CN101301489A

CN101301489A - 一种表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料的制备方法

Info

Publication number: CN101301489A
Application number: CNA2008100508583A
Authority: CN
Inventors: 陈学思; 魏俊超; 刘爱学; 庄秀丽; 景遐斌
Original assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2008-11-12

Abstract

本发明提供了一种表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料及其制备方法。首先，利用含有氨基的硅烷偶联剂γ－氨基丙基三乙氧基硅烷处理纳米羟基磷灰石，在纳米羟基磷灰石表面引入氨基；然后，利用表面含有氨基的纳米羟基磷灰石引发γ－苄基－L－谷氨酸N－羰基环内酸酐开环聚合，得到表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料。该方法具有很大的通用性，利用含有氨基的纳米羟基磷灰石引发其它氨基酸的N－羰基环内酸酐，可以很容易地把不同功能的多肽通过化学键连接到羟基磷灰石表面，赋予其新的生物学性能，因此具有很好的应用价值。

Description

一种表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料的制备方法

技术背景

羟基磷灰石具有优良的生物相容性和骨传导性，是脊椎动物骨和齿的主要成分，例如，人体骨中羟基磷灰石质量百分含量接近60％，人牙齿的珐琅质表面羟基磷灰石质量分数约占90％以上。因此，羟基磷灰石是理想的骨组织替代材料，但是羟基磷灰石脆性大、韧性不足、力学性能差。近年来，羟基磷灰石/聚合物复合材料有效地结合了羟基磷灰石的骨传导性和聚合物的韧性，可生物降解性等优点而成为骨修复材料的热点(Biomaterials，12，841-847.Biomaterials，15，1197-1200.Composites Science and Technology，65，2385-2406.)。羟基磷灰石/聚合物复合材料的力学性能在很大程度上取决于无机粒子与聚合物的界面结合力，单纯的羟基磷灰石纳米粒子易团聚，与聚合物界面粘附力差，降低了复合材料的力学性能。因此对羟基磷灰石表面进行化学修饰引入有机分子，从而制备羟基磷灰石杂化材料具有重要意义(Chem.Mater.，18，5111-5118)。通过硅烷偶联剂(J.Biomed.Mater.Res.，30，231-238.)、聚乳酸(Polymer，45，6699-6706.)、异腈酸酯(J.Biomed.Mater.Res.，40，358-364.)等对羟基磷灰石进行表面处理，制备杂化材料已有报道，但是通过开环聚合，制备表面接枝多肽的羟基磷灰石杂化材料还没有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料的制备方法。其具体技术方案如下：

1)将硅烷偶联剂γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷溶于体积比为95∶5～70∶30的乙醇和水的混合溶剂，室温搅拌30分钟，将是γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷质量0.5～3倍的纳米羟基磷灰石加入到γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷的溶液中，室温反应3小时，然后用氢氧化钠或氨水调节体系pH值为9～10，室温反应3小时，抽滤，得到粗产物，于130℃烘箱中烘2小时，然后再用乙醇洗涤，干燥，得到表面含有氨基的纳米羟基磷灰石。

2)在氮气或氩气保护下将表面含有氨基的纳米羟基磷灰石加入到干燥的反应容器中，然后在氮气或氩气保护下把氯仿或二氧六环、或二甲基甲酰胺加入反应容器，超声5～30分钟，使表面含有氨基的纳米羟基磷灰石充分分散；所用有机溶剂都经无水处理。

3)在氮气或氩气保护下，将0.5～5倍于表面含有氨基的纳米羟基磷灰石质量的氨基酸-N-羰基环内酸酐；优选氨基酸-N-羰基环内酸酐为γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐、N^ε-苄氧羰基-赖氨酸-N-羰基环内酸酐或L-苯丙氨酸-N-羰基环内酸酐，溶解于氯仿、二氧六环或二甲基甲酰胺中；所用有机溶剂都经无水处理。

4)将步骤3)配制的氨基酸-N-羰基环内酸酐溶液加入到步骤2)装有表面含有氨基的纳米羟基磷灰石的反应容器中，室温反应12～72小时，离心分离，去除上层清液，并用氯仿、二氧六环或二甲基甲酰胺洗涤，干燥，获得表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料。

本发明涉及的反应条件温和，在室温即可进行。与纳米羟基磷灰石相比，表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料表现出良好的生物相容性，在相同条件下进行成骨细胞培养，培养48小时的结果表明，在表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石表面贴壁生长的细胞数量是在纳米羟基磷灰石表面贴壁生长细胞数量的10倍，由此可见表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料在骨修复方面有着很好的应用前景。

