一种磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备方法以及其应用。该方法为：明胶水溶液中加入磷酸盐，得磷酸盐‑明胶水溶液；将钙盐溶解在极性有机溶剂中，滴加至磷酸盐‑明胶水溶液中，得磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的悬浊液；保持温度在20‑90℃下，所述悬浊液中加入交联剂交联，反应液进行反复离心和在去离子水中重悬，得磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒。本发明专利技术首次提供了使用共沉淀法制备磷酸钙/明胶复合材料纳米级颗粒的制备方法，实现了磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的一步法制备，为工业化量产奠定了基础。

Preparation and application of a calcium phosphate / gelatin nanocomposite nanoparticle

The invention provides a preparation method of calcium phosphate / gelatin nanocomposite nanoparticles and the application thereof. The method is as follows: adding phosphate in aqueous solution of gelatin, gelatin solution was phosphate; calcium salt dissolved in a polar organic solvent, adding phosphate to gelatin solution, calcium phosphate nanoparticles to obtain suspension / gelatin composite material; keep the temperature at 20 90 DEG C, adding crosslinking agent the suspension in the reaction solution in deionized water and repeated centrifugation was resuspended and calcium phosphate / gelatin composite nanoparticles. The invention provides a preparation method for the nano particles of calcium phosphate / gelatin composite material by the coprecipitation method for the first time, and realizes the one-step preparation of the calcium phosphate / gelatin composite nanoparticles, which lays the foundation for the mass production of industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备方法及其应用
本专利技术属于生物工程领域，涉及一种磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备方法及其应用。
技术介绍
随着人口老龄化问题的不断加剧，实现缺损或病变组织的修复和重建已经成为生物医学领域的重要科学命题。骨组织是人体最重要的组织之一，目前，临床上对于人体骨组织的修复所普遍采取的治疗措施仍是使用自体骨和异体骨，对骨缺损进行填充和修复。该治疗方法存在着较大的弊端，比如缺少供体、易引起原有组织的感染和排异。这些都限制了该方法的广泛应用，并鼓励着科学研究者对新方法新材料的探索和开发。因此，骨组织工程被认为是更具应用前景的治疗方法，将逐渐取代传统使用的仅为人体被动接收的、生物惰性的骨替代材料，代之以自身具有生物活性，并可以生物降解的支架材料。生物材料作为细胞和组织再生的支架是组织工程的基础。它为细胞的生长和组织的再生提供结构上和力学上的支撑，从而提高细胞在材料上的粘附、繁殖、分化以及成骨。骨组织工程支架需要满足以下的要求：具有良好的生物相容性、生物降解性，无免疫源性，降解产物无毒副作用，理想的材料表面化学和形貌特性，以及必要的力学特性。同时，支架不但要作为人造的细胞外基质(Extracellularmatrix,ECM)，还应作为生物信号分子的载体，通过不断向生理组织环境中释放这些因子而控制和调节细胞的功能和行为，以最终实现组织的修复。