CN102504530B - 一种新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料及其制备方法。该方法包括配置钙离子和磷离子溶液，先将γ-聚谷氨酸溶液添加到钙离子溶液中反应，然后再逐滴加入磷离子溶液，通过搅拌、陈化、模压成型、冷冻干燥制得复合材料。通过原位聚合法，将γ-聚谷氨酸加入到羟基磷灰石中制备得到新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石纳米复合材料的新方法。用本发明方法制得的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石纳米复合材料呈透明乳白色，其弯曲强度能高达135.0MPa，力学性能明显提高。该复合材料可以保证在骨修复过程中羟基磷灰石中钙离子与磷离子持续、平稳、缓慢地从γ-聚谷氨酸中释放出来，可以提高羟基磷灰石复合材料的骨结合能力，促进骨缺损的修复。
Description
技术领域：
本发明属于生物医学领域，具体涉及一种新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料及其制备方法。
背景技术：
γ-聚谷氨酸(Polyγ-glutamic acid，γ-PGA)是一种可由微生物大量生物合成的氨基酸聚合物，它由D-型或L-型谷氨酸通过γ-酰胺键连接而成，通常它由5,000个左右谷氨酸单体组成，相对分子质量一般在10万～100万。作为一种水溶性、生物可降解性、无毒、生物适应性的高分子聚合物，γ-聚谷氨酸具有增稠、乳化、凝胶、成膜、保湿和粘结等功能，可以与其他材料聚合形成新型复合材料，在生物医学领域中，可以作为药物载体、止血剂、生物性粘着剂、组织修复，具有很大的应用前景。
羟基磷灰石(Hydroxyapatie，HA)的化学结构式为Ca10(OH)2(PO4)6，是人体自然骨的主要成分(含60～70％)，具有极好的生物活性和骨组织生长的引导性。已经证明HA种植体能诱导周围骨组织的生长，并于宿主骨形成牢固的化学结合。
目前还没有制备γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料的报道。
发明内容：
本发明的目的是提供一种新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料及其制备方法。该复合材料不引入其他毒性无机或有机小分子，生物相容性好，有效强度高，具备制备工艺简单等特点。
本发明的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料是通过以下方法制备的：
(a)按Ca∶P＝5∶3的摩尔比，用钙盐和磷酸盐分别配置相应浓度的钙离子溶液和磷离子溶液，其中Ca2+浓度为10mol/L～100mol/L；
(b)将质量分数为2％～6％的γ-聚谷氨酸溶液，按γ-聚谷氨酸溶液中的羧基与钙离子的摩尔比为6～0.5∶1，添加到步骤(a)的钙离子溶液中，于室温下反应2～5小时；
(c)在步骤(b)所得溶液中，逐滴加入步骤(a)的磷离子溶液，边加边搅拌，反应pH值控制为8.5～10，反应完全后，再陈化，得到γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液；
(d)然后将γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具中，再将其放入质量分数为2～10％的氢氧化钠溶液中并取下模具，2～6小时后形成γ-聚谷氨酸溶液凝胶棒，将其放入蒸馏水中漂洗至中性，放入真空冷冻干燥器中干燥即得新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料。
所述的步骤(c)的陈化时间优选为2天，陈化主要是使分子间相互缓慢作用，相互结合。
所述的步骤(d)中，在将γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具前，优选先取少量γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具中先形成一层内膜，以便取下模具。
所述的钙盐可以是氯化钙、碳酸钙、硝酸钙或氢氧化钙，磷酸盐可以是磷酸二氢钠、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾。
本发明提供了一种在常温、常压下(既在温和条件下)通过原位聚合法，将γ-聚谷氨酸加入到羟基磷灰石中制备得到新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石纳米复合材料的新方法。用本发明方法制得的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石纳米复合材料呈透明乳白色，其弯曲强度能高达135.0MPa，力学性能明显提高。该复合材料可以保证在骨修复过程中羟基磷灰石中钙离子与磷离子持续、平稳、缓慢地从γ-聚谷氨酸中释放出来，可以提高羟基磷灰石复合材料的骨结合能力，促进骨缺损的修复。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
按羟基磷灰石化学式中钙离子与磷离子的量，即Ca∶P＝5∶3的摩尔比，选取氯化钙和磷酸二氢钠分别配置浓度为10mol/L的钙离子溶液和浓度为6mol/L的磷离子溶液。将质量分数为2.0％γ-聚谷氨酸水溶液，按γ-聚谷氨酸溶液中的羧基与钙离子的摩尔比为6∶1的比例，将γ-聚谷氨酸水溶液加入到钙离子溶液中，于室温下搅拌反应5小时。在γ-聚谷氨酸与钙离子的反应液中，逐滴加入与钙离子溶液等体积的磷离子溶液，边滴加边搅拌，控制反应pH值为8.5～10，滴加完毕后，再搅拌24小时，然后陈化两天，即于室温下静置，使各种分子间相互缓慢作用，相互结合，得到γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液。取少量γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具中先形成一层内膜，然后将γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具中，再将其放入浓度(重量百分比)为10％的氢氧化钠溶液中并取下模具，2小时后形成聚谷氨酸溶液凝胶棒，将其放入蒸馏水中漂洗至中性，放入冷冻干燥器中低温冷冻干燥，得到本实施例的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料，其色泽：乳白色透明，弯曲强度：89.5Mpa。
实施例2：
