CN104784757A - 一种纳米磷灰石复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种纳米磷灰石复合材料及其制备方法，属于医用生物材料及制备方法，解决现有人工骨修复材料所存在的力学性能不匹配和药物装载效率低的问题，可用于人工骨修复材料及药物载体。本发明所提供的纳米磷灰石复合材料，由纳米凝胶和磷灰石纳米晶体自组装组成，其中，磷灰石纳米晶体的质量比为69～93％，其余为纳米凝胶，所述纳米凝胶由壳聚糖和聚丙烯酸构成，纳米凝胶中壳聚糖按氨基葡萄糖苷单位与丙烯酸摩尔比为1:1。本发明选用壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶作为磷灰石成核模板，调控钙磷盐在溶液中的沉淀反应，得到的磷灰石纳米晶体尺寸小，比表面积高，而且更易加工成型，可以装载更多的药物。

Description

一种纳米磷灰石复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于医用生物材料及制备方法，具体涉及一种纳米磷灰石复合材料及其制备方法，可用于人工骨修复材料及药物载体。

背景技术

目前临床上针对骨缺损患者的治疗一般是采用自体骨、同种异体骨或人工骨替代材料移植修复。考虑到自体骨的来源有限，同种异体骨的移植可能导致疾病传染及引起免疫排斥反应等因素，越来越多的临床应用在骨移植手术中选用人工骨材料，骨组织具有复杂的分级结构，可以认为是一种自组装胶原纤维与羟基磷灰石的复合物，羟基磷灰石是骨中的主要矿物组成，重量比例约为65％，羟基磷灰石自身具有良好的生物相容性和生物活性，尤其是其具有骨传导和骨整合能力，可以促进骨组织快速修复，将羟基磷灰石作为主要组分制成骨修复材料，在临床上已有较为广泛的应用。

制备羟基磷灰石的方法很多，主要有化学沉淀法、固相合成法、溶胶-凝胶法和微乳液法等。为了达到和天然骨组织高度相似的结构，通过仿生学方法，采用仿生模板调控合成磷灰石是一个可以有效的解决产物结构与骨组织相似性的问题，能够有效提升其生物学功能，增加医学实用价值。

现有通过仿生模板调控合成磷灰石的方法多采用胶原蛋白等，所获得磷灰石复合材料具有较好的生物相容性和骨修复效果，但因为胶原蛋白经过处理后分子量降低，获得的矿化产物与骨组织存在力学性能不匹配、降解速度过快、药物装载效率低等问题。

发明内容

本发明提供一种纳米磷灰石复合材料，同时提供其制备方法，解决现有人工骨修复材料所存在的力学性能不匹配和药物装载效率低的问题。

为实现上述目的，本发明所提供的一种纳米磷灰石复合材料，其特征在于：

其由纳米凝胶和磷灰石纳米晶体自组装组成，其中，磷灰石纳米晶体的质量比为69～93％，其余为纳米凝胶，所述纳米凝胶由壳聚糖和聚丙烯酸构成，纳米凝胶中壳聚糖按氨基葡萄糖苷单位与丙烯酸摩尔比为1:1。

所述的纳米磷灰石复合材料制备方法，包括如下步骤：

(1).制备壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，其中壳聚糖按氨基葡萄糖苷单位与丙烯酸摩尔比为1:1；将所述壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，调节浓度至8～80g/L；

(2).市售的硝酸钙溶解在去离子水中，得到钙离子溶液，其浓度为0.1～0.5mol/L，按照体积比2：1～2：5将所述钙离子溶液加入到步骤(1)得到的壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液中，得到一次混合液；

(3)、市售的磷酸氢二胺溶解在去离子水中，得到磷酸盐溶液，其浓度为0.1～0.5mol/L；按照Ca离子、P离子摩尔比为5：3，量取磷酸盐溶液并逐滴加入到所述一次混合液中，得到二次混合液；

(4)、滴加市售的氢氧化钠溶液到所述二次混合液中，调节pH值在9.0～10.0之间，控制反应温度为37±2℃，持续搅拌反应2h，得到反应浆料；

(5)、将所述反应浆料转移到37±2℃水浴中静置3～7天后，用0.45μm滤膜抽滤，并进行洗涤，得到滤饼；

(6)、干燥步骤：将所述滤饼分散在去离子水中，于-20℃～-70℃冰箱中预冻后，用冷冻干燥机对冰冻滤饼进行干燥，得到复合材料。

所述的纳米磷灰石复合材料制备方法，其特征在于：

所述步骤(1)制备壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，包括下述子步骤：

A.将丙烯酸溶于去离子水中，制得浓度为0.06mmol/mL的丙烯酸溶液；

B.按氨基葡萄糖苷单位与丙烯酸摩尔比为1:1的比例称取壳聚糖加入所述丙烯酸溶液中，磁力搅拌至澄清，制得混合溶液；

C.按丙烯酸与过硫酸钾摩尔比为30:1的比例称取过硫酸钾，加入所述混合溶液中，在温度为70℃且通入氮气保护的环境下搅拌2h后，冷却至室温，得到纳米凝胶溶液；

D.用滤纸过滤所述纳米凝胶溶液，将滤液装入透析袋后，在去离子水中透析至少24h，得到纯化的壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液。

