中空羟基磷灰石（HAp）颗粒的壳层由细小晶粒聚集而成。空腔赋予了颗粒轻质结构，也使壳层在受压时更容易破坏。怎样保留中空形貌、提高壳层的承载能力，是这类颗粒作为功能性填料时需要解决的问题。
2026年10月10日，日本大学（Nihon University）的Takeshi Toyama与Nobuyuki Nishimiya在Powders发表研究，通过喷雾干燥将勃姆石（Boehmite，AlOOH）纳米纤维引入HAp中空颗粒。在0.05 mass%溶胶添加条件下，平均单颗粒抗压强度由约0.6 MPa增至约8.5 MPa，约为未添加勃姆石颗粒的14倍。
从壳层结构入手，保留约1 μm的中空颗粒
研究团队先将HAp粉体分散于水中，通入二氧化碳促进溶解，过滤去除未溶解的颗粒，再将所得水溶液与勃姆石纳米纤维溶胶混合。采用的纤维直径约为4 nm，长度最高可达1400 nm。选择这种高长径比增强相，目的是在液滴干燥、HAp析出时，使纤维与组成壳层的HAp颗粒共同进入球形结构。
喷雾干燥温度设为100 °C，雾化压力为200 kPa。不同配制条件下，颗粒平均直径为0.85–0.97 μm；这些尺寸来自SEM图像统计，每个条件至少分析30颗颗粒。TEM进一步确认，未添加勃姆石的样品及0.05 mass%添加条件下的样品均保留了中空结构。
0.05 mass%是溶胶配制比例，11.9 mass%是干态估算值
论文中的0.05 mass%，指加入的勃姆石溶胶质量占混合溶液总质量的比例。溶胶本身含有大量水分，其氧化铝当量固含量为4.5–5.1 mass%。因此，这个原液添加比例不能直接当作成品颗粒中的勃姆石含量。
作者按溶胶最低保证固含量4.5 mass%，通过氧化铝与AlOOH的化学计量关系，估算喷雾干燥后复合颗粒的勃姆石干基质量占比。0.05 mass%原液添加条件对应约11.9 mass%；0.10 mass%条件对应约21.3 mass%。这些数值反映配料推算的组成，最终颗粒的实际成分仍需由成分分析确认。
添加比例升至0.10 mass%后，研究观察到原液黏度增加、喷嘴堵塞和不规则颗粒。该条件的SEM图像统计了83颗颗粒，其中约25%被归为不规则形貌。增强相的用量因而受到雾化和成球过程约束；0.05 mass%是该实验条件下较适合保持球形并稳定制样的比例，不是可直接套用于其他设备的通用配方。
8.5 MPa来自单颗粒压缩，不能替代粉体整体耐压评价
研究采用平头压头对单颗粒加载，根据破坏时的最大载荷及颗粒尺寸计算抗压强度。每个条件选取10颗尺寸接近该条件平均粒径的球形颗粒进行测量。未添加勃姆石的样品平均值约为0.6 MPa，0.05 mass%溶胶添加条件的样品约为8.5 MPa。
| 比较项目 | 未添加勃姆石 | 0.05 mass%溶胶添加条件 |
|---|---|---|
| 颗粒体系 | 中空HAp颗粒 | 中空HAp/勃姆石复合颗粒 |
| 估算勃姆石干基质量占比 | 0 | 约11.9 mass% |
| 平均单颗粒抗压强度 | 约0.6 MPa | 约8.5 MPa |
| 强度测量颗粒数 | 10颗 | 10颗 |
两项均值相除约为14.2，因此“强度约为原来的14倍”更能准确表达数据。试验说明所选颗粒在该加载方式下的强度差异，尚不能回答整批粉体经混合、输送或成型后会有多少颗粒破碎。
作者还将8.5 MPa与日本VSI标准中用于中空火山玻璃颗粒的8 MPa静水压力参照值作了比较。单颗粒压缩与静水压力试验的受力方式及判定对象不同，不能据此认定该复合粉体已通过相应标准。
纤维进入壳层，具体增强机制仍需区分
TEM显示，未添加勃姆石的壳层主要由细小HAp颗粒聚集形成；复合样品的壳层中可见纤维状结构。作者据此提出，纳米纤维可能增强了HAp颗粒之间的连接，帮助壳层承受更高载荷。
现有TEM图像是二维观察，不能直接证明完整的三维缠结网络。作者也指出，勃姆石加入后，HAp的析出过程及颗粒间结合状态可能发生变化，这些因素同样可能影响强度。现有结果显示，壳层中纤维状结构的引入伴随着强度提高；各因素的贡献尚未分离。
XRD未显示HAp晶相发生明确变化，也未出现可清楚归属为铝酸钙等晶态副产物的新衍射峰。不过，衍射峰较宽，仍不能排除低结晶度副产物或未形成独立晶相的界面化学作用。
作为轻质填料，下一步要看加工后的空腔保留情况
这项研究主要面向中空颗粒作为轻质功能性填料的可能用途。对这一用途，后续较直接的验证是：将颗粒加入指定基体，经实际混合与成型后，比较空腔保留、破碎比例以及复合材料的密度和力学性能。将这些结果与单颗粒压缩数据对照，可以判断强度提高是否转化为加工中的结构保持能力。这是从填料开发角度提出的后续评价方向，论文尚未完成上述验证。
制备端则需要继续核对原液黏度、雾化状态与颗粒形貌的关系。0.10 mass%条件已经出现堵塞和形貌异常，说明提高增强相含量可能先触及工艺稳定性的限制。单独追求更高的压缩强度，未必能获得更稳定的粉体产出。
论文在背景中提及微胶囊、药物递送与吸附等方向，但本次没有开展药物负载、释放或生物相容性评价。约1 μm、含勃姆石的中空复合颗粒，也应与医美注射用CaHA微球分别讨论；这项工作提供的是壳层增强和喷雾成球的材料实验结果。
研究来源
Toyama, T.; Nishimiya, N. Preparation of Nanofiber-Reinforced Hydroxyapatite/Boehmite Composite Hollow Spherical Particles Using Spray Drying. Powders. 2026;5(4):40. 发表日期：2026年10月10日。DOI：10.3390/powders5040040。