CN103539093B - 一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法。该方法包括:1)十二烷基三甲基溴化铵和磷酸氢二钠反应;2)在步骤1)得到的混合溶液中滴加钙盐溶液进行反应;3)在120℃下继续反应;4)后处理。本发明所述棒状纳米羟基磷灰石的制备方法中采用十二烷基三甲基溴化铵作为调控剂,制备方法简单、条件温和可控,能够获得尺寸、形貌均匀可控的棒状纳米羟基磷灰石。此外十二烷基三甲基溴化铵具有良好的生物相容性,细胞实验证实本发明提供的棒状纳米羟基磷灰石可用于基因和药物载体的应用研究。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域,具体涉及一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法。
背景技术
基因治疗是一种治疗癌症和遗传性疾病的有效治疗方法,当前研究的关键是寻找新型的基因治疗载体,将目的基因运输到靶部位,以达到治疗疾病的目的。现有的基因治疗载体有两类:病毒载体系统和非病毒载体系统。病毒载体系统具有较高的转染效率,但其同时具有潜在的免疫原性,存在安全隐患且成本较高,在临床应用中多次引起患者的死亡,因此,病毒作为基因治疗载体的安全性多次受到争议。
为避免以上弊端,研究者开始转向非病毒载体,其中纳米羟基磷灰(Hydroxyapatite,HAp)具有良好的生物相容性和生物降解性,能够介导基因靶向癌细胞内,且HAp相对于病毒载体,它不会引起机体的免疫反应,对正常的细胞没有毒副作用。纳米羟基磷灰石因其比表面积大而具有非常强的吸附性能,可以吸附基因或药物。近年来,纳米羟基磷灰石作为一种新型的非病毒载体在骨修复、药物缓释和基因治疗等领域发展迅速,成为生物与材料交叉领域的重要无机材料。
纳米HAp作为基因治疗载体首先要制备出具有一定形貌、大小、晶型的HAp晶体,在此基础上进一步探索如何提高其细胞转染效率,优化靶向性。针对以上问题,关键是制备出特定形貌的纳米羟基磷灰石。有文献报道在颗粒小于50nm时球形纳米HAp的转染效率要高于棒状的转染效率,但当颗粒大于100nm时,棒状HAp的转染效率明显高于球形颗粒。公开号为CN102515128A的中国发明专利申请公开了一种棒状羟基磷灰石的制备方法,但是其方法较为繁琐,所使用的N,N-二甲基甲酞胺挥发后,可经呼吸道或皮肤吸收,进入消化道后引起人体中毒,增加羟基磷灰石的毒性,限制其方法制备的纳米羟基磷灰石应用于基因或药物载体。此外,Motskin等(Motskin M, Wright D, Muller K, et al. Hydroxyapatite nano and microparticles: Correlation of particle properties with cytotoxicity and biostability. Biomaterials, 2009, 30(19): 3307-3317)研究表明棒状HAp的转染效率高达30%以上,而球形HAp的转染效率仅为2.7%。本发明制备的棒状纳米羟基磷灰,使用DTAB制备的HAp优于N,N -二甲基甲酞胺制备的材料,因此本发明提供的这种尺寸和形貌的材料特别适用于基因转染,而尺寸过大、过小或者其它形状都不如本发明的棒状纳米羟基磷灰石好。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供成本低,制备工艺简单,具有生物安全性并可用于基因或药物载体,并可适合规模生产的一种棒状纳米羟基磷灰石的制备方法。本发明的制备方法中所使用的添加剂对细胞没有毒性,所制备的纳米HAp具有良好的生物相容性。
所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于包括以下工艺步骤:
a)在30~70℃的反应温度下,将十二烷基三甲基溴化铵溶液加入到磷酸氢二钠溶液中,以200~500 rpm的速率搅拌均匀,使十二烷基三甲基溴化铵的终浓度为1.0×10-3~3.0×10-3 mol/L,用碱液调节混合溶液的pH值在11;
b)在上述混合溶液中滴加钙盐溶液,得到棒状纳米羟基磷灰石溶液体系,最终反应体系中Ca/P摩尔比为1.67,滴加过程中,同时滴加碱性溶液,使反应体系的pH值维持在10~12,反应温度维持在60~70℃,搅拌速率维持在200~500 rpm;
c)让该体系继续搅拌8~12小时后,将反应溶液置于120℃高压蒸汽环境中,待温度平衡后,静态反应1~2小时;
