[发明专利]磷酸钙纳米结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷酸钙纳米材料的制备方法及其应用。具体涉及一种采用磷酸果糖或磷酸果糖盐作为磷源来合成无定形磷酸钙纳米球、羟基磷灰石纳米棒、无定形磷酸钙/羟基磷灰石复合纳米球的制备方法，属于生物材料制备与应用领域。

背景技术

磷酸钙是人体骨骼和牙齿最主要的无机成分，人工合成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，并被广泛应用于骨骼的替代材料、药物的运输载体以及基因的转染等生物医学领域。

无定形磷酸钙作为水溶液中沉积磷酸钙的最初物相，其与晶态磷酸钙（如结晶性良好的羟基磷灰石）相比，具有更好的生物活性和生物可降解性，并能促进成骨细胞的粘附和骨传导，因而广泛应用于药物输运、蛋白吸附、基因转染等生物医学领域。羟基磷灰石作为一种主要的晶态磷酸钙，同样具有优良的生物活性和生物可降解性，并被广泛应用于骨移植、硬组织修复和牙齿填料等组织工程领域。

一直以来，研究者在制备磷酸钙生物材料方面作了大量的研究，比较常见的方法是在制备磷酸钙的水溶液中添加稳定剂。例如CN100428963C公开一种无定形磷酸钙粉末的制备方法，其采用聚乙二醇、均丙烯酸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。又如CN100445201C公开一种纳米非晶态磷酸钙粉末的制备方法，其采用环糊精等有机物作为稳定剂，但该法操作时间较长。

此外，传统人工合成磷酸钙生物材料大多采用无机磷源和钙源直接反应，并用表面活性剂来调控形貌。该方法加入的表面活性剂需要在后续处理中清洗干净，因此增加了生产成本，并造成环境污染。目前还很少有文献中报道用有机生物磷源来合成磷酸钙生物材料。

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种可制备多种物相和形貌的磷酸钙生物材料的方法。本发明人经过锐意的研究认识到有机生物磷源，例如二磷酸果糖三钠盐，在高温条件下水解能产生磷酸根离子，其与溶液中加入的钙离子结合形成磷酸钙纳米结构。通过调节实验过程中的反应时间和反应温度，可以获得无定形磷酸钙纳米多孔球、羟基磷灰石纳米棒、以及无定形磷酸钙/羟基磷灰石复合纳米球三种不同的纳米结构。同时有机磷源及其水解后的产物可引入到磷酸钙纳米结构中，还有望改善磷酸钙纳米结构的生物学性能，增强磷酸钙作为药物载体的药物装载能力。

在此，本发明提供一种有机磷源合成磷酸钙纳米结构的制备方法，其中，以水溶性钙盐作为钙源、含磷生物分子作为磷源，通过微波辅助水热反应制得所述磷酸钙纳米结构。

本发明以含磷生物分子作为有机磷源，一方面利用其在高温条件下的水解特性产生磷酸根离子以与钙离子结合形成磷酸钙纳米结构，同时还可利用含磷生物分子及其水解后的产物对所产生的磷酸钙进行形貌调控。这样含磷生物分子可兼具磷源和调控剂的作用，无需额外加入表面活性剂。此外，含磷生物分子本身生物降解性能好，环境友好。本发明制得的无定形磷酸钙纳米多孔球、羟基磷灰石纳米棒、以及无定形磷酸钙/羟基磷灰石复合纳米球三种不同的纳米结构可广泛应用于生物医学以及组织工程等领域。本发明的方法对扩展磷酸钙类生物材料的制备和应用具有重要的科学意义和实用价值。

优选地，所述含磷生物分子为磷酸果糖或磷酸果糖盐。例如二磷酸果糖三钠盐和/或其水合物。

在本发明中，所述水溶性钙盐可采用氯化钙和/或其水合物、硝酸钙和/或其水合物、和/或乙酸钙和/或其水合物。

优选地，所述水溶性钙盐和含磷生物分子的摩尔比为2:1～5:1。

在本发明中，将所述水溶性钙盐和含磷生物分子分别溶于水中，调节水溶性钙盐的水溶液的pH至9～11，并将形成的含磷生物分子的水溶液加至水溶性钙盐的水溶液。其中所述水溶性钙盐的摩尔浓度优选为0.001～0.5摩尔/升。

在本发明中，优选地，微波辅助水热反应的反应温度可为100～200℃，反应时间可为5分钟到1小时。采用微波辅助水热反应，反应易控，反应时间短。

另一方面，本发明还提供三种由上述方法制备的磷酸钙纳米结构，其中包括无定形磷酸钙纳米多孔球、羟基磷灰石纳米棒、以及无定形磷酸钙/羟基磷灰石复合纳米球。

本发明提供的磷酸钙纳米结构的物相、形貌和尺寸可控，例如纳米结构的物相和形貌可通过更改反应时间和温度进行调节。

又，本发明的无定形磷酸钙纳米球的表面具有多孔结构，且孔的尺寸在40纳米以下。而羟基磷灰石纳米棒的尺寸均匀，直径大约在20纳米左右。