CN111116354B - 没食子酸及其衍生物在控制草酸钙结晶过程的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及没食子酸及其衍生物在控制草酸钙结晶过程的应用。在存在草酸钙过饱和度的环境中，没食子酸及其衍生物即能控制草酸钙的成核晶型，又能有效控制草酸钙的生长。根据草酸钙结石过程的实验数据发现，在存在草酸钙过饱和度的系统中，施用一定剂量的没食子酸或其衍生物，可控制草酸钙的成核晶型，得到草酸钙二水合物或草酸钙三水合物；且草酸钙的生长得到抑制，抑制效果可高达100％。根据此特点，可将没食子酸及其衍生物应用到草酸钙结石的相关治疗中，以控制结石的形成过程。

Description

没食子酸及其衍生物在控制草酸钙结晶过程的应用
技术领域
本发明属于生物矿化领域，涉及没食子酸及其衍生物在草酸钙结晶过程及在防治草酸钙结石方面的应用。具体为没食子酸及其衍生物在控制草酸钙结晶过程的应用。
背景技术
草酸钙的生物矿化在自然界中是普遍存在的。植物体内存在不同形貌和尺寸的草酸钙晶体，用以结构的支撑，提供生命活动中的钙源。但是在动物或者人体内的草酸钙的矿化则会诱发肾结石等疾病，严重影响人们的正常生活。
目前草酸钙存在三种水合物，分别是一水合物(COM)、二水合物(COD)和三水合物(COT)，其中一水合物具有六方菱形晶习，二水合物具有双锥形状的相貌，三水合物具有六边形片状形貌，三种水合物的红外图谱如图1所示。尿液中主要存在草酸钙一水合物和二水合物，其中一水合物可与肾上皮细胞和尿液中的大分子粘附，之后会生长聚集形成大颗粒，导致其无法排泄，在肾脏中滞留最终形成结石。而草酸钙二水合物与尿液大分子的粘附力较小，可随尿液排泄，因此即使有草酸钙晶体产生，也不会形成结石或形成结石的概率大大减小。因此需要借助一定的手段控制草酸钙的成核晶型，以促进其草酸钙晶体的排泄，进而防止结石的形成。
目前存在的草酸钙结晶调节剂有金属离子(K+，Zn2+，Mg2+等)、有机小分子(柠檬酸，羟基柠檬酸等)、以及大分子(多肽、蛋白质、聚合物等)，这些物质虽可以改变草酸钙一水合物的晶习，或对草酸钙一水合物的生长有抑制作用，但抑制效果较低，且无法实现对草酸钙成核晶型的控制。因此需要一类草酸钙结晶调节剂，即可以控制草酸钙成核晶型，又能控制其生长，从而实现预防结石形成的目的。
发明内容
本发明的目的是寻找一类既能控制草酸钙成核晶型，又能控制其生长的物质，用以控制或抑制草酸钙的结晶。并根据此特点，可用其预防草酸钙结石的形成。
本发明公开的物质，在存在草酸钙过饱和度的环境中，没食子酸及其衍生物即能控制草酸钙的成核晶型，又能有效控制草酸钙的生长。
本发明公开的物质为没食子酸及单宁酸。
Figure BDA0002322705400000011
没食子酸(Gallic acid,GaA)
Figure BDA0002322705400000021
单宁酸(Tannic acid,TaA)
本发明的技术方案如下：
没食子酸及其衍生物在控制草酸钙结晶过程的应用，在存在草酸钙过饱和度的环境中，没食子酸及其衍生物即能控制草酸钙的成核晶型，又能有效控制草酸钙的生长。
所述的衍生物为单宁酸。
本发明的控制草酸钙成核晶型的方法，包括如下步骤：
(1)在去离子水中，加入没食子酸或者单宁酸抑制剂；
(2)加入草酸钠和氯化钙溶液，使溶液中草酸钙的过饱和度在13-22之间；
(3)在300-500rpm的搅拌速率下，待溶液出现沉淀，过滤，干燥，即可得到草酸钙二水合物或者草酸钙三水合物。
其钙离子与草酸根离子的比值优选在1～50:1。
其中没食子酸或单宁酸，且其作用剂量范围为：零价没食子酸在剂量范围40-1700μg/ml下诱导得到三水合物；二价没食子酸在剂量范围65-600μg/ml诱导得到二水合物；三价没食子酸在剂量范围10-600μg/ml下诱导得到二水合物；单宁酸在540-1500μg/ml的剂量范围内，诱导得到草酸钙二水合物。
本发明所述的控制草酸钙生长的方法，包括如下步骤：
(1)在去离子水中，加入没食子酸或者单宁酸抑制剂；
(2)加入草酸钠和氯化钙溶液，使溶液中草酸钙的过饱和度在7-10之间；
(3)在300-500rpm的搅拌速率下混合溶液，在此过程中没食子酸或单宁酸即可抑制草酸钙的生长。
钙离子与草酸根离子的比值优选在1:1到3:1。
其中没食子酸或单宁酸，且其作用剂量范围为：零价没食子酸在75-1400μg/ml下控制草酸钙的生长；一价没食子酸在剂量范围188-1400μg/ml下控制草酸钙的生长；二价没食子酸在35-750μg/ml下控制草酸钙的生长；三价没食子酸在35-750μg/ml下控制草酸钙的生长；单宁酸在35-1400μg/ml的剂量范围下，控制草酸钙的生长。