d)反应完成后,8000~15000 rpm离心5~10分钟,分离沉淀,将沉淀先用去离子水超声清洗3次后分别离心处理,再用无水乙醇清洗3遍以上,将获得的样品在-50℃冷冻干燥或70-90℃快速鼓风干燥,得到棒状纳米羟基磷灰石。
所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于所述步骤b)使用的钙盐溶液为可溶性钙盐的水溶液,优选为氯化钙、硝酸钙的水溶液。
所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于所述的步骤b)中是将钙盐溶液的滴加到磷酸盐溶液中,速度为10~50滴/分钟,优选30滴/分钟。
所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于制备的纳米羟基磷灰石为棒状、实心晶体,长径比为3~15,长度为100~150 nm,直径为10~30 nm,羟基磷灰石纯度在90%以上。
所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于纳米羟基磷灰石晶体,平均长度为120 nm,平均直径为20 nm。
所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于纳米羟基磷灰石晶体在(002)方向具有择优取向。
本发明采用DTAB作为调控剂,制备方法简单、条件温和可控,能够获得尺寸、形貌均匀可控的棒状纳米HAp,并通过FE-SEM、TEM、XRD和FTIR等表征技术表征其颗粒的性质。此外DTAB具有良好的生物相容性,通过细胞实验证实纳米羟基磷灰石可用于基因和药物载体的应用研究。
附图说明
图1为棒状纳米羟基磷灰石的场发射扫描电镜(FE-SEM)图;
图2为棒状纳米羟基磷灰石的透射电镜(TEM)图;
图3为棒状纳米羟基磷灰石的X射线衍射(XRD)图;
图4为棒状纳米羟基磷灰石的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)图;
图5为棒状纳米羟基磷灰石的浓度梯度对细胞的生物相容性实验结果图;
图6为棒状纳米羟基磷灰石的时间梯度对细胞的生物相容性实验结果图。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步说明本发明。
实施例1
1)取3 ml、0.09 M的DTAB溶液,将DTAB溶液加入到177ml的去离子水中,以300 rpm的速率搅拌30分钟至DTAB均匀分散在水溶液中,其中DTAB的终浓度为1.5×10-3 mol/L。
2)在温度30或40℃下,将60ml、0.03M的Na2HPO4水溶液,加入到上述溶液中,以200rpm的搅拌速率搅拌30分钟,用1M的NaOH调节混合溶液的pH值至11。
3)将60ml、0.05M的CaCl2水溶液逐滴加入到上述溶液中,使最终反应体系的Ca/P摩尔比为1.67,滴加速率为20或50滴/分钟,滴加过程中,滴加NaOH溶液维持反应体系的pH值为10,维持温度在60℃,维持搅拌速率为300rpm。
4)滴加完成后,继续搅拌12小时,然后于120℃高压蒸汽环境中,反应1小时,反应完成后,8000 rpm离心5分钟,得到沉淀,沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤3分钟,重复三次,冷冻干燥或70℃烘干,室温保存,得到棒状纳米羟基磷灰石。
该棒状纳米羟基磷灰石通过FE-SEM、TEM、XRD和FTIR等表征技术进行表征,所得的棒状纳米羟基磷灰石颗粒为实心,该颗粒的长径比为3~15,长度为100~150 nm,直径为10~30 nm,羟基磷灰石的平均结晶度为40~60%,棒状纳米羟基磷灰石颗粒为实心,平均长度为120nm,平均直径为30nm,如图1-4所示。
实施例2
1)取5ml的0.09M DTAB溶液,加入到175ml的去离子水中,以500 rpm的搅拌速率搅拌30分钟至DTAB均匀分散在水溶液中,其中DTAB的终浓度为2.5×10-3mol/L。
2)在温度50或70℃下,将100ml、0.03M的Na2HPO4水溶液,加入到上述溶液中,以400 rpm的搅拌速率搅拌30分钟,用1M的NaOH调节混合溶液的pH值至11。
