專利名稱：電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法。
背景技術(shù)：
殼聚糖(Chitosan，CS)，是自然界最廣泛存在的天然多糖，也是自然界唯一具有弱堿性陽(yáng)離子型電解質(zhì)雜化物。它具有優(yōu)良的生物相容性，生物可降解性，抗菌性和易成膜性等優(yōu)良的生物化學(xué)性質(zhì)。此外，殼聚糖分子帶有羥基和氨基，能夠?qū)ぞ厶沁M(jìn)行化學(xué)改性。 氨基還可以絡(luò)合鈣離子，為生成羥基磷灰石和磷酸三鈣提供成核位點(diǎn)。近年來(lái)，以殼聚糖為原料制備成殼聚糖凝膠，殼聚糖膜和殼聚糖支架在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于藥物傳遞體系，組織工程支架等。羥基磷灰石和β -磷酸三鈣是脊椎動(dòng)物硬組織如骨，牙齒等的主要組成，具有極好的生物活性，骨誘導(dǎo)性和骨傳導(dǎo)性。如人體自然骨是由70%的羥基磷灰石和30%的膠原組成的。因而采用仿生的方法制備出類骨結(jié)構(gòu)的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料在骨修復(fù)領(lǐng)域具有重要的意義。目前采用仿生法制備具有類骨結(jié)構(gòu)的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料大多是采用將有機(jī)材料放入模擬體液當(dāng)中進(jìn)行礦化的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。盡管該制備方法比較簡(jiǎn)單，但也具有以下缺點(diǎn)(1)費(fèi)時(shí)，要完全生成羥基磷灰石往往要在模擬體液中礦化2 3個(gè)月；( 生成的無(wú)機(jī)物含量低，制備的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料中所含的無(wú)機(jī)物含量一般不高于20%，與骨組成中無(wú)機(jī)物含量差距太大；C3)難以控制生成的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料中無(wú)機(jī)物組成結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單，有利于提高有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料當(dāng)中無(wú)機(jī)物含量的電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法，其特征是包括下列步驟
1)分別配制鈣離子和磷酸根離子濃度為10 100mmol/L的鈣離子溶液和磷酸根離子溶液；用Tris-HCl緩沖液調(diào)節(jié)pH，使鈣離子溶液pH為7 9，磷酸根離子溶液pH為9 12 ；
2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 10%的殼聚糖溶液倒入模具當(dāng)中，將該模具浸入到沉析液中，生成殼聚糖凝膠，用去離子水將殼聚糖凝膠沖洗至中性；
3)將殼聚糖凝膠放入電解裝置中，在陽(yáng)極一側(cè)加入步驟1)所配制的磷酸根離子溶液， 在陰極一側(cè)加入步驟1)所配制的鈣離子溶液；接通電源，殼聚糖凝膠絡(luò)合鈣離子，得到殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠雜化材料。本發(fā)明的進(jìn)一步特征是將殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠雜化材料進(jìn)行冷凍干燥，得到殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化支架或殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化膜。本發(fā)明中，所述鈣離子來(lái)源于CaCl2或Ca(NO3)2 ；磷酸根離子來(lái)源于K2HPO4、KH2PO4Na2HPO4, NaH2PO4 或 NH4H2PO4。本發(fā)明中，所述電源是電壓為1 200 ν的直流電源或者交流電源，通電時(shí)間一般為 5 240 min。本發(fā)明中，所述的沉析液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 10 %的氫氧化鈉水溶液，或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 10 %的氫氧化鈉乙醇水溶液，其中乙醇體積濃度為5 100 %。本發(fā)明中，所述的電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法，其特征在于所生成的磷酸鈣鹽為羥基磷灰石(HA)或β-磷酸三鈣(β-TCP)。本發(fā)明的電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法操作簡(jiǎn)單，采用電化學(xué)法能夠促進(jìn)鈣離子和磷酸根離子的遷移，大大縮短礦化時(shí)間，通過(guò)調(diào)控陰、陽(yáng)極兩側(cè)的PH值，電壓、通電時(shí)間和離子濃度，可以控制具有類骨結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)物的組成和結(jié)構(gòu)，提高有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料當(dāng)中無(wú)機(jī)物含量。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1
(1)用洲醋酸溶液配制4%的殼聚糖溶液100 ml，所采用殼聚糖的脫乙酰度65%，重均分子量4. 5 X 105，靜置脫泡；
(2)將上述殼聚糖溶液倒入M孔培養(yǎng)板當(dāng)中，殼聚糖溶液高度為4mm，將其放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的5% NaOH沉析液中2 h，制得凝膠厚度為4 mm的殼聚糖凝膠，用去離子水沖洗至中性；
(3)將殼聚糖凝膠放入電解裝置中，陰極一側(cè)加入適量的20mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，陽(yáng)極一側(cè)加入等量的 20 mmol/L 的 Na2HPO4 溶液(pH=10. 0)；
(4)采用直流電源，電壓為20v，此時(shí)，鈣離子向陽(yáng)極移動(dòng)，磷酸根離子向陰極移動(dòng)，通電1 h后，取出殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠，用去離子水沖洗，除去殼聚糖中多余的鈣離子，磷酸根離子，鈉離子等；
(5)將上述殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠在凍干機(jī)中冷凍4h后抽干，制得殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化支架。
實(shí)施例2
(1)用洲醋酸溶液配制4%的殼聚糖溶液100 ml，所采用殼聚糖的脫乙酰度80%，重均分子量4. 5 X 105，靜置脫泡；
(2)將上述殼聚糖溶液倒入M孔培養(yǎng)板當(dāng)中，殼聚糖溶液高度為5mm，將其放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的5% NaOH沉析液中1 h，制得凝膠厚度約為5 mm的殼聚糖凝膠，用去離子水沖洗至中性；
(3)將殼聚糖凝膠放入電解裝置中，陰極一側(cè)加入適量的20mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，陽(yáng)極一側(cè)加入等量的 20 mmol/L 的 Na2HPO4 溶液(pH=10. 0)；
