CN104555966A - 有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒及其制备方法 - Google Patents

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江燕
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Abstract

本发明属于生物材料制备领域，公开了一种有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒及其制备方法。所述制备方法为将钙盐溶液与有机生物分子溶液搅拌混合，调节pH值至约中性，然后加入磷酸盐溶液搅拌反应得到沉淀，将所得沉淀取出，经水洗、醇洗，离心分离，冷冻干燥，即得到所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒。所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒为纳米球结构，通过调节有机生物分子的种类和浓度，可以控制所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的物相和尺寸。本发明所述制备方法简单易行，能耗小，成本低，无污染，得到的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒生物学性能优异，可广泛应用于生物医学材料领域。

Description

有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒及其制备方法
技术领域
本发明属于生物材料制备领域，涉及一种有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒及其制备方法，具体涉及一种采用柠檬酸、谷氨酸、天冬氨酸或赖氨酸作为有机生物分子源的复合磷酸钙纳米颗粒及其制备方法。
背景技术
磷酸钙存在于骨、牙齿和肌腱中，赋予这些组织良好的性能，而人工合成的磷酸钙由于与生物磷酸钙具有相似的组成和结构，因此具有良好的生物活性、生物相容性以及生物可降解性，被广泛用于骨替代材料、药物载体等生物医学领域。
无定形磷酸钙是水溶液中沉积磷酸钙的最初物相，具有比晶态磷酸钙更加优良的生物活性和生物降解性能，可广泛应用于生物涂层、骨水泥等生物医学领域，同时无定形磷酸钙是在水溶液中制备羟基磷灰石时存在的一种中间产物，很容易转变成晶态磷酸钙。羟基磷灰石是生理条件下，热力学最稳定的磷酸钙相，是骨、牙齿和许多病理钙化组织中存在的成分，已成为众多科学领域研究的对象，并被广泛应用于生物医学或产业化材料。
一直以来，研究者在制备纳米磷酸钙材料方面做了大量的研究，为了获得分散较均匀，颗粒尺寸较小的磷酸钙，常常在制备磷酸钙的水溶液中加入模板剂或稳定剂。例如CN1931713A公开一种磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂调控颗粒尺寸，但是CTAB的添加对材料的生物学性能有所影响，且后续清洗处理的过程比较麻烦，又如CN1488574A公开一种生物医用无定形纳米磷酸钙的制备方法，其采用了聚乙二醇、聚乙烯醇或聚丙烯醇等聚合物作为稳定剂，但聚合物添加量大、造成成本增加和环境污染，而且其制备温度限制较严格。又如CN102897734A公开一种磷酸钙纳米结构的制备方法，采用了微波辅助水热法，方法简单但同时也增加了工艺过程中的能耗。有机生物分子普遍存在体内，对磷酸钙矿化具有一定的调控作用，同时也能提高磷酸钙材料的生物学性能。而目前还很少有文献报道用有机生物分子复合磷酸钙的纳米材料。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种利用有机生物分子调控磷酸钙的矿化过程，制备有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的方法；
本发明的另一目的在于提供上述方法得到的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒，通过调节有机生物分子的种类和浓度，所得到的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒具有不同的物相。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钙盐溶液与有机生物分子溶液混合，进行搅拌，然后用碱性溶液调节混合溶液的pH至6.90～7.10；
(2)将磷酸盐溶液加入到所述混合溶液中，搅拌反应，形成沉淀；
(3)将所得沉淀取出，经水洗、醇洗，离心分离，冷冻干燥，得到固体粉末产物，即为所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒。
在本发明所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法中，所述有机生物分子溶液为柠檬酸、谷氨酸、天冬氨酸或赖氨酸的水溶液；
优选的，所述钙盐溶液为氯化钙的水溶液或硝酸钙的水溶液；
优选的，所述钙盐溶液中钙盐的浓度为0.01mol/L～0.25mol/L，所述有机生物分子溶液中有机生物分子的浓度为0.0125mol/L～0.2mol/L；
优选的，步骤(1)中所述钙盐溶液中钙盐与所述有机生物分子溶液中有机生物分子的摩尔比为(0.05～0.8)：1；
优选的，步骤(1)所述碱性溶液为氨水、氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液；
优选的，步骤(1)进行搅拌的时间为45～60min，搅拌过程中温度为室温；
优选的，步骤(2)所述磷酸盐溶液为磷酸氢二钠或磷酸氢二铵的水溶液；所述磷酸盐溶液的pH为9.55～9.60；
在本发明所述制备方法中，所述钙盐溶液中钙盐与所述磷酸盐溶液中磷酸盐优选的摩尔比为(1.5～1.67)：1；
优选的，步骤(2)所述搅拌反应的时间为2～15min，反应温度为室温。
根据本发明所述制备方法得到有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒；所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒为纳米球结构，直径为30～80nm。