本发明选用壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶作为磷灰石成核模板，调控钙磷盐在溶液中的沉淀反应，得到的磷灰石纳米晶体尺寸小，比表面积高，而且更易加工成型，可以装载更多的药物。

本发明中采用的壳聚糖和聚丙烯酸纳米凝胶，不仅可以为磷灰石提供成核位点和生长的模板，而且由于壳聚糖为携带正电荷的聚电解质，聚丙烯酸为携带负电荷的聚电解质，两者相互作用，可以进一步交联，为进一步加工成型提供更好的力学性能和稳定性。

此外，羟基磷灰石具有较好的化学稳定性，与许多药物不起化学反应，因此，高比表面积和高表面活性的羟基磷灰石纳米粒子可以吸附多种生物大分子药物，作为针对骨病治疗的药物缓释载体，增加其在临床应用中的价值。

附图说明

图1为本发明实施例2制备的纳米凝胶/羟基磷灰石复合材料的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进一步说明。

实施例1、包括如下步骤：

(1).制备壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，其中壳聚糖按氨基葡萄糖苷单位与丙烯酸摩尔比为1:1；将所述壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，调节浓度至80g/L；

(2).市售的硝酸钙溶解在去离子水中，得到钙离子溶液，其浓度为0.5mol/L，按照体积比2：5将所述钙离子溶液加入到步骤(1)得到的壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液中，得到一次混合液；

(3)、市售的磷酸氢二胺溶解在去离子水中，得到磷酸盐溶液，其浓度为0.5mol/L；按照Ca离子、P离子摩尔比为5：3，量取磷酸盐溶液并逐滴加入到所述一次混合液中，得到二次混合液；

(4)、市售的氢氧化钠溶解在去离子水中，得到氢氧化钠溶液，其浓度为1mol/L；滴加氢氧化钠溶液到所述二次混合液中，调节pH值在9.0～10.0之间，控制反应温度为37±2℃，持续搅拌反应2h，得到反应浆料；

(5)、将所述反应浆料转移到37±2℃水浴中静置3天后，用0.45μm滤膜抽滤，并进行洗涤，得到滤饼；

(6)、干燥步骤：将所述滤饼分散在去离子水中，于-70℃冰箱中预冻后，用冷冻干燥机对冰冻滤饼进行干燥，得到复合材料。

通过热失重分析法测得，所得复合材料中无机矿物含量为69％。

通过牛血清白蛋白吸附试验测得，将100mg复合材料分散于20mL磷酸盐缓冲液中，加入5mL牛血清白蛋白溶液(5mg/mL)，摇床上孵育6h，然后离心测量上清液中蛋白浓度，计算得到复合材料的蛋白吸附能力达到20mg/g。

实施例2、包括如下步骤：

(1).制备壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，其中壳聚糖按氨基葡萄糖苷单位与丙烯酸摩尔比为1:1；将所述壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，调节浓度至16g/L；

(2).市售的硝酸钙溶解在去离子水中，得到钙离子溶液，其浓度为0.1mol/L，按照体积比2：1将所述钙离子溶液加入到步骤(1)得到的壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液中，得到一次混合液；

(3)、市售的磷酸氢二胺溶解在去离子水中，得到磷酸盐溶液，其浓度为0.1mol/L；按照Ca离子、P离子摩尔比为5：3，量取磷酸盐溶液并逐滴加入到所述一次混合液中，得到二次混合液；

(4)、市售的氢氧化钠溶解在去离子水中，得到氢氧化钠溶液，其浓度为1mol/L；滴加氢氧化钠溶液到所述二次混合液中，调节pH值在9.0～10.0之间，控制反应温度为37±2℃，持续搅拌反应2h，得到反应浆料；

(5)、将所述反应浆料转移到37±2℃水浴中静置7天后，用0.45μm滤膜抽滤，并进行洗涤，得到滤饼；

(6)、干燥步骤：将所述滤饼分散在去离子水中，于-70℃冰箱中预冻后，用冷冻干燥机对冰冻滤饼进行干燥，得到复合材料。其扫描电子显微镜照片如图1所示。

通过热失重分析法测得，所得复合材料中无机矿物含量为87％。

通过牛血清白蛋白吸附试验测得，将100mg复合材料分散于20mL磷酸盐缓冲液中，加入5mL牛血清白蛋白溶液(5mg/mL)，摇床上孵育6h，然后离心测量上清液中蛋白浓度，计算得到复合材料的蛋白吸附能力达到53mg/g。

实施例3、包括如下步骤：

(1).制备壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，其中壳聚糖按氨基葡萄糖苷单位与丙烯酸摩尔比为1:1；将所述壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，调节浓度至8g/L；