按羟基磷灰石化学式中钙离子与磷离子的量，即Ca∶P＝5∶3的摩尔比，选取碳酸钙和磷酸二氢钾分别配置浓度为40mol/L的钙离子溶液和浓度为24mol/L的磷离子溶液。将质量分数为2.0％γ-聚谷氨酸水溶液，按γ-聚谷氨酸溶液中的羧基与钙离子的摩尔比为4∶1的比例，将γ-聚谷氨酸水溶液加入到钙离子溶液中，于室温下搅拌反应4小时。在γ-聚谷氨酸与钙离子的反应液中，逐滴加入与钙离子溶液等体积的磷离子溶液，边滴加边搅拌，控制反应pH值为8.5～10，滴加完毕后，再搅拌24小时，然后陈化两天，得到γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液。取少量γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具中先形成一层内膜，然后将γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具中，再将其放入浓度(重量百分比)为2％的氢氧化钠溶液中并取下模具，6小时后形成聚谷氨酸溶液凝胶棒，将其放入蒸馏水中漂洗至中性，放入冷冻干燥器中低温冷冻干燥，得到本实施例的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料，其色泽：乳白色透明，弯曲强度：128.5Mpa。
实施例3：
按羟基磷灰石化学式中钙离子与磷离子的量，即Ca∶P＝5∶3的摩尔比，选取氢氧化钙和磷酸氢二钾分别配置浓度为60mol/L的钙离子溶液和浓度为36mol/L的磷离子溶液。将质量分数为6.0％γ-聚谷氨酸水溶液，按γ-聚谷氨酸溶液中的羧基与钙离子的摩尔比为2∶1的比例，将γ-聚谷氨酸水溶液加入到钙离子溶液中，于室温下搅拌反应3小时。在γ-聚谷氨酸与钙离子的反应液中，逐滴加入与钙离子溶液等体积的磷离子溶液，边滴加边搅拌，控制反应pH值为8.5～10，滴加完毕后，再搅拌24小时，然后陈化两天，得到γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液。取少量γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具中先形成一层内膜，然后将γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具中，再将其放入浓度(重量百分比)为5％的氢氧化钠溶液中并取下模具，4小时后形成聚谷氨酸溶液凝胶棒，将其放入蒸馏水中漂洗至中性，放入冷冻干燥器中低温冷冻干燥，得到本实施例的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料，其色泽：乳白色透明，弯曲强度：107.2Mpa。
实施例4：
按羟基磷灰石化学式中钙离子与磷离子的量，即Ca∶P＝5∶3的摩尔比，选取硝酸钙和磷酸二氢钠分别配置浓度为100mol/L的钙离子溶液和浓度为60mol/L的磷离子溶液。将质量分数为2.5％γ-聚谷氨酸水溶液，按γ-聚谷氨酸溶液中的羧基与钙离子的摩尔比为1∶2的比例，将γ-聚谷氨酸水溶液加入到钙离子溶液中，于室温下搅拌反应2小时。在γ-聚谷氨酸与钙离子的反应液中，逐滴加入与钙离子溶液等体积的磷离子溶液，边滴加边搅拌，控制反应pH值为8.5～10，滴加完毕后，再搅拌24小时，然后陈化两天，得到γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液。取少量γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶溶液注入模具中先形成一层内膜，然后将γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具中，再将其放入浓度(重量百分比)为8％的氢氧化钠溶液中并取下模具，3小时后形成聚谷氨酸溶液凝胶棒，将其放入蒸馏水中漂洗至中性，放入冷冻干燥器中低温冷冻干燥，得到本实施例的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料，其色泽：乳白色透明，弯曲强度：135.0Mpa。
表1是本发明的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料与其他几种样品的力学性能比较：
表1：几种样品的力学性能比较
由表1可见，用原位聚合方法制备的本发明的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料的力学性能比共混的制备样品的力学性能高，而且远远高于自然骨的力学性能。
Claims (5)
1.一种新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)按Ca∶P＝5∶3的摩尔比，用钙盐和磷酸盐分别配置相应浓度的钙离子溶液和磷离子溶液，其中Ca2+浓度为10mol/L～100mol/L；
(b)将质量分数为2％～6％的γ-聚谷氨酸溶液，按γ-聚谷氨酸溶液中的羧基与钙离子的摩尔比为6～0.5∶1，添加到步骤(a)的钙离子溶液中，于室温下反应2～5小时；
(c)在步骤(b)所得溶液中，逐滴加入步骤(a)的磷离子溶液，边加边搅拌，反应pH值控制为8.5～10，反应完全后，再陈化，得到γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液；
(d)然后将γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具中，再将其放入质量分数为2～10％的氢氧化钠溶液中并取下模具，2～6小时后形成γ-聚谷氨酸溶液凝胶棒，将其放入蒸馏水中漂洗至中性，放入真空冷冻干燥器中干燥即得新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料。
2.根据权利要求1所述的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(c)的陈化时间为2天。
3.根据权利要求1所述的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(d)中，在将γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具前，先取少量γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石溶液注入模具中先形成一层内膜。
4.根据权利要求1所述的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料的制备方法，其特征在于，所述的钙盐为氯化钙、碳酸钙、硝酸钙或氢氧化钙，所述的磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾。
5.一种按照权利要求1所述的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料的制备方法制备得到的新型γ-聚谷氨酸/羟基磷灰石复合材料。
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