[发明专利]硅酸钙水合物层状纳米结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米生物材料领域，涉及一种硅酸钙水合物层状纳米结构及其制备方法。

背景技术

钙硅基（CaO-SiO₂）材料是近年来兴起的新型生物材料，钙元素的引入使它比传统硅基材料具有更好的生物相容性、生物活性和生物可降解性，它能在模拟体液环境下逐渐转变为类骨磷灰石，因而在生物医药领域有着广泛的应用前景。钙硅基生物材料主要包括各种钙硅比的硅酸钙及其复合材料，研究表明硅酸钙具有良好的临床表现，它还是生物玻璃的重要活性成份。近年来，它在生物医学领域的应用越来越受到重视，如生物涂层、骨组织修复、药物输送等。在这些应用中，为了使目标材料达到适宜的生物应用指标，将硅酸钙制备成层状结构是一个重要选择，这样不仅能提高材料的机械性能，还能通过层间储存生长因子、药物等目标物质的方式使这些物质缓慢释放，从而提供特定的长效治疗功能，避免传统治疗过程中频繁加药给病人带来多次痛苦。因此，硅酸钙层状纳米结构在纳米生物材料领域具有广泛的应用前景。

发明内容

基于硅酸钙层状结构的上述优点，本发明的目的在于提供一种硅酸钙水合物层状纳米结构及其制备方法。

在此，一方面，本发明提供一种硅酸钙水合物层状纳米结构，所述层状纳米结构是由3－15个厚度为1－4nm的单元层组成，其中所述单元层为其钙与硅摩尔比为0.4－1.5的硅酸钙水合物。

所述单元层的二维尺寸不限。优选地，所述层次纳米结构的BET比表面积为50－150m²/g。此外，层状结构层间距优选为3－7nm，其中所述层间距为层状结构侧视图最小重复单元的长度，即单元层厚度与两单元层之间的空隙厚度之和。

另一方面，本发明还提供一种硅酸钙水合物层状纳米结构的制备方法，包括：将预制的可溶性钙盐水溶液以一定的速率缓慢加入可溶性硅酸盐水溶液中，使产生的混合液中Ca和Si摩尔比以0.001－0.2min^-1的速率缓慢上升，并控制钙盐水溶液的加入量使最终混合液中Ca和Si摩尔比为0.2－4.0；搅拌所述混合液0－336小时、分离产物、干燥后得所述硅酸钙水合物层状纳米结构。其中，加料过程中Ca和Si摩尔比的上升速率优选为0.003－0.03min^-1。最终混合液中Ca和Si摩尔比优选为0.5－2.0。

优选地，所述混合液的搅拌时间为2－14天；更优选为4－12天。

一方面，当所述搅拌时间为0－48h时，本发明的制备方法优选地进一步包括将分离后得到的产物以任意比例分散在乙醇中，在120－220℃的密闭条件下溶剂热处理2－20天后再次分离产物。关于搅拌时间更优选为1－24h。所述溶剂处理时间优选为4－10天。此外，关于热处理的温度优选在160－200℃下进行。

另一方面，当所述搅拌时间为0－48h时，本发明的制备方法优选地进一步包括老化过程，即将干燥后产物在静止空气气氛、室温条件下老化3－12个月。其中的搅拌时间优选为1－24h。所述老化时间优选为6－10个月。

优选地，所述可溶性钙盐水溶液中Ca²⁺离子浓度为0.01－4mol/L，所述可溶性硅酸盐水溶液中SiO₃^2-离子浓度为0.01－2mol/L。更优选地，所述可溶性钙盐水溶液中Ca²⁺离子浓度为0.3－1.2mol/L，所述可溶性硅酸盐水溶液中SiO₃^2-离子浓度为0.03－0.12mol/L。

又，可溶性钙盐优选为Ca(NO₃)₂、CaCl₂、乙酸钙等。可溶性硅酸盐优选为Na₂SiO₃、K₂SiO₃等。

此外，在本发明的方法中，干燥温度范围优选为室温到150℃。

在所述产物分离时，分离方法包括离心分离和静置沉淀等。又，较佳地，在分离产物后，还可以用水和乙醇洗涤产物。