专利名称：电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法
技术领域：
本发明涉及电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法。
背景技术：
壳聚糖(Chitosan，CS)，是自然界最广泛存在的天然多糖，也是自然界唯一具有弱碱性阳离子型电解质杂化物。它具有优良的生物相容性，生物可降解性，抗菌性和易成膜性等优良的生物化学性质。此外，壳聚糖分子带有羟基和氨基，能够对壳聚糖进行化学改性。 氨基还可以络合钙离子，为生成羟基磷灰石和磷酸三钙提供成核位点。近年来，以壳聚糖为原料制备成壳聚糖凝胶，壳聚糖膜和壳聚糖支架在生物医用材料领域被广泛应用于药物传递体系，组织工程支架等。羟基磷灰石和β -磷酸三钙是脊椎动物硬组织如骨，牙齿等的主要组成，具有极好的生物活性，骨诱导性和骨传导性。如人体自然骨是由70%的羟基磷灰石和30%的胶原组成的。因而采用仿生的方法制备出类骨结构的有机/无机杂化材料在骨修复领域具有重要的意义。目前采用仿生法制备具有类骨结构的有机/无机杂化材料大多是采用将有机材料放入模拟体液当中进行矿化的方法来实现的。尽管该制备方法比较简单，但也具有以下缺点(1)费时，要完全生成羟基磷灰石往往要在模拟体液中矿化2 3个月；( 生成的无机物含量低，制备的有机/无机杂化材料中所含的无机物含量一般不高于20%，与骨组成中无机物含量差距太大；C3)难以控制生成的有机/无机杂化材料中无机物组成结构。

发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单，有利于提高有机/无机杂化材料当中无机物含量的电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法，其特征是包括下列步骤
1)分别配制钙离子和磷酸根离子浓度为10 100mmol/L的钙离子溶液和磷酸根离子溶液；用Tris-HCl缓冲液调节pH，使钙离子溶液pH为7 9，磷酸根离子溶液pH为9 12 ；
2)将质量分数为3 10%的壳聚糖溶液倒入模具当中，将该模具浸入到沉析液中，生成壳聚糖凝胶，用去离子水将壳聚糖凝胶冲洗至中性；
3)将壳聚糖凝胶放入电解装置中，在阳极一侧加入步骤1)所配制的磷酸根离子溶液， 在阴极一侧加入步骤1)所配制的钙离子溶液；接通电源，壳聚糖凝胶络合钙离子，得到壳聚糖/磷酸钙盐凝胶杂化材料。本发明的进一步特征是将壳聚糖/磷酸钙盐凝胶杂化材料进行冷冻干燥，得到壳聚糖/磷酸钙盐杂化支架或壳聚糖/磷酸钙盐杂化膜。本发明中，所述钙离子来源于CaCl2或Ca(NO3)2 ；磷酸根离子来源于K2HPO4、KH2PO4Na2HPO4, NaH2PO4 或 NH4H2PO4。本发明中，所述电源是电压为1 200 ν的直流电源或者交流电源，通电时间一般为 5 240 min。本发明中，所述的沉析液是质量分数为2 10 %的氢氧化钠水溶液，或质量分数为2 10 %的氢氧化钠乙醇水溶液，其中乙醇体积浓度为5 100 %。本发明中，所述的电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法，其特征在于所生成的磷酸钙盐为羟基磷灰石(HA)或β-磷酸三钙(β-TCP)。本发明的电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法操作简单，采用电化学法能够促进钙离子和磷酸根离子的迁移，大大缩短矿化时间，通过调控阴、阳极两侧的PH值，电压、通电时间和离子浓度，可以控制具有类骨结构的无机物的组成和结构，提高有机/无机杂化材料当中无机物含量。
具体实施例方式
以下结合具体实例进一步说明本发明。实施例1
(1)用洲醋酸溶液配制4%的壳聚糖溶液100 ml，所采用壳聚糖的脱乙酰度65%，重均分子量4. 5 X 105，静置脱泡；
(2)将上述壳聚糖溶液倒入M孔培养板当中，壳聚糖溶液高度为4mm，将其放入质量分数为的5% NaOH沉析液中2 h，制得凝胶厚度为4 mm的壳聚糖凝胶，用去离子水冲洗至中性；
(3)将壳聚糖凝胶放入电解装置中，阴极一侧加入适量的20mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，阳极一侧加入等量的 20 mmol/L 的 Na2HPO4 溶液(pH=10. 0)；
(4)采用直流电源，电压为20v，此时，钙离子向阳极移动，磷酸根离子向阴极移动，通电1 h后，取出壳聚糖/磷酸钙盐凝胶，用去离子水冲洗，除去壳聚糖中多余的钙离子，磷酸根离子，钠离子等；
(5)将上述壳聚糖/磷酸钙盐凝胶在冻干机中冷冻4h后抽干，制得壳聚糖/磷酸钙盐杂化支架。
实施例2
(1)用洲醋酸溶液配制4%的壳聚糖溶液100 ml，所采用壳聚糖的脱乙酰度80%，重均分子量4. 5 X 105，静置脱泡；
(2)将上述壳聚糖溶液倒入M孔培养板当中，壳聚糖溶液高度为5mm，将其放入质量分数为的5% NaOH沉析液中1 h，制得凝胶厚度约为5 mm的壳聚糖凝胶，用去离子水冲洗至中性；
(3)将壳聚糖凝胶放入电解装置中，阴极一侧加入适量的20mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，阳极一侧加入等量的 20 mmol/L 的 Na2HPO4 溶液(pH=10. 0)；