本发明涉及的表征抑制剂对草酸钙生长速率的控制的方法，如下：
(1)利用钙离子选择性电极监测混合过程钙离子浓度的变化，并根据图1所示的方法处理实验数据，定义相对消耗速率(Relative depletion rate,RCR，公式1)。
Figure BDA0002322705400000022
其中，Rcontrol是空白组中钙离子消耗的速率，即没有抑制剂的情况下；Rinhibitors是抑制剂存在下的钙离子消耗速率。RCR值约越接近1，说明抑制剂的作用效果越好。
(2)通过计算RCR值，可对比各抑制剂的作用效果。
本发明公开的物质可抑制草酸钙晶体生长，且抑制效果可达100％，可完全抑制草酸钙的生长。
本发明公开的物质可以有效抑制草酸钙结石的形成。
本发明提供一种控制草酸钙成核晶型的方法。本发明涉及的方法包括在存在草酸钙的过饱和度的系统内，施用上述剂量范围的本发明涉及的物质，以控制草酸钙成核晶型。
本发明提供一种控制草酸钙生长的方法。本发明涉及的方法包括在存在草酸钙的过饱和度的系统内，施用上述剂量范围的本发明涉及的物质，以抑制或控制草酸钙生长。
本发明提供一种抑制草酸钙结石形成的方法。本发明涉及的方法包括在存在草酸钙的过饱和度的系统内，施用上述剂量范围的本发明涉及的物质，以控制草酸钙的成核晶型，并抑制草酸钙生长。
本发明涉及的物质可单独使用或混合使用，以实现草酸钙的成核和生长控制。以控制草酸钙晶体生长为例，可在存在草酸钙高过饱和度的系统中施用一种(单独使用)或多种(混合使用)上述物质，从而达到更好的控制效果。
附图说明
图1是草酸钙三种水合物的红外图谱。其中COM表示草酸钙一水合物，COD表示草酸钙二水合物，COT表示草酸钙三水合物。
图2是草酸钙结晶过程的动力学研究。动力学研究是利用钙离子选择性电极实时监测溶液中自由钙离子浓度的消耗。从ISE测量获得的原始数据显示了草酸钙结晶过程中钙离子浓度随时间的消耗(图2a)。利用前期线性消耗段的消耗速率来比较各种抑制剂的有效性。图2a是钙离子选择性电极检测的实验过程中钙离子浓度的消耗曲线。图2b是钙离子消耗曲线中线性消耗段的局部图。
图3是未加入抑制剂时，在三种过饱和度下(S1＝13、S2＝18、S3＝22)的草酸钙成核晶型的结果图。
图4是零价没食子酸在不同操作条件和剂量下对草酸钙成核晶型控制的结果图。图4a是在过饱和度S1＝13,零价没食子酸的剂量分别为540、1400、1700μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。图4b是在过饱和度S2＝18,零价没食子酸的剂量分别为540、1400、1700μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。图4c是在过饱和度S3＝22,零价没食子酸的剂量分别为540、1400、1700μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。
图5是二价没食子酸在不同操作条件和剂量下对草酸钙成核晶型控制的结果图。图5a是在过饱和度S1＝13,二价没食子酸的剂量分别为65、500、600μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。图5b是在过饱和度S2＝18,二价没食子酸的剂量分别为65、500、600μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。图5c是在过饱和度S3＝22,二价没食子酸的剂量分别为65、500、600μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。
图6是三价没食子酸在不同操作条件和剂量下对草酸钙成核晶型控制的结果图。图6a是在过饱和度S1＝13,三价没食子酸的剂量分别为10、50、600μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。图6b是在过饱和度S2＝18,三价没食子酸的剂量分别为10、50、600μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。图6c是在过饱和度S3＝22,三价没食子酸的剂量分别为10、50、600μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。