然而，传统的块体支架材料在组织工程的应用过程中远远不能满足最终的骨组织重建。尤其是合成的支架缺乏可控的降解速度而导致无法实现对生物因子的可控释放。已有的研究结果已经表明，直接将生长因子混入块体支架往往在植入初期产生爆释而对组织修复产生微弱的效果，或因释放过量而产生骨组织的增生。为解决这一问题，科学家们提出了以微米或纳米尺寸的胶体颗粒作为基本单元构建有胶体颗粒构建的整体材料，即利用颗粒间的相互作用力促使颗粒发生自组装，形成具有粘弹性的胶体分散体，即胶体凝胶。相比于传统的块体支架材料，胶体凝胶具有更优异的性能。首先，使用微/纳米颗粒作为基本结构单元而制备的具有整体结构的胶体凝胶材料具有优异的可注射性和可塑性，这得益于颗粒间的氢键、静电作用、亲水性作用等相互作用力。这一特性使胶体凝胶材料可作为组织缺损填充材料用于微创手术(Minimallyinvasivesurgery)，临床操作简单、易于广泛推广。同时，由于使用微纳米尺寸的颗粒材料为基础，可作为药物/蛋白加载和释放的载体，从而赋予胶体凝胶材料在药物缓释领域应用的潜力。而且，微/纳米球材料自身的小尺寸、高比表面积效应，有利于控制材料的降解速率，得到高载药率，植入后与体内组织有高反应活性，同时亦具有高渗透性和高活动性。开发胶体类材料的关键是具有微纳米尺寸的胶体颗粒材料。高分子和生物陶瓷类胶体颗粒在骨修复材料领域具有各自的应用优势，但是它们的缺点也是十分明显，如高分子材料生物相容性和生物活性较差，而陶瓷材料的力学性能较低。因此，利用不同性质的材料复合而成的复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能，为获得结构和性质都符合骨组织工程要求的支架材料开辟了一条广阔的途径。尤其是生物高分子材料和具有骨传导性和骨诱导性的无机生物材料复合体系在骨修复材料领域有着重要的应用和研究意义。胶体凝胶材料的关键技术是微纳米颗粒的制备，而如何制备高分子/生物矿物盐组成的复合材料颗粒是制备可用于骨修复的复合材料凝胶的核心。有研究人员将可生物降解的聚合物材料与具有生物活性的无机生物材料复合，制备得到复合材料微粒。这类材料表现出更加优异的生物学性能，易加工性和可控的降解速率。因此，由磷酸钙和可降解聚合物(如胶原、明胶、壳聚糖、PLGA等)制备的复合材料微球表现出更优异的特性，如比单纯PLGA材料高的亲水性，良好的细胞相容性，比单纯高分子材料更慢的降解速率，以及更强的生物矿化能力。同时，复合材料支架有利于细胞的生长繁殖和新组织的生成。由于复合材料支架兼具各组分材料的优良特性，同时又可避免各组分的缺点，因此在组织工程支架制备中具有重要的实用价值。现有的制备复合材料纳米颗粒技术的难点之一在于如何实现纳米颗粒产业规模化生产。尤其是纳米颗粒在成核和生长过程中，受温度、良溶剂/不良溶剂混合比、搅拌速率等参数都会对纳米颗粒的形成发生影响，传统的使用搅拌共混方式的制备方式往往造成纳米颗粒产物批次间差异显著，难以保证不同批次间纳米颗粒产品的性能参数(如尺寸和尺寸分布)稳定。微流控加工技术恰恰为解决这一问题提供了理想的手段。该技术通过设计构建几十到几百微米的通道，操纵微小体积的流体，特征体积在10-9至10-18L间。该技术的关键是将传统实验室中在实验台上的合成等试验技术微缩至一个几厘米的微流控芯片中进行，这种系统的主要特征是流体环境的小型化，其中微流通道约100μm(约人类头发的直径)，而化学试剂则通过各种注射泵送入芯片中进行合成、分离或分析等反应。近年来，微流控技术在生物药物研究中已经成为重要的工具之一。例如，上微流控技术已被用于支持复杂的化学反应过程或药物筛选等工艺中，用于研究细胞-药物的相互作用，用于产生微米级尺寸的颗粒或液滴并用于药物控释或细胞包埋等应用。尽管微流控技术在微观尺度材料合成加工方面已经表现出其巨大的潜力，但如何将这一技术应用到纳米材料合成制备领域的相关研究和报道仍屈指可数。本专利技术开发一种制备磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备工艺，通过磷酸钙和明胶两相的共沉淀法制备具有纳米尺寸的、无机/有机复合组分的复合材料纳米颗粒。更重要的是，本专利技术证实该复合材料颗粒制备技术可以通过微流芯片进行连续加工制备，为实现该复合材料的规模化生产提供了新途径。现有的制备有机/无机复合材料微纳米颗粒的方法通常是利用乳液法制备，该方法将高分子溶液与预制备的磷酸钙纳米颗粒共混，进而将上述混合溶液分散在不共混的连续相溶液中，通过搅拌或超声震荡，形成水包油或油包水乳液，在经过固化、去乳液、清洗得到复合材料的微粒。例如，Leeuwenburgh等(Biomacromolecules2010；11(10):2653-2659)利用乳液法制备了磷酸钙/明胶微球，但颗粒的尺寸分布在20-50μm，颗粒尺寸分布宽。