(4)采用直流电源，电压为20v，通电1 h后，取出壳聚糖/磷酸钙盐凝胶，用去离子水冲洗几次，除去壳聚糖中多余的钙离子，磷酸根离子，钠离子等；
(5)将上述壳聚糖/磷酸钙盐凝胶在冻干机中冷冻4h后抽干，制得壳聚糖/磷酸钙盐杂化支架。
实施例3:
(1)用洲醋酸溶液配制4%的壳聚糖溶液100ml，所采用壳聚糖的脱乙酰度95%，重均分子量4. 5 X 105，静置脱泡；
(2)将上述壳聚糖溶液倒入M孔培养板当中，壳聚糖溶液高度为4mm，将其放入质量分数为的6% NaOH沉析液中2h，制得凝胶厚度为4 mm的壳聚糖凝胶，用去离子水冲洗至中性；
(3)将壳聚糖凝胶放入电解装置中，阴极一侧加入适量的20mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，阳极一侧加入等量的 20 mmol/L 的 Na2HPO4 溶液(pH=10. 0)；
(4)采用直流电源，电压为20v，通电2 h后，取出壳聚糖/磷酸钙盐凝胶，用去离子水冲洗几次，除去壳聚糖中多余的钙离子，磷酸根，钠离子等；
(5)将上述壳聚糖/磷酸钙盐凝胶在冻干机中冷冻4h后抽干，制得壳聚糖/磷酸钙盐杂化支架。实施例4:
(1)用洲醋酸溶液配制4%的壳聚糖溶液100ml，所采用壳聚糖的脱乙酰度80%，重均分子量4. 5 X 105，静置脱泡；
(2)将上述壳聚糖溶液倒入M孔培养板当中，壳聚糖溶液高度为1mm，将其放入质量分数为的5% NaOH沉析液中2 h，制得凝胶厚度约为1 mm的壳聚糖凝胶，用去离子水冲洗至中性
(3)将壳聚糖凝胶放入电解装置中，阴极一侧加入适量的10mmol/L的CaCl2溶液 (pH=7. 0)，阳极一侧加入等量的 10 mmol/L 的 Na2HPO4 溶液(pH=10. 0)；
(4)采用直流电源，电压为30v，通电1 h后，取出壳聚糖/磷酸钙盐凝胶，用去离子水冲洗几次，除去壳聚糖中多余的钙离子，磷酸根，钠离子等；
(5)将上述壳聚糖/磷酸钙盐凝胶在冻干机中冷冻4h后抽干，制得壳聚糖/磷酸钙盐杂化膜。上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以应用，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法，其特征是包括下列步骤1)分别配制钙离子和磷酸根离子浓度为10 100mmol/L的钙离子溶液和磷酸根离子溶液；用Tris-HCl缓冲液调节pH，使钙离子溶液pH为7 9，磷酸根离子溶液pH为9 12 ；2)将质量分数为3 10%的壳聚糖溶液倒入模具当中，将该模具浸入到沉析液中，生成壳聚糖凝胶，用去离子水将壳聚糖凝胶冲洗至中性；3)将壳聚糖凝胶放入电解装置中，在阳极一侧加入步骤1)所配制的磷酸根离子溶液， 在阴极一侧加入步骤1)所配制的钙离子溶液；接通电源，壳聚糖凝胶络合钙离子，得到壳聚糖/磷酸钙盐凝胶杂化材料。
2.根据权利要求1所述的电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法， 其特征在于将壳聚糖/磷酸钙盐凝胶杂化材料进行冷冻干燥，得到壳聚糖/磷酸钙盐杂化支架或壳聚糖/磷酸钙盐杂化膜。
3.根据权利要求1所述的电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法，其特征在于所述钙离子来源于CaCl2或Ca(NO3)2 ；磷酸根离子来源于K2HP04、KH2PO4, Na2HPO4, NaH2PO4 或 NH4H2PO4。
4.根据权利要求1所述的电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法， 其特征在于所述电源是电压为1 200 ν的直流电源或者交流电源，通电时间为5 MO min0
5.根据权利要求1所述的电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法， 其特征在于所述的沉析液是质量分数为2 10 %的氢氧化钠水溶液，或质量分数为2 10 %的氢氧化钠乙醇水溶液，其中乙醇体积浓度为5 100 %。
6.根据权利要求1所述的电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法， 其特征在于所生成的磷酸钙盐为羟基磷灰石(HA)或β-磷酸三钙(β-TCP)。
全文摘要
本发明公开的电化学法仿生矿化生成壳聚糖/磷酸钙盐杂化材料的方法，该方法包括先配制一定浓度和pH值的钙离子和磷酸根离子溶液。配制一定浓度的壳聚糖溶液，将壳聚糖溶液浇入模具中，并将其浸入沉析液中沉析一段时间，制备壳聚糖凝胶。将用去离子水冲洗至中性的壳聚糖凝胶放入电解装置中，在阳极一侧加入配制的磷酸根离子溶液，阴极一侧加入配制的钙离子溶液，接通电源进行矿化，得到壳聚糖/磷酸钙盐凝胶杂化材料。将其冷冻干燥可进一步制得壳聚糖/磷酸钙盐杂化支架或膜。本发明方法操作简单，所用时间短，可以通过调控制备条件来控制生成无机物组成和结构，提高有机/无机杂化材料中无机物的含量。
文档编号A61L27/20GK102397581SQ201110370640
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者庄鹏宇, 柯佳含, 胡巧玲 申请人:浙江大学