一种非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料及其制备方法和应用，属于生物医用材料领域。在聚丙烯酸分子和镁离子协同稳定作用下，通过湿化学法制备出非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料。掺杂的聚丙烯酸分子可以络合钙离子，与镁离子共同阻碍晶体生成。与现有的磷酸钙晶体材料相比，非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料降解更快，可用于基因、药物等功能分子的包覆载体。例如在杂化材料中包覆荧光分子(如异硫氰酸荧光素、吲哚青绿)可以实现荧光显影效果。与传统的荧光显影制剂相比，非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料包覆荧光分子，具有在弱酸环境下快速释放荧光分子的功能，是一种生物相容性极佳的荧光载体。

【技术实现步骤摘要】
一种非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及生物医用材料
，具体涉及一种非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
生物医用杂化材料结合了有机分子和无机材料各自具有的功能，在生物医用材料中已突显其日益重要的研究价值。目前，纳米杂化材料被广泛应用于基因载体、药物载体及牙齿修复及再生等[文献1：Wu,Y.etal.,Devisingnewlipid-coatedcalciumphosphate/carbonatehybridnanoparticlestocontrolreleaseinendosomeforefficientgenedelivery.J.Mater.Chem.B,2017,5(34):p.7194-7203.文献2：Sailor,M.etal.,HybridNanoparticlesforDetectionandTreatmentofCancer.Adv.Mater.,2012,24(28):p.3779-3802.文献3：Elsharkawy,S.etal.,Proteindisorder–orderinterplaytoguidethegrowthofhierarchicalmineralizedstructures.Nat.Commun.,2018,9(2145):p.1-12]。荧光纳米颗粒是将荧光试剂通过包埋、共价键连接等手段引入有机或无机纳米材料中，并让纳米颗粒承担有机小分子荧光染料的检测、标记等功能。传统的荧光试剂载体包括二氧化硅、碳球等，在体内难以降解[文献4：Veeranarayanan,S.etal.,FITClabeledsilicananoparticlesasefficientcelltags:UptakeandphotostabilityStudyinendothelialcells.J.Fluoresc.,2012,22(2):p.537-548.文献5：Li,C,etal.,Mesoporouscarbonnanospheresfeaturedfluorescentaptasensorformultiplediagnosisofcancerinvitroandinvivo.ACSNano,2015,9(12):p.12096-12103.]。而磷酸钙作为人体内骨组织的主要成分，具有良好的生物相容性和降解性，降解产物可被人体再次利用[文献6：Rezwan,K.etal.,Biodegradableandbioactiveporouspolymer/inorganiccompositescaffoldsforbonetissueengineering,Biomaterials,2006,27(18):p.3413-3431.]，是一种生物相容性极佳的荧光载体。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有荧光试剂载体生物相容性差，在体内无法降解的问题，提供一种非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料及其制备方法和应用，该材料具有良好生物相容性、可降解，可用作荧光分子载体。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料的制备方法，该材料采用湿化学法制备，具体包括如下步骤：(1)制备硝酸钙与硝酸镁的混合溶液；(2)将步骤(1)制备的硝酸钙与硝酸镁的混合溶液滴加至磷酸氢二铵与聚丙烯酸的混合溶液中，所得混合物料在室温下搅拌一定时间后生成乳浊液；(3)将步骤(2)所得乳浊液依次经离心清洗和透析清洗后，再进行冷冻干燥，即获得所述非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料。上述步骤(1)的过程具体为：首先将Ca(NO3)2·4H2O和Mg(NO3)2·6H2O分别溶解于去离子水中，得到硝酸钙溶液和硝酸镁溶液，再将硝酸钙溶液与硝酸镁溶液混合，得到硝酸钙与硝酸镁的混合溶液；其中：硝酸钙溶液的浓度为1-50g/L，硝酸镁溶液的浓度为0-8.14g/L，且满足溶液中Mg元素的摩尔百分比(Mg/(Ca+Mg))范围为0-15％。上述步骤(2)中，所述磷酸氢二铵与聚丙烯酸的混合溶液是将磷酸氢二铵和聚丙烯酸溶解于去离子水中，并通过氨水调节pH后获得；其中：磷酸氢二铵的浓度为0.5-25g/L，聚丙烯酸的浓度为0.05-5g/L；磷酸氢二铵与聚丙烯酸的混合溶液的pH为7-10。上述步骤(2)中，搅拌时间为30min-2h。上述步骤(3)的过程具体为：将步骤(2)所得乳浊液离心去掉上清液，并加入去离子水超声分散沉淀物；然后使用透析膜透析去除未反应的聚丙烯酸试剂；最后冷冻干燥获得非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料粉体。所述制备的非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料的颗粒尺寸范围为50-500nm。