图7是单宁酸在不同操作条件和剂量下对草酸钙成核晶型控制的结果图。图7a是在过饱和度S1＝13,三单宁酸的剂量分别为540、667、1500μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。图7b是在过饱和度S2＝18,三单宁酸的剂量分别为540、667、1500μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。图7c是在过饱和度S3＝22,单宁酸的剂量分别为540、667、1500μg/ml在不同操作条件下的成核晶型控制结果图。
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。
下面将结合具体实施方式，详细介绍本发明的没食子酸及其衍生物在抑制草酸钙的成核和生长方面的应用。
实施例1
草酸钙的成核晶型
在25ml的去离子水中，不加入任何抑制剂，并将草酸钙的过饱和度分别控制在S1＝13(Ca2+:C2O4 2-＝50:1),S2＝18(Ca2+:C2O4 2-＝1:1),S3＝22(Ca2+:C2O4 2-＝20:1)，整个系统的转速为400rpm。待沉淀形成后，通过检测，发现其为草酸钙一水合物(如图3所示)。
实施例2
零价没食子酸控制草酸钙的成核晶型
在25ml的去离子水中，零价没食子酸的加入剂量分别为：540、1400、1700μg/ml，并将草酸钙的过饱和度分别控制在S1＝13(Ca2+:C2O4 2-＝50:1),S2＝18(Ca2+:C2O4 2-＝1:1),S3＝22(Ca2+:C2O4 2-＝20:1)，整个系统的转速为300rpm，待溶液出现沉淀，过滤，干燥，通过检测，证实得到的沉淀物为草酸钙三水合物(如图4所示)。
实施例3
二价没食子酸控制草酸钙的成核晶型
在50ml的去离子水中，二价没食子酸的加入剂量分别为：65、500、600μg/ml，并将草酸钙的过饱和度分别控制在S1＝13(Ca2+:C2O4 2-＝50:1),S2＝18(Ca2+:C2O4 2-＝1:1),S3＝22(Ca2+:C2O4 2-＝20:1)，整个系统的转速为500rpm，待溶液出现沉淀，过滤，干燥，通过检测，证实得到的沉淀物为草酸钙二水合物(如图5所示)。
实施例4
三价没食子酸控制草酸钙的成核晶型
在100ml的去离子水中，三价没食子酸的加入剂量分别为：10、30、600μg/ml，并将草酸钙的过饱和度分别控制在S1＝13(Ca2+:C2O4 2-＝50:1),S2＝18(Ca2+:C2O4 2-＝1:1),S3＝22(Ca2+:C2O4 2-＝20:1)，整个系统的转速为400rpm，待溶液出现沉淀，过滤，干燥，通过检测，证实得到的沉淀物为草酸钙二水合物(如图6所示)。
实施例5
单宁酸控制草酸钙的成核晶型
在25ml的去离子水中，单宁酸的加入剂量分别为：540、667、1500μg/ml，并将草酸钙的过饱和度分别控制在S1＝13(Ca2+:C2O4 2-＝50:1),S2＝18(Ca2+:C2O4 2-＝1:1),S3＝22(Ca2+:C2O4 2-＝20:1)，整个系统的转速为400rpm，待溶液出现沉淀，过滤，干燥，通过检测，证实得到的沉淀物为草酸钙二水合物(如图7所示)。
实施例6
零价没食子酸控制草酸钙的生长
在25ml的去离子水中，零价没食子酸的加入剂量分别为75、714、1400μg/ml，过饱和度控制在8(Ca2+:C2O4 2-＝1:1)，转速控制在400rpm，并利用钙离子选择性电极监测草酸钙结晶过程中钙离子的消耗，以定量表征零价没食子酸对草酸钙生长的控制效果。三组实验得到的钙离子的消耗速率及利用下述公式计算得到的RCR值如表3所示。
Figure BDA0002322705400000051
从数据可以看出：三种剂量下，零价没食子均实现对草酸钙的生长控制，且控制效果随剂量增加而增强，抑制作用效果最高可达0.87。
表1零价没食子酸对草酸钙生长的控制数据表
Figure BDA0002322705400000052
实施例7
一价没食子酸控制草酸钙的生长
在50ml的去离子水中，一价没食子酸的加入剂量分别在188、714、1400μg/ml，过饱和度控制在7(Ca2+:C2O4 2-＝1:1)，转速控制在500rpm，并利用钙离子选择性电极监测草酸钙结晶过程中钙离子的消耗，以定量表征一价没食子酸对草酸钙生长的控制效果。三组实验得到的钙离子的消耗速率及利用下述公式计算得到的RCR值如表3所示。
Figure BDA0002322705400000053
从数据可以看出：三种剂量下，一价没食子酸均实现对草酸钙的生长控制，且控制效果随剂量增加而增强，抑制作用效果最高可达0.56。
表2一价没食子酸对草酸钙生长的控制数据表
Figure BDA0002322705400000054
实施例8
二价没食子酸控制草酸钙的生长