(2).市售的硝酸钙溶解在去离子水中，得到钙离子溶液，其浓度为0.5mol/L，按照体积比2：5将所述钙离子溶液加入到步骤(1)得到的壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液中，得到一次混合液；

(3)、市售的磷酸氢二胺溶解在去离子水中，得到磷酸盐溶液，其浓度为0.5mol/L；按照Ca离子、P离子摩尔比为5：3，量取磷酸盐溶液并逐滴加入到所述一次混合液中，得到二次混合液；

(4)、市售的氢氧化钠溶解在去离子水中，得到氢氧化钠溶液，其浓度为1mol/L；滴加氢氧化钠溶液到所述二次混合液中，调节pH值在9.0～10.0之间，控制反应温度为37±2℃，持续搅拌反应2h，得到反应浆料；

(5)、将所述反应浆料转移到37±2℃水浴中静置7天后，用0.45μm滤膜抽滤，并进行洗涤，得到滤饼；

(6)、干燥步骤：将所述滤饼分散在去离子水中，于-20℃冰箱中预冻后，用冷冻干燥机对冰冻滤饼进行干燥，得到复合材料。

通过热失重分析法测得，所得复合材料中无机矿物含量为90％。

通过牛血清白蛋白吸附试验测得，将100mg复合材料分散于20mL磷酸盐缓冲液中，加入5mL牛血清白蛋白溶液(5mg/mL)，摇床上孵育6h，然后离心测量上清液中蛋白浓度，计算得到复合材料的蛋白吸附能力达到72mg/g。

上述各实施例中，所述步骤(1)制备壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，包括下述子步骤：

A.将丙烯酸溶于去离子水中，制得浓度为0.06mmol/mL的丙烯酸溶液；

B.按氨基葡萄糖苷单位与丙烯酸摩尔比为1:1的比例称取壳聚糖加入所述丙烯酸溶液中，磁力搅拌至澄清，制得混合溶液；

C.按丙烯酸与过硫酸钾摩尔比为30:1的比例称取过硫酸钾，加入所述混合溶液中，在温度为70℃且通入氮气保护的环境下搅拌2h后，冷却至室温，得到纳米凝胶溶液；

D.用滤纸过滤所述纳米凝胶溶液，将滤液装入截留分子量为10KDa的透析袋后，在去离子水中透析至少24h，得到纯化的壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液。

Claims (3)

1.一种纳米磷灰石复合材料，其特征在于：

其由纳米凝胶和磷灰石纳米晶体自组装组成，其中，磷灰石纳米晶体的质量比为69～93％，其余为纳米凝胶，所述纳米凝胶由壳聚糖和聚丙烯酸构成，纳米凝胶中壳聚糖按氨基葡萄糖苷单位与丙烯酸摩尔比为1:1。

2.权利要求1所述纳米磷灰石复合材料制备方法，包括如下步骤：

(1).制备壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，其中壳聚糖按氨基葡萄糖苷单位与丙烯酸摩尔比为1:1；将所述壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，调节浓度至8～80g/L；

(2).市售的硝酸钙溶解在去离子水中，得到钙离子溶液，其浓度为0.1～0.5mol/L，按照体积比2：1～2：5将所述钙离子溶液加入到步骤(1)得到的壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液中，得到一次混合液；

(3)、市售的磷酸氢二胺溶解在去离子水中，得到磷酸盐溶液，其浓度为0.1～0.5mol/L；按照Ca离子、P离子摩尔比为5：3，量取磷酸盐溶液并逐滴加入到所述一次混合液中，得到二次混合液；

(4)、滴加市售的氢氧化钠溶液到所述二次混合液中，调节pH值在9.0～10.0之间，控制反应温度为37±2℃，持续搅拌反应2h，得到反应浆料；

(5)、将所述反应浆料转移到37±2℃水浴中静置3～7天后，用0.45μm滤膜抽滤，并进行洗涤，得到滤饼；

(6)、干燥步骤：将所述滤饼分散在去离子水中，于-20℃～-70℃冰箱中预冻后，用冷冻干燥机对冰冻滤饼进行干燥，得到复合材料。

3.如权利要求2所述的纳米磷灰石复合材料制备方法，其特征在于：

所述步骤(1)制备壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液，包括下述子步骤：

A.将丙烯酸溶于去离子水中，制得浓度为0.06mmol/mL的丙烯酸溶液；

B.按氨基葡萄糖苷单位与丙烯酸摩尔比为1:1的比例称取壳聚糖加入所述丙烯酸溶液中，磁力搅拌至澄清，制得混合溶液；

C.按丙烯酸与过硫酸钾摩尔比为30:1的比例称取过硫酸钾，加入所述混合溶液中，在温度为70℃且通入氮气保护的环境下搅拌2h后，冷却至室温，得到纳米凝胶溶液；

D.用滤纸过滤所述纳米凝胶溶液，将滤液装入透析袋后，在去离子水中透析至少24h，得到纯化的壳聚糖/聚丙烯酸纳米凝胶溶液。