專利名稱：層狀磷酸鈣鹽及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及層狀磷酸鈣鹽及其制備方法，具體來說，涉及一種生物大分子 與表面活性劑誘導合成層狀磷酸鈣鹽的方法，屬于生物醫(yī)學材料技術領域。
背景技術：
磷酸鈣鹽是脊椎動物中骨和齒的主要無機成分，如無水磷酸氫鈣、二水磷 酸氫鈣、磷酸八鈣和羥基磷灰石等。骨組織主要是由有機的骨基質與無機的骨 鹽框架所構成。無機結構的基本單元是磷灰石納米晶體。它們或定向和巻曲排 列，或相互纏結，構成多種超結構。不同超結構形成了骨組織在納米尺寸上不 同的功能單元，如束狀結構和團聚結構適于承受高強度，而巻曲和束狀交織結 構具有很好的韌性，并有利于營養(yǎng)物的傳遞。鈣化的火雞肌腱就是其中一個典 型的例子。在鈣化的火雞肌腱中，位于膠原質纖維內(nèi)部和之間的羥基磷灰石納 米片沿著晶體C軸方向生長并整齊地疊加在一起。據(jù)報道具有這種超結構的鈣 化的火雞肌腱具有優(yōu)異的機械性能。
制備與生物體內(nèi)組成和結構相類似的材料一直是仿生學研究的熱點。隨著 對骨組織生物礦化過程的日益了解，越來越多的研究集中在體外如何制備出與 骨組織的組成和結構相類似的材料。盡管已經(jīng)付出巨大努力，但迄今為止，還 不能在體外制備出與骨組織的結構和組成真正類似的材料。自組裝是合成這類 超結構材料的一種重要的方法，其類似于自然動態(tài)過程中形成和組織同時進行， 控制輕基磷灰石的大小和形貌，并自組裝成與生物體內(nèi)某些器官和組織的結構 相似的材料。
眾所周知，晶體的形貌與結晶驅動力和像原子、離子、分子和熱量的擴散 等動力學因素緊密相關。表面活性劑和生物分子分別作為模板劑已被廣泛地用 來控制磷酸鈣鹽的合成。表面活性劑分子在水溶液中能自組裝成各種形狀的膠 束(如棒狀、層狀等)，從而誘導生成各種形貌的磷酸鈣鹽。生物分子，例如 明膠、膠原質、絲纖蛋白、殼聚糖和硫酸軟骨素等，也被證明對磷酸鈣鹽的成 核和生長有重要影響。目前，盡管生物分子與表面活性劑之間的作用已經(jīng)研究得很徹底，但它們共同控制磷酸鈣鹽的成核和生長的機理不是很清楚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有磷酸鈣鹽不具有高度定向的組裝結構，而提 供的 一種層狀磷酸鈣鹽及其制備方法。
在生物大分子和表面活性劑的共同誘導作用下，生成的層狀磷酸鈣鹽納米 片沿著特定的方向生長，并相互平行堆積形成層狀結構。利用本發(fā)明方法制備 得到各種層狀磷酸氫鈣、層狀磷酸八鈣和層狀羥基磷灰石物相，所得到的磷酸
鈣鹽呈納米片狀，其長度為10 100nm ，寬度為0. 1 2pm，厚度為20 100n m 本發(fā)明方法的實施方案如下
(1) 以可溶性鈣鹽和可溶性磷酸鹽為原料，以生物大分子和表面活性劑為模 板劑。
可選用的可溶性鈣鹽有四水硝酸鈣、二水氯化鈣等；
可選用的可溶性磷酸鹽有磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、磷酸氫 二鉀、磷酸二氫氨和磷酸氫二氨；
可選用的生物大分子有明膠、瓊脂、角叉原、透明質酸、膠原質、海藻酸、 纖維蛋白、纖維蛋白原、角質蛋白、絲蛋白、酪蛋白、白蛋白、彈性蛋白中的 一種或是它們的衍生物、或是其中兩種或多種的共混物；其中最優(yōu)選的是琥珀 ?；拿髂z。
可選用的表面活性劑為胺鹽、季銨鹽表面活性劑，包括十六垸基三甲基溴 化銨、雙辛烷基二甲基氯化銨、四甲基硫酸氫銨中的一種或是其中兩種或多種 的共混物。其中最優(yōu)選的是十六垸基三甲基溴化銨。
(2) 配制含有40 400 mmol/L表面活性齊U, 0.1 0.5%生物大分子和10 30% 尿素的水溶液。接著向上述溶液中加入可溶性鈣鹽和可溶性磷酸鹽，并攪拌0.5 5小時。其中可溶性鈣鹽的濃度為0.1 1 mol/L，鈣和磷的摩爾比(Ca/P)為l 2.7。
(3) 將反應液倒入水熱釜中，在70 150°C反應0.5 120小時。
(4) 反應結束后，自然冷卻至室溫。產(chǎn)物經(jīng)抽濾，水洗和醇洗，再在25 100°C 下干燥12 96小時。
結構表征及性能評價廣角X射線衍射儀(XRD)分析產(chǎn)物的物相。儀器型號為Rigaku D/Max 2550V，采用銅靶，Cu Ka射線(入=1.54178A)。
場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)用來觀察產(chǎn)物的形貌。儀器型號為 JSM-6700F，加速電壓為10kv。