通过调节有机生物分子的种类和浓度，所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的物相为无定形磷酸钙相或无定形磷酸钙/羟基磷灰石复合相；当选择的有机生物分子为柠檬酸时，柠檬酸的浓度维持在0.0125mol/L～0.2mol/L，制备得到的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的物相为无定形磷酸钙相；当选择的有机生物分为谷氨酸、天冬氨酸或赖氨酸时，浓度维持在0.03mol/L～0.2mol/L，制备得到的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的物相为无定形磷酸钙相或无定形磷酸钙/羟基磷灰石复合相。
本发明有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒可应用于生物医学材料领域。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明所得的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒为无定形磷酸钙纳米颗粒或无定形磷酸钙/羟基磷灰石复合纳米颗粒，尺寸较均匀，直径在50nm左右。
(2)在本发明所述制备方法中，可以通过改变有机生物分子的种类和浓度来调节所得的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的物相和尺寸。
(3)本发明所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒含有有机生物分子，有机生物分子本身是无害的材料，可以在反应过程中充当稳定剂，同时也可以改善磷酸钙纳米颗粒的生物学性能。
(4)本发明采用的制备工艺条件简单易行，操作简单，无需加热，反应时间短，能耗低，成本低，无污染。
附图说明
图1为本发明有机生物分子调控磷酸钙矿化的流程。
图2为实施例1所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的扫描电镜(SEM)图。
图3为实施例1所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的透射电镜(TEM)图。
图4为实施例1所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的傅里叶红外光谱(FTIR)图。
图5为实施例1所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的X射线衍射(XRD)图。
图6为实施例2所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的扫描电镜(SEM)图。
图7为实施例2所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的透射电镜(TEM)图。
图8为实施例2所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的傅里叶红外光谱(FTIR)图。
图9为实施例2所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的X射线衍射(XRD)图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其采用有机生物分子柠檬酸来调控磷酸钙矿化形成有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒，流程图如图1所示，具体制备方法如下：
量取20ml浓度为0.01mol/L的CaCl2溶液与8ml浓度为0.0125mol/L的柠檬酸溶液混合，用NaOH溶液将混合液的pH调节至6.90～7.10，搅拌1h形成混合溶液；在所得混合溶液中加入20ml浓度为0.006mol/L的pH为9.55～9.60Na2HPO4溶液，继续搅拌反应10min，得到沉淀；将所得沉淀取出用去离子水、乙醇溶液反复洗涤3次，离心分离，冷冻干燥，得到固体粉末产物，即为所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒。
采用扫描电镜和透射电镜对实施例1得到的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒进行形貌观察分析。实施例1所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的扫描电镜(SEM)图如图2所示，实施例1所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的透射电镜(TEM)图如图3所示。从图2和图3可以看出本发明实施例1得到的产物有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒为球形纳米颗粒。
采用傅里叶红外光谱仪和X射线衍射仪对实施例1所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒进行结构分析。实施例1所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的傅里叶红外光谱(FTIR)图如图4所示，实施例1所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的X射线衍射(XRD)图如图5所示。从图4和图5可以看到本发明实施例1所得的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒为无定形的磷酸钙，且有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的纳米结构中含有柠檬酸。
实施例2
一种有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其采用有机生物分子谷氨酸来调控磷酸钙矿化形成有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒，具体制备方法如下：
量取20ml浓度为0.01mol/L的CaCl2溶液与8ml浓度为0.05mol/L的谷氨酸溶液混合，用NaOH溶液将混合液的pH调节至6.90～7.10，搅拌1h形成混合溶液；在所得混合溶液中加入20ml浓度为0.006mol/L的pH为9.55～9.60Na2HPO4溶液，继续搅拌反应10min，得到沉淀；将所得沉淀取出用去离子水、乙醇溶液反复洗涤3次，离心分离，冷冻干燥，得到固体粉末产物，即为所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒。