(4)采用直流電源，電壓為20v，通電1 h后，取出殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠，用去離子水沖洗幾次，除去殼聚糖中多余的鈣離子，磷酸根離子，鈉離子等；
(5)將上述殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠在凍干機(jī)中冷凍4h后抽干，制得殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化支架。
實(shí)施例3:
(1)用洲醋酸溶液配制4%的殼聚糖溶液100ml，所采用殼聚糖的脫乙酰度95%，重均分子量4. 5 X 105，靜置脫泡；
(2)將上述殼聚糖溶液倒入M孔培養(yǎng)板當(dāng)中，殼聚糖溶液高度為4mm，將其放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的6% NaOH沉析液中2h，制得凝膠厚度為4 mm的殼聚糖凝膠，用去離子水沖洗至中性；
(3)將殼聚糖凝膠放入電解裝置中，陰極一側(cè)加入適量的20mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，陽(yáng)極一側(cè)加入等量的 20 mmol/L 的 Na2HPO4 溶液(pH=10. 0)；
(4)采用直流電源，電壓為20v，通電2 h后，取出殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠，用去離子水沖洗幾次，除去殼聚糖中多余的鈣離子，磷酸根，鈉離子等；
(5)將上述殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠在凍干機(jī)中冷凍4h后抽干，制得殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化支架。實(shí)施例4:
(1)用洲醋酸溶液配制4%的殼聚糖溶液100ml，所采用殼聚糖的脫乙酰度80%，重均分子量4. 5 X 105，靜置脫泡；
(2)將上述殼聚糖溶液倒入M孔培養(yǎng)板當(dāng)中，殼聚糖溶液高度為1mm，將其放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的5% NaOH沉析液中2 h，制得凝膠厚度約為1 mm的殼聚糖凝膠，用去離子水沖洗至中性
(3)將殼聚糖凝膠放入電解裝置中，陰極一側(cè)加入適量的10mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，陽(yáng)極一側(cè)加入等量的 10 mmol/L 的 Na2HPO4 溶液(pH=10. 0)；
(4)采用直流電源，電壓為30v，通電1 h后，取出殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠，用去離子水沖洗幾次，除去殼聚糖中多余的鈣離子，磷酸根，鈉離子等；
(5)將上述殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠在凍干機(jī)中冷凍4h后抽干，制得殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化膜。上述實(shí)例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以應(yīng)用，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法，其特征是包括下列步驟1)分別配制鈣離子和磷酸根離子濃度為10 100mmol/L的鈣離子溶液和磷酸根離子溶液；用Tris-HCl緩沖液調(diào)節(jié)pH，使鈣離子溶液pH為7 9，磷酸根離子溶液pH為9 12 ；2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3 10%的殼聚糖溶液倒入模具當(dāng)中，將該模具浸入到沉析液中，生成殼聚糖凝膠，用去離子水將殼聚糖凝膠沖洗至中性；3)將殼聚糖凝膠放入電解裝置中，在陽(yáng)極一側(cè)加入步驟1)所配制的磷酸根離子溶液， 在陰極一側(cè)加入步驟1)所配制的鈣離子溶液；接通電源，殼聚糖凝膠絡(luò)合鈣離子，得到殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠雜化材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法， 其特征在于將殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠雜化材料進(jìn)行冷凍干燥，得到殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化支架或殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法，其特征在于所述鈣離子來(lái)源于CaCl2或Ca(NO3)2 ；磷酸根離子來(lái)源于K2HP04、KH2PO4, Na2HPO4, NaH2PO4 或 NH4H2PO4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法， 其特征在于所述電源是電壓為1 200 ν的直流電源或者交流電源，通電時(shí)間為5 MO min0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法， 其特征在于所述的沉析液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 10 %的氫氧化鈉水溶液，或質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 10 %的氫氧化鈉乙醇水溶液，其中乙醇體積濃度為5 100 %。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法， 其特征在于所生成的磷酸鈣鹽為羥基磷灰石(HA)或β-磷酸三鈣(β-TCP)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的電化學(xué)法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法，該方法包括先配制一定濃度和pH值的鈣離子和磷酸根離子溶液。配制一定濃度的殼聚糖溶液，將殼聚糖溶液澆入模具中，并將其浸入沉析液中沉析一段時(shí)間，制備殼聚糖凝膠。將用去離子水沖洗至中性的殼聚糖凝膠放入電解裝置中，在陽(yáng)極一側(cè)加入配制的磷酸根離子溶液，陰極一側(cè)加入配制的鈣離子溶液，接通電源進(jìn)行礦化，得到殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠雜化材料。將其冷凍干燥可進(jìn)一步制得殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化支架或膜。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，所用時(shí)間短，可以通過(guò)調(diào)控制備條件來(lái)控制生成無(wú)機(jī)物組成和結(jié)構(gòu)，提高有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料中無(wú)機(jī)物的含量。
文檔編號(hào)A61L27/20GK102397581SQ201110370640
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者莊鵬宇, 柯佳含, 胡巧玲 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)