在100ml的去离子水中，二价没食子酸的加入剂量分别在35、188、750μg/ml，过饱和度控制在10(Ca2+:C2O4 2-＝3:1)，转速控制在300rpm，并利用钙离子选择性电极监测草酸钙结晶过程中钙离子的消耗，以定量表征二价没食子酸对草酸钙生长的控制效果。三组实验得到的钙离子的消耗速率及利用下述公式计算得到的RCR值如表3所示。
Figure BDA0002322705400000061
从数据可以看出：三种剂量下，二价没食子酸均实现对草酸钙的生长控制，且在较小的剂量(188μg/ml)下，就实现较强的控制效果(0.91)。且在高剂量下，可完全抑制草酸钙的生长。
表3二价没食子酸对草酸钙生长的控制数据表
Figure BDA0002322705400000062
实施例9
三价没食子酸控制草酸钙的生长
在25ml的去离子水中，三价没食子酸的加入剂量分别在35、189、750μg/ml过饱和度控制在9(Ca2+:C2O4 2-＝1.5:1)，转速分别控制在400rpm，并利用钙离子选择性电极监测草酸钙结晶过程中钙离子的消耗，以定量表征三价没食子酸对草酸钙生长的控制效果。三组实验得到的钙离子的消耗速率及利用下述公式计算得到的RCR值如表3所示。
Figure BDA0002322705400000063
从数据可以看出：三种剂量下，三价没食子酸均实现对草酸钙的生长控制，且在较小的剂量(35μg/ml)下，就可实现较强的控制效果(0.94)。并在高剂量下，可完全抑制草酸钙的生长。
表4三价没食子酸对草酸钙生长的控制数据表
Figure BDA0002322705400000064
实施例10
单宁酸控制草酸钙的生长
在50ml的去离子水中，单宁酸的加入剂量分别在35、370、715、1400μg/ml，过饱和度控制在9(Ca2+:C2O4 2-＝1.5:1)，转速分别为500rpm，并利用钙离子选择性电极监测草酸钙结晶过程中钙离子的消耗，以定量表征单宁酸对草酸钙生长的控制效果。四组实验得到的钙离子的消耗速率及利用下述公式计算得到的RCR值如表3所示。
Figure BDA0002322705400000071
从数据可以看出：四种剂量下，单宁酸均实现对草酸钙的生长控制，且控制效果随剂量增加而增强，且在高剂量下，抑制效果高达100％，完全抑制草酸钙的生长。
表5单宁酸对草酸钙生长的控制数据表
Figure BDA0002322705400000072
根据草酸钙结石过程的实验数据发现，在存在草酸钙过饱和度的系统中，施用一定剂量的没食子酸或其衍生物，可控制草酸钙的成核晶型，得到草酸钙二水合物或草酸钙三水合物；且草酸钙的生长得到抑制，抑制效果可高达100％。根据此特点，可将没食子酸及其衍生物应用到草酸钙结石的相关治疗中，以控制结石的形成过程。

Claims (1)

1.没食子酸及其衍生物在控制草酸钙结晶过程的应用，其特征是，在存在草酸钙过饱和度的环境中，没食子酸及其衍生物即能控制草酸钙的成核晶型，又能有效控制草酸钙的生长；
衍生物为单宁酸；
所述没食子酸及其衍生物控制草酸钙成核包括如下步骤：
(1)在去离子水中，加入没食子酸或者单宁酸抑制剂；
(2)加入草酸钠和氯化钙溶液，使溶液中草酸钙的过饱和度在13-22之间；钙离子与草酸根离子的比值在1～50:1；
(3)在300-500rpm的搅拌速率下，待溶液出现沉淀，过滤，干燥，即可得到草酸钙二水合物或者草酸钙三水合物；
所述的没食子酸或单宁酸，且其作用剂量范围为：零价没食子酸在剂量范围540-1700μg/ml下诱导得到三水合物；二价没食子酸在剂量范围65-600μg/ml诱导得到二水合物；三价没食子酸在剂量范围10-600μg/ml下诱导得到二水合物；单宁酸在540-1500μg/ml的剂量范围内，诱导得到草酸钙二水合物；
所述没食子酸及其衍生物控制草酸钙生长包括如下步骤：
(1)在去离子水中，加入没食子酸或者单宁酸抑制剂；
(2)加入草酸钠和氯化钙溶液，使溶液中草酸钙的过饱和度在7-10之间；钙离子与草酸根离子的比值在1:1到3:1；
(3)在300-500rpm的搅拌速率下混合溶液，在此过程中没食子酸或单宁酸即可抑制草酸钙的生长；
所述的没食子酸或单宁酸，且其作用剂量范围为：零价没食子酸在75-1400μg/ml下控制草酸钙的生长；一价没食子酸在剂量范围188-1400μg/ml下控制草酸钙的生长；二价没食子酸在35-750μg/ml下控制草酸钙的生长；三价没食子酸在35-750μg/ml下控制草酸钙的生长；单宁酸在35-1400μg/ml的剂量范围下，控制草酸钙的生长。
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