓慢释放源，利用其与钙盐溶液的接触反应缓慢释放二氧化碳，在氨气氛围中逐步沉淀产生无定形碳酸钙。该工艺的环保性、经济性及生产效率都较差，不适合作为无定形碳酸钙的生产技术。
此外，上述添加剂虽然起到了稳定ACC的作用，但同时也限制了材料在医药领域的应用。此外，现阶段合成的ACC一般都为球形纳米颗粒，很难到复杂形貌的大尺度的粒子，在许多工业领域应用同样受到限制。
专利中ACC制备技术
2021年9月，内蒙古工业大学公开了一种可稳定存在的无定形纳米碳酸钙的制备方法。采用碳化方法，在适量聚乙烯吡咯烷酮（PVP）在液醇条件下，制备获得稳定的无定形纳米碳酸钙，该产物能够持续稳定地无定形形貌存在，具有粒径小（仅约10nm左右），比表面积大（高达334m2.g‑1），溶解度高等优点，是一种良好的给药载体。
2021年11月，湖北工业大学公开了一种在醇溶剂中制备稳定多孔状无定形碳酸钙的方法。通过醇-氯化钙络合物和醇-碳酸钾络合物调控生成纳米颗粒的多孔状无定形碳酸钙，而且所得产品粒径均一性好。
2、ACC在医药领域的应用成果
除了实验室，在自然界中，ACC可通过生物聚合物（大分子）几丁质和蛋白质来稳定。若干出版物已经示出，可以通过稳定聚合物和离散的化合物来防止或减少无定形碳酸钙的结晶，也就是为ACC晶型转化按下“暂停键”。据艾玛菲克有限公司研发成果，无机聚磷酸/聚磷酸酯/聚磷酸盐或双膦酸/双膦酸酯/双膦酸盐可以使无定形碳酸钙稳定持续长的时间段，包括在含水悬浮液中。而阿莫菲克研究突破的灵感也是来源自然界，科研人员通过观察澳大利亚蓝鳌虾发现，为了适应低钙淡水的生长环境，蓝鳌虾发展出了一种复杂的钙运转机制，能够在脱皮前收集并存储来自外骨骼的钙，然后重新吸收，在不到72小时内重建新的外骨骼。
在制药领域，ACC的优势主要体现在高溶解度，高吸收度等方面，并据此开发出系列产品。例如，用于改善运动性能的无定形碳酸钙、用于吸入施用/舌下施用或含服施用的无定形碳酸钙的组合物、用于治疗白血病的无定形碳酸钙、作为细胞培养基补充剂的稳定的无定形碳酸钙、治疗神经/肌肉和不育疾病或状况的稳定的无定形碳酸钙等。
无定形碳酸钙生物利用度比结晶碳酸钙高约2倍
图源：阿莫菲克
3、ACC在材料领域的应用价值
相比经典成核和结晶过程，以无定形物相为前驱体的晶体生长过程有更多的优势。首先，无定形相由于较高的溶解度和较好的可塑性，更容易形成具有特定形貌和结构的晶体；其次，无定形相由于能在过饱和溶液中快速形成，可以嵌入更多的无机离子和有机分子，且在特定的结晶转化过程中得以保留，从而能极大增强晶体的力学性能；最后，通过调控无定形相的结晶转化过程可以制备经典成核和结晶过程难以或者无法得到的新材料。
结语
近年，国内对碳酸钙生产技术的研究主要集中在超细粉碎、表面改性以及制造业下游应用等方面；对医药领域用碳酸钙以及生物矿化技术的研究尚无重大应用成果，对于ACC的研究也始终处于落后位置。
参考文献：
解晶晶，等：无定形碳酸钙的稳定性和结晶转化过程研究进展，武汉理工大学
粉体网、专利之星、艾玛菲克有限公司等
（中国粉体网编辑整理/昧光）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！
