CN106924819A - 一种新型掺杂的功能化性纳米磷灰石的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型掺杂的功能化纳米磷灰石的制备方法。该新型掺杂的功能化纳米磷灰石是指将磷酸化环糊精作为辅助磷源，然后添加无机磷源和无机钙盐以及其它掺杂的金属盐，通过调pH值在10左右，在30℃~90℃下加热搅拌反应4~8小时后，静置过夜，倾去上层清液，水洗至pH值到7左右，用无水乙醇洗2~3次，从而制备一种环糊精和金属离子共掺杂的功能化纳米磷灰石。本发明制得的新型掺杂的功能化纳米磷灰石不仅在水溶液中具有很好的分散性，同时还能在二氯甲烷、丙酮等疏水性溶液中保持高度分散，因而可用于与不同聚合物以高含量复合制得高骨传导性的复合材料用于骨科材料。

Description

一种新型掺杂的功能化性纳米磷灰石的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型掺杂的功能化纳米磷灰石的制备方法，属于生物医用材料领域。
背景技术
合成的纳米羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2, n-HA]，因其具有与人骨相似的矿物成分与结构，具有良好的生物相容性、骨传导性、弱碱性，用于高聚物填料，有望发挥其纳米增强效应及赋予高聚物骨传导性，尤其是用于聚乳酸类高聚物，还可中和其酸性降解产物，因而在骨修复、骨折、椎间融合器等大部分骨科材料的制备中有很大的应用前景，已成为骨科材料中研究的重点。但研究表明，n-HA无机粒子和聚乳酸类疏水性高聚物复合时，一方面因n-HA易团聚，且很难在疏水性溶剂中分散，以致很难获得力学性能优越的复合材料；另一方面由于合成的n-HA不含生物磷灰石中的碳酸根、氟、硅、镁、钠、柠檬酸等微量组分，因而表现出脆性大、难降解、且骨诱导性有待提高等固有缺陷，这两大难题使得n-HA/聚乳酸类高聚物复合材料很难满足骨科应用要求，已成为骨科材料研究中亟待解决的难题。
首先为解决n-HA无机粒子和聚乳酸类高聚物复合时的界面结合问题，国内外研究人员对n-HA进行了大量表面改性研究，如利用硅烷偶联剂、异腈酸脂、脂肪酸等有机小分子对其包覆以降低n-HA表面能，甚至采用各种直接、间接表面接枝或原子转移自由基聚合接枝高聚物的方法以提高其界面结合，但以上改性法都是基于对制备好的n-HA进行表面改性，不可避免改性前的n-HA已经团聚，以致包覆率或接枝率较低使得高含量加入时改性效果甚微，分散性未能得到明显提高，且接枝过程繁琐、毒性大、成本高。为克服改性前的团聚， Huang YT等（Sci. Technol. Adv. Mater. 2011，12，1-6）在制备n-HA过程中加入三嵌段共聚物F127 (EO106PO70EO106)以改善分散性，但F127只是作为表面活性剂，在调控n-HA晶体生长形貌尺寸上有一定作用，但对HA纳米粒子分散性未能提高。为此，张鹏等（高等学校化学学报，2012，33，322-325）从制备原料入手，以聚乙二醇单甲醚磷酸酯(P-MPEG)作为n-HA制备的辅助磷源，利用P-MPEG的空间位阻剂及两亲性，采用共沉淀法制备出了n-HA晶体结构以外伸展P-MPEG链的杂化纳米磷灰石，不仅能在水中分散，也可在甲醇和二甲基甲酰胺( DMF)等有机溶剂中分散。但选用的P-MPEG其空间位阻作用及疏水性提高十分有限，有待于探索其它生物相容性好的大分子使得制备的新型纳米磷灰石不能以高含量添加制备理想的复合材料。