采用扫描电镜和透射电镜对实施例2得到的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒进行形貌观察分析。实施例2所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的扫描电镜(SEM)图如图6所示，实施例2所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的透射电镜(TEM)图如图7所示。从图6和图7可以看出本发明实施例2得到的产物有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒为球形纳米颗粒。
采用傅里叶红外光谱仪和X射线衍射仪对实施例2所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒进行结构分析。实施例2所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的傅里叶红外光谱(FTIR)图如图8所示，实施例2所得有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的X射线衍射(XRD)图如图9所示。从图8和图9可以看到本发明实施例2所得的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒为无定形磷酸钙/羟基磷灰石复合纳米颗粒，且有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的纳米结构中含有谷氨酸。
实施例3
一种有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其采用有机生物分子谷氨酸来调控磷酸钙矿化形成有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒，具体制备方法如下：
量取20ml浓度为0.01mol/L的硝酸钙溶液与8ml浓度为0.2mol/L的天冬氨酸溶液混合，用氨水将混合液的pH调节至6.90～7.10，搅拌45min形成混合溶液；在所得混合溶液中加入20ml浓度为0.006mol/L的pH为9.55～9.60(NH4)2HPO4溶液，继续搅拌反应15min，得到沉淀；将所得沉淀取出用去离子水、乙醇溶液反复洗涤3次，离心分离，冷冻干燥，得到固体粉末产物，即为所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒。
实施例4
一种有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其采用有机生物分子谷氨酸来调控磷酸钙矿化形成有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒，具体制备方法如下：
量取20ml浓度为0.01mol/L的硝酸钙溶液与8ml浓度为0.15mol/L的赖氨酸溶液混合，用氨水溶液将混合液的pH调节至6.90～7.10，搅拌50min形成混合溶液；在所得混合溶液中加入20ml浓度为0.006mol/L的pH为9.55～9.60(NH4)2HPO4溶液，继续搅拌反应2min，得到沉淀；将所得沉淀取出用去离子水、乙醇溶液反复洗涤3次，离心分离，冷冻干燥，得到固体粉末产物，即为所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将钙盐溶液与有机生物分子溶液混合，进行搅拌，然后用碱性溶液调节混合溶液的pH至6.90～7.10；
(2)将磷酸盐溶液加入到所述混合溶液中，搅拌反应，形成沉淀；
(3)将所得沉淀取出，经水洗、醇洗，离心分离，冷冻干燥，得到固体粉末产物，即为所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述有机生物分子溶液为柠檬酸、谷氨酸、天冬氨酸或赖氨酸的水溶液。
3.根据权利要求1所述的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述钙盐溶液为氯化钙的水溶液或硝酸钙的水溶液。
4.根据权利要求1所述的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述钙盐溶液中钙盐的浓度为0.01mol/L～0.25mol/L，所述有机生物分子溶液中有机生物分子的浓度为0.0125mol/L～0.2mol/L。
5.根据权利要求1所述的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述钙盐溶液中钙盐与所述有机生物分子溶液中有机生物分子的摩尔比为(0.05～0.8)：1。
6.根据权利要求1所述的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述碱性溶液为氨水、氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液；步骤(1)进行搅拌的时间为45～60min，搅拌过程中温度为室温；步骤(2)所述搅拌反应的时间为2～15min，反应温度为室温。
7.根据权利要求1所述的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述磷酸盐溶液为磷酸氢二钠或磷酸氢二铵的水溶液；所述磷酸盐溶液的pH为9.55～9.60。
8.根据权利要求1所述的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述钙盐溶液中钙盐与所述磷酸盐溶液中磷酸盐的摩尔比为(1.5～1.67)：1。
9.根据权利要求1～8任一项所述的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的制备方法得到的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒，所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒为纳米球结构。
10.根据权利要求9所述的有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒，其特征在于：所述有机生物分子复合磷酸钙纳米颗粒的物相为无定形磷酸钙相或无定形磷酸钙/羟基磷灰石复合相。
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