该工艺技术只能制备微米尺度的磷酸钙/明胶颗粒，无法实现纳米尺度复合材料颗粒的制备。Jiang等(ActaBiomaterialia2010,6,3457-3470)同样基于乳液技术将PLGA和壳聚糖复合得到的复合微球可以中和单纯PLGA降解过程中的酸性产物，从而提升其生物学方面的性能。但这些复合材料微球都是在微米尺度上的颗粒，其比表面积大，使用微米颗粒堆积的胶体材料因为颗粒间的相互作用有限因此难以形成粘性的、有足够力学支撑的胶体网络，因此得到的胶体复合材料力学性能较差。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备方法，使用共沉淀法制备磷酸钙/明胶复合材料纳米级颗粒，实现了磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的一步法制备，为工业化量产奠定基础。本专利技术是采用如下技术方案来实现的。一种磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：(1)将明胶在20-90℃下溶解在去离子水中得到明胶水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：(1)将明胶在20‑90℃下溶解在去离子水中得到明胶水溶液，向其中加入磷酸盐，搅拌溶解，调pH至7‑14，得磷酸盐‑明胶水溶液；(2)将钙盐溶解在极性有机溶剂中，将得到的钙盐‑有机溶剂溶液滴加至步骤(1)得到的磷酸盐‑明胶水溶液中，得磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的悬浊液；(3)步骤(2)得到的悬浊液中，保持温度在20‑90℃下，加入交联剂，在300‑500rpm搅拌下进行交联反应；(4)终止交联反应，反应液进行反复离心和在去离子水中重悬，得磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：(1)将明胶在20-90℃下溶解在去离子水中得到明胶水溶液，向其中加入磷酸盐，搅拌溶解，调pH至7-14，得磷酸盐-明胶水溶液；(2)将钙盐溶解在极性有机溶剂中，将得到的钙盐-有机溶剂溶液滴加至步骤(1)得到的磷酸盐-明胶水溶液中，得磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的悬浊液；(3)步骤(2)得到的悬浊液中，保持温度在20-90℃下，加入交联剂，在300-500rpm搅拌下进行交联反应；(4)终止交联反应，反应液进行反复离心和在去离子水中重悬，得磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中所述的明胶水溶液中，明胶浓度为0.5-20w/v％，在步骤(3)中所述的交联反应的时间大于1h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中所述的磷酸盐为磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵等水溶性的磷酸盐类中的一种或几种；在步骤(2)中所述的钙盐为硫酸钙、氯化钙、硝酸钙、碳酸钙等水溶性或微溶于水的钙盐中的一种或两种；在步骤(2)中所述的极性有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、丙酮、乙腈、四氢呋喃中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的钙盐-有机溶剂溶液和磷酸盐-明胶水溶液的体积比为1-9。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，钙盐-有机溶剂溶液中钙盐含量和磷酸盐-明胶水溶液中磷酸盐含量以形成磷酸钙的钙和磷含量的摩尔比1.0-3.0为基准计算得到。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，钙盐-有机溶剂溶液中钙盐含量和磷酸盐-明胶水溶液中磷酸盐含量以最终的磷酸钙理论产量为明胶质量的5-40wt％进行配制。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的交联剂为戊二醛、甘油醛、甲醛、碳二亚胺、二卤代烷、异氰酸酯、二异氰酸酯、谷氨酰胺转胺酶或京尼平中的一种或几种。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的交联剂与所述的悬浊液中明胶氨基的摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华楠，
申请(专利权)人：王华楠，
类型：发明
国别省市：辽宁,21