环糊精(Cyclodextrin，简称CD)是一系列环状低聚糖大分子的总称，环糊精具有独特的腔内疏水，腔外亲水的圆台式结构，是骨科中具有功能化的材料，由此，若将环糊精的磷酸盐作为磷源引入HA的制备中，则有望利用环糊精的特殊结构获得高分散性的纳米磷灰石。
其次为解决n-HA本身固有的缺陷，基于仿生原理，对n-HA进行碳酸根、氟、硅、锶等微量元素掺杂，有望改善其骨传导性及降解性，尤其是Landi E等（J Mater Sci: MaterMed 2008,19: 239–247）研究表明，在HA中掺入Mg后能在成骨早期阶段在功能上相当于成骨细胞生长因子。但以上掺杂都是单纯地无机微量元素掺杂，其纳米粒子的分散性及其与高聚物复合的界面结合问题仍不能得到解决。
基于以上技术，若将无机元素和环糊精大分子共同掺杂，则有望获得分散性、降解性及骨传导性更好的新型掺杂功能化纳米磷灰石，此方面研究未见国内外文献及专利报道。
发明内容
本发明提供了一种新型掺杂的功能纳米磷灰石的制备方法，该方法制备的新型纳米磷灰石不仅在水溶液中具有很高的分散性，同时还能在二氯甲烷等疏水性溶液中保持高度分散，因而可用于与不同聚合物以高含量复合制得高骨传导性的复合材料用于骨科材料。
一种新型掺杂的功能化纳米磷灰石的制备方法，包括如下步骤：
将磷酸化环糊精溶于与水互溶的常用的有机溶剂，浓度为10~20g/100ml，然后按不同比例添加无机磷源和无机钙源或其它要掺杂的元素的无机盐水溶液，调pH值在8~10之间，在30~90℃下搅拌反应3~6小时后，静置过夜，洗涤，待用。
本发明中，利用磷酸化环糊精作为辅助磷源及空间位阻剂，制备的杂化纳米
磷灰石，其特征是指α、β、γ型环糊精中的一种磷酸化环糊精；
将磷酸化环糊精溶于与水互溶的常用的有机溶剂，其特征是指N,N-二甲基甲
酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜等任一种；
按不同比例添加无机磷源和无机钙源或其它要掺杂的元素的无机盐，其特征是指磷酸环糊精在总磷的摩尔含量中占30%~80%，无机钙源是指硝酸钙、氯化钙等可溶性盐，无机磷源是指磷酸钠、磷酸二氢铵等可溶性盐，其它要掺杂的元素的无机盐是指掺杂元素如镁、锶、锌、铜等的硝酸盐或氯化盐；保持溶液中总的钙和其它要掺杂的阳离子与磷的摩尔比为1.67；
本发明提供的新型掺杂的高分散性纳米磷灰石的制备方法优越性在于：
（1）从材料的性能来说，与现有的n-HA相比，本发明制备的纳米磷灰石同时掺杂了环糊精大分子和无机金属离子，不仅可以利用的环糊精大分子空间位阻作用，实现高分散性，还可有效改善其力学性能上的脆性和降解性，并赋予其两亲性，使其与各类亲疏水性高聚物复合都有良好的界面结合；同时还可利用掺杂的金属离子，进一步改善其成骨活性及降解性，以致获得的新型纳米磷灰石比现有的n-HA在分散性、力学脆性、降解性及成骨活性方面都有明显改善，并有两亲性，从而在全面改善现有的n-HA本身性能的同时，解决其与疏水性高聚物复合的难题；另外，掺杂的环糊精类型及掺杂的金属量等均可通过不同比例调控以获得不同力学性能、降解性能及生物活性的可控性。
（2）本发明各种原材料易得，可以自制或市场上购买，制备反应条件温和，所用试剂均对环境无污染，且反应时间短，适合于大规模生产。