所述非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料颗粒，能够被细胞吞噬，进而被溶酶体包覆溶解，具有良好的生物相容性。该材料应用于荧光分子包覆，所述荧光试剂包括异硫氰酸荧光素(FITC)和吲哚青绿(ICG)。应用过程为：在制备该杂化纳米材料时，将荧光试剂加入硝酸钙与硝酸镁的混合溶液中，使所制备的杂化纳米材料中含有荧光试剂；使用的荧光试剂占所述杂化纳米材料的质量百分比为0.2-5％。制备的含有荧光试剂的杂化纳米材料可以在弱酸环境下(pH＝5.0-6.5)溶解，并释放荧光分子，从而实现增强显影功能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1.本专利技术在聚丙烯酸分子和镁离子协同稳定作用下，通过湿化学法制备出非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料。利用镁离子掺杂和聚丙烯酸杂化，可以有效提高杂化材料的稳定性。掺杂的聚丙烯酸分子可以络合钙离子，与镁离子共同阻碍晶体生成。2、与现有的磷酸钙晶体材料相比，非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料降解更快，可用于基因、药物等功能分子的包覆载体。例如在杂化材料中包覆荧光分子(如异硫氰酸荧光素、吲哚青绿)可以实现荧光显影效果。3.本专利技术方法制备的具有荧光显影功能的非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料，与现有的荧光试剂载体相比，非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化颗粒可以在弱酸环境下溶解并快速释放大量荧光分子，从而实现增强显影功能，例如在肿瘤部位实现增强显影，是一种生物相容性极佳的荧光载体。附图说明图1为非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料XRD结果。图2为非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料粒径分布。图3为非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料TEM形貌图。图4为不同浓度的非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料与细胞共培养的细胞形貌图；其中：(A)70μg/mL，(B)35μg/mL，(C)17.5μg/mL，(D)8.8μg/mL，(E)4.4μg/mL，(F)空白对照组；标尺大小为100微米。图5为非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料进入细胞的同步辐射软X射线成像。图6为非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料与细胞共培养实验中细胞活死染液染色图；其中：(A)70μg/mL，(B)35μg/mL，(C)17.5μg/mL，(D)8.8μg/mL，(E)4.4μg/mL，(F)空白对照组；图中绿色为活细胞，红色为死细胞(标尺为100微米)。图7为包裹FITC荧光分子的非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料进入细胞的荧光染色图像(绿色为包裹荧光的杂化材料，蓝色部分为细胞核)。图8为包裹ICG荧光分子的非晶磷酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料的制备方法，其特征在于：该材料采用湿化学法制备，具体包括如下步骤：(1)制备硝酸钙与硝酸镁的混合溶液；(2)将步骤(1)制备的硝酸钙与硝酸镁的混合溶液滴加至磷酸氢二铵与聚丙烯酸的混合溶液中，所得混合物料在室温下搅拌一定时间后生成乳浊液；(3)将步骤(2)所得乳浊液依次经离心清洗和透析清洗后，再进行冷冻干燥，即获得所述非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料的制备方法，其特征在于：该材料采用湿化学法制备，具体包括如下步骤：(1)制备硝酸钙与硝酸镁的混合溶液；(2)将步骤(1)制备的硝酸钙与硝酸镁的混合溶液滴加至磷酸氢二铵与聚丙烯酸的混合溶液中，所得混合物料在室温下搅拌一定时间后生成乳浊液；(3)将步骤(2)所得乳浊液依次经离心清洗和透析清洗后，再进行冷冻干燥，即获得所述非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料。2.根据权利要求1所述的非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)的过程具体为：首先将Ca(NO3)2·4H2O和Mg(NO3)2·6H2O分别溶解于去离子水中，得到硝酸钙溶液和硝酸镁溶液，再将硝酸钙溶液与硝酸镁溶液混合，得到硝酸钙与硝酸镁的混合溶液；其中：硝酸钙溶液的浓度为1-50g/L，硝酸镁溶液的浓度为0-8.14g/L，且满足混合溶液中Mg元素的摩尔百分比(Mg/(Ca+Mg))范围为0-15％。3.根据权利要求1所述的非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述磷酸氢二铵与聚丙烯酸的混合溶液是将磷酸氢二铵和聚丙烯酸溶解于去离子水中，并通过氨水调节pH后获得；其中：磷酸氢二铵的浓度为0.5-25g/L，聚丙烯酸的浓度为0.05-5g/L；磷酸氢二铵与聚丙烯酸的混合溶液的pH为7-10。4.根据权利要求1所述的非晶磷酸钙－聚丙烯酸杂化纳米材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，崔嵬，李娜，杨锐，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21