[发明专利]中空碳酸钙方解石晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于仿生合成领域，具体涉及利用聚β-苯甲基天门冬氨酸(Polyβ-benzyl L-aspartate，简称PBA)LB膜制备中空碳酸钙方解石晶体的方法。

背景技术

碳酸钙作为一种重要的生物矿物，一直是材料学家、生物学家、矿物学家以及医学家们关注、研究的对象。碳酸钙具有多种晶型，比较稳定的有方解石和文石，在生物界中主要存在于软体动物的外壳、鸟类的蛋壳当中；另外还有球文石、无定型碳酸钙(ACC)等。在生物体内，有机生物大分子的存在使得碳酸钙的几种热力学不稳定相得以存在，并且在生物体内起着不同的作用。

碳酸钙在工业领域如涂料、塑料、造纸等许多领域有着广泛的应用。近年来，作为生物矿化的主要无机体系之一，碳酸钙的体外研究成为了学界的热点：人们使用生物提取或人工合成的添加剂和模板，调控出了具有不同晶型以及特殊晶粒形貌的碳酸钙晶体；对有机-无机界面诱导矿化的机理给出了更多原子水平上的分析和验证。研究生物矿化的机理能够为仿生制备新材料提供理论依据和合成手段。诸多进展已经逐渐将生物矿化的研究带入了仿生的机理模拟阶段。

LB技术是一种可以在分子水平上精确控制薄膜厚度的制膜技术，无论是从生物矿化、仿生合成的角度还是从新材料、生物技术的角度来看，LB技术均不失为一种比较理想的技术。利用LB技术进行生物矿化的模拟研究具有重要的理论价值和应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种利用聚β-苯甲基天门冬氨酸LB膜来制备中空碳酸钙方解石晶体的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种中空碳酸钙方解石晶体的制备方法，该方法在无尘箱内进行，包括两个步骤：1)将聚β-苯甲基天门冬氨酸溶于挥发性溶剂中制成铺展液，然后将铺展液滴于去离子水亚相表面上，使聚β-苯甲基天门冬氨酸铺展成单分子膜，保持一段时间以使溶剂挥发，然后开始压膜，目标表面压为19～21mN/m，达到目标压后将亚相表面的单分子层转移到疏水基片上；2)提膜后的基片干燥后斜插入浓度为4.9～5.1mM的碳酸氢钙溶液中使晶体生长20～28h，晶体生长温度控制在25±1℃。

所述聚β-苯甲基天门冬氨酸的分子量为13000～17000。

所述挥发性溶剂由氯仿和二氯乙酸混合而成，两者的体积比为16～19∶1；铺展液中聚β-苯甲基天门冬氨酸的浓度为0.28～0.32mg/ml。

每平方厘米的亚相表面铺展1～2μL所述的铺展液。

压膜速度大于0小于等于5mm/min。

所述步骤1)在常温常压下进行，压膜速度为3mm/min，目标表面压为20mN/m；达到目标压后保持一段时间至表面压稳定后再进行转移。

所述氯仿与二氯乙酸的体积比为17∶1，聚β-苯甲基天门冬氨酸溶液的浓度为0.3mg/ml。

压膜前保持30min以使溶剂挥发；达到目标压后保持5分钟以使表面压稳定，然后用垂直提拉法进行转移，随后用氮气将提膜后的基片吹干。

每L碳酸氢钙溶液的制备方法为：取0.0049～0.0051mol碳酸钙粉末，加去离子水至1L，通入二氧化碳气体并搅拌，直到溶液清澈透明；基片插入碳酸氢钙溶液中后，用保鲜膜将盛装溶液的容器密封以减少溶剂水的挥发，并用针在保鲜膜上扎5～10个小孔。

所述的疏水基片是经过下述疏水处理的玻璃片：玻璃基片依次在水、丙酮、乙醇、水中用超声分别处理30min，取出用氮气吹干；然后放入新配制的90℃Piranha溶液中浸泡8～10h，取出并用氮气吹干；然后置于盛有氟硅烷的15mL小烧杯中，加半滴水引发反应后用保鲜膜密封烧杯并保持12h；取出后放入烘箱内在120℃下烘1h。处理后的基片具有良好的疏水性能，疏水角能达到104°。

对本发明的产物晶体进行X射线衍射分析，发现其唯一的衍射峰出现在2θ＝29.36°处，对应的是方解石晶体(104)晶面，沿(104)晶面生长的取向性十分明显。用扫描电镜对产物进行观察，发现晶体形貌呈现比较规则的碟状，中部有一小孔，边缘清晰，尺寸比较均一，直径8μm左右。晶体剖面扫描电镜图片显示本发明的产物方解石晶体为中空结构，内表面较粗糙呈颗粒状，壳壁厚度约0.5μm。