（3）本发明制备的新型掺杂的纳米磷灰石具有完全可降解性，应用范围广泛，可以单独使用，也可用于与亲疏水各类高聚物以高含量复合获得骨传导性更高的复合材料，在骨填充颗粒、骨组织工程支架材料、引导骨组织再生膜、载药材料等多种骨科领域有很大的应用前景。
附图说明
附图1为上述实施例的XRD谱图及部分粉末在二氯甲烷中的分散照片，附图2为SEM照片。
具体实施方式
实施例1：取36.80 g β-磷酸环糊精溶于200 ml N,N-二甲基甲酰胺中，加入2.56g六水硝酸镁和21.24 g四水硝酸钙溶于50ml水，搅拌2小时后，再加入十二水磷酸钠11.38g溶于50 ml水，缓慢滴加于上述溶液中，用10 wt%的氢氧化钠调pH值为10左右，70℃加热搅拌4小时，静置48小时后，用去离子水洗涤5遍，再用300ml在乙醇洗涤3遍，烘干后备用。
实施例2：取12.76 g α-磷酸环糊精溶于150 ml N,N-二甲基乙酰胺，加入0.51 g六水硝酸镁和8.96 g四水硝酸钙溶于50ml水，搅拌2小时后，再加入十二水磷酸钠4.54 g溶于50 ml水，缓慢滴加于上述溶液中，用10 wt%的氢氧化钠调pH值为10左右，70℃加热搅拌4小时，静置48小时后，用去离子水洗涤5遍，再用300ml在乙醇洗涤3遍，烘干后备用。
实施例3：取24.99 g γ-磷酸环糊精溶于250 ml N,N-二甲基甲酰胺，加入5.12 g六水硝酸镁和18.88 g四水硝酸钙溶于50ml水，搅拌2小时后，再加入十二水磷酸钠15.93 g溶于50 ml水，缓慢滴加于上述溶液中，用10 wt%的氢氧化钠调pH值为10左右，70℃加热搅拌4小时，静置48小时后，用去离子水洗涤5遍，再用300ml在乙醇洗涤3遍，烘干后备用。
对比实施例1：取11.81 g四水硝酸钙溶于50ml水，搅拌2小时后，再加入十二水磷酸钠11.38 g溶于50 ml水，缓慢滴加于上述溶液中，用10 wt%的氢氧化钠调pH值为10左右，70℃加热搅拌4小时，静置48小时后，用去离子水洗涤5遍，再用纳米羟基磷灰石，用300ml在乙醇洗涤3遍，烘干后备用。
对比实施例2：取18.40 g β-磷酸环糊精溶于200 ml N,N-二甲基甲酰胺，加入对比实施例1的10.04 g 纳米羟基磷灰石粉末，70℃加热搅拌4小时，静置48小时后，用去离子水洗涤5遍，再用300ml在乙醇洗涤3遍，烘干后备用。

Claims (5)

1.一种新型掺杂的功能化纳米磷灰石的制备方法，其特征是指将磷酸化环糊精作为辅助磷源，然后按不同比例添加无机磷源和无机钙源或其它要掺杂的元素的无机盐，调pH值，在一定温度下搅拌反应一定时间后，静置过夜，洗涤，待用。
2.按照权利要求1所述的磷酸化环糊精，其特征是指α、β、γ型环糊精中的任一种磷酸化环糊精。
3.按照权利要求1所述的按不同比例添加无机磷源和无机钙源或其它要掺杂的元素的无机盐，其特征是指保持溶液中总的钙和其它要掺杂的阳离子与磷的摩尔比为1.67。
4.按照权利要求1所述的按不同比例添加其特征是指磷酸环糊精在总磷的摩尔含量中占40%~80%。
5.按照权利要求3所述的无机钙源，其特征是指硝酸钙、氯化钙等可溶性盐，无机磷源是指磷酸钠、磷酸二氢铵等可溶性盐，其它要掺杂的元素的无机盐是指掺杂元素如镁、锶、锌、铜等的硝酸盐或氯化盐。
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