場發(fā)射透射電鏡(TEM)分析產(chǎn)物的形貌、粒徑等。儀器型號為JE0L JEM-2100F,加速電壓為200kv。
磷酸鈣鹽由于在醫(yī)學領域有著廣泛應用價值而受到人們的高度關注。然而 目前獲取的磷酸鈣鹽的尺寸、形貌不易控制，機械性能較差，因而影響了其應 用性能及應用范圍。
為此，本發(fā)明提出采用生物大分子和表面活性劑作為模板，制備具有高有 序度的層狀磷酸鈣鹽，并且有助于提高磷酸鈣鹽的機械性能，因此，不僅有利 于我們進一步理解磷酸鈣鹽的生物礦化過程，同時為高質量醫(yī)用磷酸鈣鹽材料 的獲取及推廣提供了新的可能。本發(fā)明所得到的磷酸鈣鹽可用于人體硬組織骨 缺損填充修復材料、注入缺損部位凝固或可降解骨替代材料。


圖1顯示了不同反應時間得到的產(chǎn)物的XRD圖譜，(a) 4h， (b) 12 (c) 24 h， (d) 48 1; and (e) 96 h。結果表明，不同的磷酸鈣鹽可以通過不同的反應時 間得到。
圖2顯示了具有層狀結構的磷酸氫鈣的掃描電鏡圖。 圖3顯示了具有層狀結構的磷酸八鈣的掃描電鏡圖。 圖4顯示了具有層狀結構的羥基磷灰石的掃描電鏡圖。
具體實施例方式
下面通過對比例和實施例進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明絕非限于實施例。 對比例1:
琥珀?；拿髂z(SG)誘導羥基磷灰石的形成，具體工藝如下首先配制 含有0,24wt。/。 SG和24wt。/。尿素的水溶液。接著向上述溶液中加入硝酸鈣和 磷酸二氫鈉，并攪拌2小時。其中，其中硝酸鈣的濃度為0.14mol/L，鈣/磷 的摩爾比(Ca/P)為1.7。隨后將反應液倒入水熱釜中，在80。C反應96小 時。反應結束后，自然冷卻至室溫。最后，產(chǎn)物經(jīng)抽濾，水洗和醇洗，再在40°C下干燥48小時。
利用X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)和透射 電鏡(TEM)對所得到的產(chǎn)物進行表征。表征結果表明，所得的產(chǎn)物為破碎 的片狀羥基磷灰石。
對比例2:
十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)誘導羥基磷灰石的形成，具體工藝如下 首先配制含有首先配制含有340 mmol/L CTAB和24wtn/。尿素的水溶液。接著 向上述溶液中加入硝酸鈣和磷酸二氫鈉，并攪拌2小時。其中，其中硝酸鈣 的濃度為0.14 mol/L，鈣/磷的摩爾比(Ca/P)為1.7。隨后將反應液倒入水 熱釜中，在80。C反應96小時。反應結束后，自然冷卻至室溫。最后，產(chǎn)物 經(jīng)抽濾，水洗和醇洗，再在40。C下干燥48小時。
利用X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)和透射 電鏡(TEM)對所得到的產(chǎn)物進行表征。表征結果表明，所得的產(chǎn)物為破碎 的片狀羥基磷灰石。
實施例1:
分別按下表1中指定的各組分及參數(shù)，利用十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB)與琥珀?；拿髂z(SG)共同誘導磷酸鈣鹽的形成，具體工藝如下首 先配制含有CTAB、 SG和24wt。/。尿素的水溶液。接著向上述溶液中加入硝 酸鈣和磷酸二氫鈉，并攪拌2小時。隨后將反應液倒入水熱釜中，在80°C 反應。反應結束后，自然冷卻至室溫。最后，產(chǎn)物經(jīng)抽濾，水洗和醇洗，再 在40。C下干燥48小時。
利用X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)和透射 電鏡(TEM)對所得到的產(chǎn)物進行表征。表征結果表明，所得的產(chǎn)物為層狀 羥基磷灰石。其組成單元(納米片)都沿著特定的方向生長。納米片的長度在 10微米至100微米之間，厚度為20納米 100納米。寬度為100納米~2微 米。
實施例2:
按下表1中指定的各組分含量重復實施例1的方法，但用氯化鈣代替硝 酸鈣。結果表明，所得的產(chǎn)物為層狀磷酸八鈣。其他結果與實施例l類似。
7實施例3:
按下表1中指定的各組分含量重復實施例1的方法，但用磷酸二氫鉀代 替磷酸二氫鈉。結果表明，所得的產(chǎn)物為層狀磷酸氫鈣。其他結果與實施例 l類似。
實施例4:
