專利名稱：電化學法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法
技術領域：
本發明涉及電化學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：
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離子型電解質雜化物。它具有優良的生物相容性，生物可降解性，抗菌性和易成膜性等優良的生物化學性質。此外，殼聚糖分子帶有羥基和氨基，能夠對殼聚糖進行化學改性。 氨基還可以絡合鈣離子，為生成羥基磷灰石和磷酸三鈣提供成核位點。近年來，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用材料領域被廣泛應用于藥物傳遞體系，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，骨誘導性和骨傳導性。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構的有機/無機雜化材料在骨修復領域具有重要的意義。目前采用仿生法制備具有類骨結構的有機/無機雜化材料大多是采用將有機材料放入模擬體液當中進行礦化的方法來實現的。盡管該制備方法比較簡單，但也具有以下缺點(1)費時，要完全生成羥基磷灰石往往要在模擬體液中礦化2 3個月；( 生成的無機物含量低，制備的有機/無機雜化材料中所含的無機物含量一般不高于20%，與骨組成中無機物含量差距太大；C3)難以控制生成的有機/無機雜化材料中無機物組成結構。

發明內容
本發明的目的是提供一種工藝簡單，有利于提高有機/無機雜化材料當中無機物含量的電化學法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是電化學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緩沖液調節pH，使鈣離子溶液pH為7 9，磷酸根離子溶液pH為9 12 ；
2)將質量分數為3 10%的殼聚糖溶液倒入模具當中，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，在陽極一側加入步驟1)所配制的磷酸根離子溶液， 在陰極一側加入步驟1)所配制的鈣離子溶液；接通電源，殼聚糖凝膠絡合鈣離子，得到殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠雜化材料。本發明的進一步特征是將殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠雜化材料進行冷凍干燥，得到殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化支架或殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化膜。本發明中，所述鈣離子來源于CaCl2或Ca(NO3)2 ；磷酸根離子來源于K2HPO4、KH2PO4Na2HPO4, NaH2PO4 或 NH4H2PO4。本發明中，所述電源是電壓為1 200 ν的直流電源或者交流電源，通電時間一般為 5 240 min。本發明中，所述的沉析液是質量分數為2 10 %的氫氧化鈉水溶液，或質量分數為2 10 %的氫氧化鈉乙醇水溶液，其中乙醇體積濃度為5 100 %。本發明中，所述的電化學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)。本發明的電化學法仿生礦化生成殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化材料的方法操作簡單，采用電化學法能夠促進鈣離子和磷酸根離子的遷移，大大縮短礦化時間，通過調控陰、陽極兩側的PH值，電壓、通電時間和離子濃度，可以控制具有類骨結構的無機物的組成和結構，提高有機/無機雜化材料當中無機物含量。
具體實施例方式
以下結合具體實例進一步說明本發明。實施例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孔培養板當中，殼聚糖溶液高度為4mm，將其放入質量分數為的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，陰極一側加入適量的20mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，陽極一側加入等量的 20 mmol/L 的 Na2HPO4 溶液(pH=10. 0)；
(4)采用直流電源，電壓為20v，此時，鈣離子向陽極移動，磷酸根離子向陰極移動，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中冷凍4h后抽干，制得殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化支架。
實施例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孔培養板當中，殼聚糖溶液高度為5mm，將其放入質量分數為的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，陰極一側加入適量的20mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，陽極一側加入等量的 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中冷凍4h后抽干，制得殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化支架。
實施例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孔培養板當中，殼聚糖溶液高度為4mm，將其放入質量分數為的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，陰極一側加入適量的20mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，陽極一側加入等量的 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中冷凍4h后抽干，制得殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化支架。實施例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孔培養板當中，殼聚糖溶液高度為1mm，將其放入質量分數為的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，陰極一側加入適量的10mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，陽極一側加入等量的 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中冷凍4h后抽干，制得殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化膜。上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并加以應用，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.電化學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緩沖液調節pH，使鈣離子溶液pH為7 9，磷酸根離子溶液pH為9 12 ；2)將質量分數為3 10%的殼聚糖溶液倒入模具當中，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，在陽極一側加入步驟1)所配制的磷酸根離子溶液， 在陰極一側加入步驟1)所配制的鈣離子溶液；接通電源，殼聚糖凝膠絡合鈣離子，得到殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠雜化材料。
2.根據權利要求1所述的電化學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.根據權利要求1所述的電化學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源于CaCl2或Ca(NO3)2 ；磷酸根離子來源于K2HP04、KH2PO4, Na2HPO4, NaH2PO4 或 NH4H2PO4。
4.根據權利要求1所述的電化學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，通電時間為5 MO min0
5.根據權利要求1所述的電化學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量分數為2 10 %的氫氧化鈉水溶液，或質量分數為2 10 %的氫氧化鈉乙醇水溶液，其中乙醇體積濃度為5 100 %。
6.根據權利要求1所述的電化學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
本發明公開的電化學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，在陽極一側加入配制的磷酸根離子溶液，陰極一側加入配制的鈣離子溶液，接通電源進行礦化，得到殼聚糖/磷酸鈣鹽凝膠雜化材料。將其冷凍干燥可進一步制得殼聚糖/磷酸鈣鹽雜化支架或膜。本發明方法操作簡單，所用時間短，可以通過調控制備條件來控制生成無機物組成和結構，提高有機/無機雜化材料中無機物的含量。
文檔編號A61L27/20GK102397581SQ201110370640
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者莊鵬宇, 柯佳含, 胡巧玲 申請人:浙江大學