3)将100ml、0.05M的硝酸钙水溶液逐滴加入到上述溶液中,使最终反应体系的Ca/P摩尔比为1.67,滴加速率为30滴/分钟,滴加过程中,滴加NaOH溶液维持反应体系的pH值为12,维持温度在70℃,维持搅拌速率在400 rpm。
4)滴加完成后,继续搅拌8h,然后于120℃高压蒸汽环境中,反应2小时,反应完成后,15000 rpm离心8分钟,得到沉淀,沉淀用去离子水和无水乙醇洗涤3分钟,重复三次,冷冻干燥或90℃烘干,室温保存,得到棒状纳米羟基磷灰石。
该棒状纳米羟基磷灰石经FE-SEM、TEM、XRD和FTIR表征,该棒状纳米羟基磷灰石的性质与实施例1相同。
实施例3
1)取所制备的棒状纳米羟基磷灰石粉末,置于紫外下灭菌2h,无菌条件下加入适量的细胞培养基超声重悬,使其浓度为1mg/mL;
2)将QSG-7701细胞(人肝正常细胞),以每孔10000个细胞的浓度,铺于96孔板中,,待细胞进入指数增长期时,加入上述的HAp颗粒,设置加入HAp孔中的终浓度为0.005, 0.01,0.025, 0.05,0.1(mg/mL)。
3)48h后,每空加入20微升MTT(5mg/mL),加入MTT处理4h后,完全去掉上清液,每孔加入150微升DMSO,轻轻震荡12min,经酶标仪测试其在490nm处 的吸光值,经origin8.0作图5。
4)选取最佳细胞存活率下的HAp浓度,进行HAp处理时间对细胞存活率的影响,步骤同实施例3 中的2)、3),设置时间梯度为24、48、72、96h。
图5为本实施例所制备的棒状纳米羟基磷灰石的浓度梯度对细胞的生物相容性实验结果,处理时间为48h;图6为本实施例所制备的棒状纳米羟基磷灰石的时间梯度对细胞的生物相容性实验结果,控制浓度为0.05mg/mL。从图5和6可知,本发明的棒状纳米羟基磷灰石具有良好的生物相容性。
Claims (8)
1.一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于包括以下工艺步骤:
a)在30~70℃的反应温度下,将十二烷基三甲基溴化铵溶液加入到磷酸氢二钠溶液中,以200~500 rpm的速率搅拌均匀,使十二烷基三甲基溴化铵的终浓度为1.0×10-3~3.0×10-3 mol/L,用碱液调节混合溶液的pH值在11;
b)在上述混合溶液中滴加钙盐溶液,得到棒状纳米羟基磷灰石溶液体系,最终反应体系中Ca/P摩尔比为1.67,滴加过程中,同时滴加碱性溶液,使反应体系的pH值维持在10~12,反应温度维持在60~70℃,搅拌速率维持在200~500 rpm;
c)让该体系继续搅拌8~12小时后,将反应溶液置于120℃高压蒸汽环境中,待温度平衡后,静态反应1~2小时;
d)反应完成后,8000~15000 rpm离心5~10分钟,分离沉淀,将沉淀先用去离子水超声清洗3次后分别离心处理,再用无水乙醇清洗3遍以上,将获得的样品在-50℃冷冻干燥或70-90℃快速鼓风干燥,得到棒状纳米羟基磷灰石。
2.如权利要求1所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于所述步骤b)使用的钙盐溶液为可溶性钙盐的水溶液。
3.如权利要求1所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于所述步骤b)使用的钙盐溶液为氯化钙、硝酸钙的水溶液。
4.如权利要求1所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于所述的步骤b)中是将钙盐溶液的滴加到磷酸盐溶液中,速度为10~50滴/分钟。
5.如权利要求1所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于所述的步骤b)中是将钙盐溶液的滴加到磷酸盐溶液中,速度为30滴/分钟。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于制备的纳米羟基磷灰石为棒状、实心晶体,长径比为3~15,长度为100~150 nm,直径为10~30 nm,羟基磷灰石纯度在90%以上。
7.如权利要求6所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于纳米羟基磷灰石晶体,平均长度为120 nm,平均直径为20 nm。
8.如权利要求7所述的一种棒状纳米羟基磷灰石的快速制备方法,其特征在于纳米羟基磷灰石晶体在(002)方向具有择优取向。
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