按下表1中指定的各組分含量重復實施例1的方法，但用雙辛烷基二甲 基氯化銨代替十六烷基三甲基溴化銨。結果與實施例l類似。
實施例5:
按下表1中指定的各組分含量重復實施例1的方法，但用四甲基硫酸氫 銨代替十六烷基三甲基溴化銨。結果與實施例l類似。
實施例6:
按下表1中指定的各組分含量重復實施例1的方法，但用膠原質代替琥 珀?；拿髂z。結果與實施例1類似。
實施例7:
按下表1中指定的各組分含量重復實施例1的方法，但用透明質酸代替 琥珀?；拿髂z。結果與實施例l類似。
表1
各組分含量和反應條件實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6實施例7
十六烷基三甲基溴化銨 (mmol/L)340340340330320310300
琥珀?；拿髂z (wt%)0.240.240,240.220.220.200.20
硝酸鈣(mol/L)0.140.140.140.180.200.240.30
Ca/P比1.71.71.71.81.61.52.0
反應時間(h)961249696969權利要求
1、層狀磷酸鈣鹽，其特征在于，納米片狀磷酸鈣鹽沿著特定的方向生長，并相互平行堆積形成層狀結構。
2、 按權利要求1所述的層狀磷酸鈣鹽，其特征在于可得到的層狀磷酸鈣鹽 包括磷酸氫鈣、磷酸八鈣和羥基磷灰石。
3、 按權利要求1或2所述的層狀磷酸鈣鹽，磷酸鈣鹽長度為10 100pm， 寬度為0. 1 2pm，厚度為20 100nm。
4、 層狀磷酸鈣鹽的制備方法，其特征在于，包括下述步驟(1) 以可溶性鈣鹽和可溶性磷酸鹽為原料，以生物大分子和表面活性劑為模 板劑；(2) 配制含有40 400 mmol/L表面活性劑，0.1~0.5%生物大分子和10 30% 尿素的水溶液。接著向上述溶液中加入可溶性鈣鹽和可溶性磷酸鹽，并攪拌0.5 5小時。其中可溶性鈣鹽的濃度為0.1 1 mol/L，鈣和磷的摩爾比(Ca/P)為l 2.7;(3) 將反應液倒入水熱釜中，在70 150°C反應0.5 120小時；(4) 反應結束后，自然冷卻至室溫。產(chǎn)物經(jīng)抽濾，水洗和醇洗，再在25 100°C 下干燥12 96小時。
5、 按權利要求4所述的層狀磷酸鈣鹽的制備方法，其特征在于，可溶性鈣 鹽包括四水硝酸鈣、二水氯化鈣。
6、 按權利要求4所述的層狀磷酸鈣鹽的制備方法，其特征在于，可溶性磷 酸鹽包括磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、磷酸二氫氨或 磷酸氫二氨。
7、 按權利要求4所述的層狀磷酸鈣鹽的制備方法，其特征在于，生物大分 子包括明膠、瓊脂、角叉原、透明質酸、膠原質、海藻酸、纖維蛋白、纖維蛋 白原、角質蛋白、絲蛋白、酪蛋白、白蛋白、彈性蛋白中的一種或是它們的衍 生物、或是其中兩種或多種的共混物。
8、 按權利要求7所述的層狀磷酸鈣鹽的制備方法，其特征在于，生物大分子是琥珀?；拿髂z。
9、 按權利要求4所述的層狀磷酸鈣鹽的制備方法，其特征在于，表面活性 劑為胺鹽、季銨鹽表面活性劑，包括十六烷基三甲基溴化銨、雙辛烷基二甲基氯化銨、四甲基硫酸氫銨中的一種或是其中兩種或多種的共混物。
10、 按權利要求9所述的層狀磷酸鈣鹽的制備方法，其特征在于，表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨。
11、 按權利要求1或2或3所述的層狀磷酸鈣鹽磷酸鈣鹽用于人體硬組織 填充材料或可降解骨替代材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及層狀磷酸鈣鹽及其制備方法和應用，具體來說，是一種生物大分子與表面活性劑誘導合成層狀磷酸鈣鹽的方法，屬于生物醫(yī)學材料技術領域。本發(fā)明以可溶性鈣鹽和可溶性磷酸鹽為原料，以生物大分子和表面活性劑為模板劑，制備得到的磷酸鈣鹽納米片沿著特定的方向生長，形成層狀結構。納米片的長度為10～100μm，寬度為0.1～2μm，厚度為20～100nm。本發(fā)明有助于提高磷酸鈣鹽機械性能，擴展其在骨替代材料方面的應用，為高質量醫(yī)用磷酸鈣鹽材料的獲取及推廣提供了新的可能。
文檔編號A61L27/00GK101538028SQ200910049369
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權日2009年4月15日
發(fā)明者祝迎春, 肖軍武, 阮啟超 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所