[发明专利]一种含抗菌纳米磷酸钙颗粒填料的双网络水凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含抗菌纳米磷酸钙颗粒填料的双网络水凝胶材料及其制备方法。将‑聚谷氨酸改性掺铜纳米磷酸钙制成水悬液，然后添加引发剂过硫酸铵和交联剂N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺，调节pH值至5.0～6.5，再加入海藻酸钠搅拌均匀，然后再加入四甲基乙二胺，搅拌反应，清洗、干燥得到含抗菌纳米磷酸钙颗粒填料的双网络水凝胶材料。掺铜磷酸钙经‑聚谷氨酸修饰，不但提高磷酸钙中铜离子的替代率，而且加固了键合作用，有效减缓铜离子的溢出，在具有抗菌作用的基础上又减缓释放初期的细胞毒性。抗菌磷酸钙颗粒为纳米球状，颗粒大小主要介于10nm‑70nm之间。

技术领域：

本发明属于生物材料技术领域，尤其是涉及一种含抗菌纳米磷酸钙颗粒填料的双网络水凝胶材料。

背景技术：

铜与骨骼健康息息相关，当人体缺铜易导致骨质疏松产生，使得骨易发生骨折。其主要原因是铜能够影响胶原成熟，铜缺乏将会使骨中胶原纤维的合成数量下降，导致骨骺生长受到抑制，新生骨结构疏松，长骨脆弱和终止骨生长。在成骨细胞的培养基中补充铜可以增加胶原纤维的交联，有利于胶原蛋白的合成。骨生成是由包括血管生成以及细胞诱导等多种因素联合作用的结果，铜离子促进血管生成。更重要的是铜具有很好的抗菌活性，与银和锌相比，铜的抗菌活动强、价格低廉，环境安全性较高。在涉及组织移植物或生物医学植入物的手术中，感染是植入物失败和手术后并发症的主要原因。因此，将铜纳米颗粒掺入支架即可以促进骨修复和血管再生，又可以最大限度地降低感染的风险。掺杂无机抗菌金属离子的羟基磷灰石不仅具有良好的生物相容性，而且抗菌能力强，安全性高，可望用于临床，具有广泛的应用前景。目前以羟基磷灰石为载体的抗菌剂制备方法以离子交换法为主，该方法的缺点是铜离子与载体的结合较弱，导致铜离子快速游离而不能保持制品长久的抗菌性，此外使用初期游离出的铜离子浓度太高会有毒性，且干扰骨代谢，抑制胶原的合成，会导致骨干和骨骺的胶原减少。

发明内容：

本发明的目的是提供一种含抗菌纳米磷酸钙颗粒填料的双网络水凝胶材料及其制备方法，它不但可提高掺铜磷酸钙中铜离子替代率，而且可加固键合作用，有效减缓铜离子的溢出；该方法制备的铜掺杂磷酸钙为10-70nm的纳米球状，分散性良好。另外由于-聚谷氨酸与掺铜磷酸钙形成共聚物，使得磷酸钙表明富含酰胺基和羧基基团，生物形容性良好，而且在低温超声条件下可形成水凝胶材质。

本发明通过纳米磷酸钙颗粒中富含酰胺基和羧基，在低温超声条件下和引发剂过硫酸铵(APS)和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)增强下，四甲基乙二胺(APS催化剂)作用下，可形成具有一定流变性的水凝胶；另外通过调节PH值至微酸性条件，掺铜磷酸钙/-聚谷氨酸中钙离子缓慢溶出，在此条件下加入海藻酸钠溶液，与钙离子形成离子交联健可形成均匀海藻酸钠水凝胶。掺铜磷酸钙/-聚谷氨酸和海藻酸钠两部分聚合物网络通过酰胺肽链上的胺基和海藻酸钠链段上的羧基形成共价交联键，而相互缠绕，形成双网络结构。

本发明的含抗菌纳米磷酸钙颗粒填料的双网络水凝胶材料，包括抗菌磷酸钙纳米颗粒和水凝胶材料，抗菌磷酸钙纳米颗粒均匀分散于水凝胶材料中，所述的抗菌磷酸钙纳米颗粒是纳米球状，颗粒大小介于10nm～70nm之间。

所述的含抗菌纳米磷酸钙颗粒填料的双网络水凝胶材料优选为-聚谷氨酸改性掺铜纳米磷酸钙。

本发明的含抗菌纳米磷酸钙颗粒填料的双网络水凝胶材料是通过以下方法予以制备的：

将-聚谷氨酸改性掺铜纳米磷酸钙制成水悬液，再添加引发剂过硫酸铵和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，调节pH值至5.0～6.5，然后加入海藻酸钠搅拌均匀，最后加入催化剂四甲基乙二胺，搅拌反应，清洗、干燥得到含抗菌纳米磷酸钙颗粒填料的双网络水凝胶材料。

优选，具体步骤如下：

a、将可溶性钙盐溶液和可溶性铜盐溶液混合均匀，得到钙铜溶液；