具体实施方式

实施例1

1)首先将2.21g γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷溶于100mL体积比90∶10的乙醇/水混合溶剂中搅拌30分钟，然后加入6.63g纳米羟基磷灰石，反应3小时，用氨水调节反应体系pH值到9～10，继续搅拌3小时。离心分离，收集固体物，并于130℃烘箱中烘2小时，然后用乙醇洗涤3次，干燥，得到表面含有氨基的纳米羟基磷灰石，利用热重分析的方法测得表面γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷接枝量为2.5％。

2)氩气保护下将0.2g表面含有氨基的纳米羟基磷灰石加到反应瓶中，再用注射器加入20mL二氧六环。搅拌5分钟，然后超声30分钟，使表面含有氨基的纳米羟基磷灰石充分分散。

3)氩气保护下将0.2g γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐加入到反应瓶中，再加入20mL二氧六环，搅拌5分钟，使γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐溶解。

4)用注射器将3)配制的γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐溶液加入到2)配制的表面含有氨基的纳米羟基磷灰石浊液中，室温反应24小时。离心分离回收固体产物，并用二氧六环洗涤产物3次，真空干燥，得到表面接枝聚多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料。其接枝率为26.9％。

实施例2

1)首先将2.21g γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷溶于100mL体积比为95∶5的乙醇/水混合溶剂中搅拌30分钟，然后加入6g纳米羟基磷灰石，反应3小时，然后用氢氧化钠调节反应体系pH值到9～10，继续搅拌3小时。离心分离，收集固体物，并于130℃烘2小时，然后用乙醇洗涤3次，干燥，得到表面含有氨基的纳米羟基磷灰石，利用热重分析的方法测得其表面γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷接枝量为3.1％，。

2)同“实施例1”中操作2)

3)同“实施例1”中操作3)

4)用注射器将3)配制好的γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐加入到表面含有氨基的纳米羟基磷灰石浊液中，室温反应48小时。离心分离，收集固体产物，并用二氧六环洗涤产物3次，干燥，得到表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料。其接枝率为29.5％。

实施例3

1)操作与“实施例1”中的1)相同。

2)操作与“实施例1”中的2)相同。

3)操作与“实施例1”中的3)相同。

4)用注射器将3)配制好的γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐溶液加入到2)配制的表面含有氨基的纳米羟基磷灰石浊液中，室温反应72小时。离心分离，收集固体产物，并用二氧六环洗涤产物3次，真空干燥，得到表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料。其接枝率为33.5％。

实施例4

1)操作与“实施例1”中的1)相同。

2)操作与“实施例1”中的2)相同。

3)氩气保护下将0.4g γ-苄基-L-谷氨酸N-羰基环内酸酐加入到反应瓶中，再加入30mL二氧六环，搅拌5分钟，使γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐溶解。

4)用注射器将操作3)配制的γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐溶液加入到2)配制的表面含有氨基的纳米羟基磷灰石浊液中，室温反应72h。离心分离，回收固体产物，并用二氧六环洗涤产物3次，干燥，得到表面接枝聚多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料。其接枝率为43.1％。

实施例5

1)首先将2.21g γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷溶于100mL体积比为70∶30的乙醇/水混合溶剂中，搅拌30分钟，然后加入1.1g纳米羟基磷灰石，反应1小时，然后用氢氧化钠调节反应体系pH值到9～10，继续搅拌6小时。离心分离，回收固体产物，并于130℃烘箱中烘2小时，然后用乙醇洗涤3次，干燥，得到表面含有氨基的纳米羟基磷灰石，利用热重分析的方法测得其表面γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷接枝量为3.9％。

2)氩气保护下将0.11g表面含有氨基的纳米羟基磷灰石加到反应瓶中，再用注射器加入20mL二氧六环。搅拌5分钟，然后超声30分钟，使表面含有氨基的纳米羟基磷灰石充分分散。

3)氩气保护下将0.22g γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐加入到反应瓶中，再加入20mL二氧六环，搅拌5分钟，使γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐溶解。

4)用注射器将3)配制的γ-苄基-L-谷氨酸羰-N-基环内酸酐加入到2)配制的表面含有氨基的纳米羟基磷灰石浊液中，室温反应24小时。离心分离，收集固体产物，并用二氧六环洗涤产物3次，干燥，得到表面接枝聚多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料，其接枝率为34.2％。

实施例6

1)操作与“实施例5”中1)相同。

2)操作与“实施例5”中2)相同。

3)氩气保护下将0.55g γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐加入到反应瓶中，再加入30mL氯仿，搅拌5分钟，使γ-苄基-L-谷氨酸羰-N-基环内酸酐溶解。

4)用注射器将3)配制的γ-苄基-L-谷氨酸羰-N-基环内酸酐溶液加入到2)配制的表面含有氨基的纳米羟基磷灰石浊液中，室温反应72小时。离心分离，收集固体产物，并用氯仿洗涤产物3次，干燥，得到表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料。其接枝率为70％

实施例7

1)操作与“实施例5”中1)相同。

2)操作与“实施例5”中2)相同。

3)氩气保护下将0.11g γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐加入到反应瓶中，再加入10mL氯仿，搅拌5分钟，使γ-苄基-L-谷氨酸羰-N-基环内酸酐溶解。

4)用注射器将3)配制的γ-苄基-L-谷氨酸羰-N-基环内酸酐溶液加入到2)配制的表面含有氨基的纳米羟基磷灰石浊液中，室温反应12小时。离心分离，收集固体产物，并用氯仿洗涤产物3次，干燥，得到表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料。其接枝率为12.1％

实施例8

1)操作与“实施例5”中1)相同。

3)氩气保护下将0.1g γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐加入到反应瓶中，再加入10mL氯仿，搅拌5分钟，使γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐溶解。

4)用注射器将3)配制的γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐溶液加入到2)配制的表面含有氨基的纳米羟基磷灰石浊液中，室温反应12小时。离心分离，收集固体产物，并用氯仿洗涤产物3次，干燥，得到表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料。其接枝率为5％。

实施例9

1)同实施例1中操作1)

2)氩气保护下将0.3g表面含有氨基的纳米羟基磷灰石加到反应瓶中，再用注射器加入15mL二甲基甲酰胺。搅拌5分钟，然后超声30分钟，使表面含有氨基的纳米羟基磷灰石充分分散。

3)氩气保护下将0.3g N^ε-苄氧羰基-赖氨酸-N-环内酸酐加入到反应瓶中，再加入15mL二甲基甲酰胺，搅拌5分钟，使N^ε-苄氧羰基-赖氨酸-N-环内酸酐溶解。

4)用注射器将操作3)溶解好的N^ε-苄氧羰基-赖氨酸-N-环内酸酐加入到2)配制的表面含有氨基的纳米羟基磷灰石浊液中，室温反应4天。离心分离，收集固体产物，并用二甲基甲酰胺洗涤产物3次，干燥，得到表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料。其接枝率为17.3％。

实施例10

1)同实施例1中操作1)

2)氩气保护下将0.3g表面含有氨基的纳米羟基磷灰石加到反应瓶中，再用注射器加入15mL氯仿。搅拌5分钟，然后超声30分钟，使表面含有氨基的纳米羟基磷灰石充分分散。

3)氩气保护下将0.3g L-苯丙氨酸-N-羧酸酐加入到反应瓶中，再加入15mL氯仿，搅拌5分钟，使L-苯丙氨酸-N-羧酸酐溶解。

4)用注射器将操作3)溶解好的L-苯丙氨酸-N-羧酸酐加入到2)配制的表面含有氨基的纳米羟基磷灰石浊液中，室温反应4天，离心分离，收集固体产物，并用氯仿洗涤产物3次，干燥，得到表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料。其接枝率为15.3％。

Claims

1、一种表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：1)将硅烷偶联剂γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷溶于体积比为95∶5～70∶30的乙醇和水的混合溶剂，室温搅拌30分钟，将是γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷质量0.5～3倍的纳米羟基磷灰石加入到γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷的溶液中，室温反应3小时，然后用氢氧化钠或氨水调节体系pH值为9～10，室温反应3小时，抽滤，得到粗产物，于130℃烘箱中烘2小时，然后再用乙醇洗涤，干燥，得到表面含有氨基的纳米羟基磷灰石；

2)在氮气或氩气保护下将表面含有氨基的纳米羟基磷灰石加入到干燥的反应容器中，然后在氮气或氩气保护下把氯仿或二氧六环、或二甲基甲酰胺加入反应容器，超声5～30分钟，使表面含有氨基的纳米羟基磷灰石充分分散；所用有机溶剂都经无水处理；

3)在氮气或氩气保护下，将0.5～5倍于表面含有氨基的纳米羟基磷灰石质量的氨基酸-N-羰基环内酸酐，溶解于氯仿、二氧六环或二甲基甲酰胺中；所用有机溶剂都经无水处理；

2、如权利要求1所述的一种表面接枝多肽的纳米羟基磷灰石杂化材料的制备方法，其特征在于，所述的氨基酸-N-羰基环内酸酐为γ-苄基-L-谷氨酸-N-羰基环内酸酐、N^ε-苄氧羰基-赖氨酸-N-羰基环内酸酐或L-苯丙氨酸-N-羰基环内酸酐。