[发明专利]一种利用咪唑-4;5-二羧酸改性壳聚糖仿生合成微球球霰石的方法

说明书

本发明属于仿生材料领域，具体涉及一种利用咪唑‑4,5‑二羧酸改性壳聚糖仿生合成微球球霰石的方法。本发明是将咪唑‑4,5‑二羧酸改性壳聚糖按一定比例加入含有氯化钙、碳酸钠的水溶液中，通过改变Ca²⁺初始浓度、反应温度、陈化时间、咪唑‑4,5‑二羧酸改性壳聚糖投加量等相关条件，以咪唑‑4,5‑二羧酸改性壳聚糖材料为有机基质仿生合成微球球霰石。本发明为热力学不稳定性的微球球霰石的仿生合成方法，有望应用于生物矿化过程及仿生合成其他生物矿物。

技术领域

本发明属于仿生材料领域，具体涉及一种利用咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖仿生合成微球球霰石的方法，属于仿生材料领域。

背景技术

在众多的天然生物矿化材料(如贝壳、蛋壳、海胆纤维、蛇壳、人的牙齿和骨骼等)中，碳酸钙的复合物是最重要也是最具研究价值的材料之一。作为最常见的生物矿化材料，碳酸钙普遍存在于自然界中。作为添加剂，碳酸钙被广泛应用于橡胶、塑料、油墨、造纸、食品、医药等行业和部门，是一种非常重要的无机材料。因此，对碳酸钙复合物的合成也成为近些年来化学、材料以及生物等学科研究的热点。通过生物矿化过程，碳酸钙往往以排列有序、结构优异的天然有机-无机复合物形式存在，并具有方解石、文石、球霰石等多种晶型。球霰石在自然界中较难发现。尽管如此，球霰石因其具有较高的溶解度和分散性等独特的性能，且比重小于文石和方解石，所以在生物医学和工业领域中具有重要作用，同时它也是生命体不可缺少的物质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖(HIDCCS)仿生合成微球球霰石的方法，利用HIDCCS材料为有机基质通过人工合成获得热力学极其不稳定的球霰石晶型碳酸钙。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：利用HIDDCCS为有机基质仿生合成微球球霰石，将咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖材料按一定比例加入含有氯化钙、碳酸钠的水溶液中，通过改变Ca²⁺初始浓度和陈化时间等相关条件，从而有效控制仿生合成微球球霰石，具体步骤如下：

在摩尔浓度为0.05-0.45mol·L^-1的CaCl₂溶液中，加入咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖，所述CaCl₂溶液与咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖的用量比为100ml∶0.01-0.05g，调节溶液pH为7.0，然后往溶液中加入与CaCl₂溶液等体积的Na₂CO₃溶液，23-51℃下磁力搅拌反应5-60min后，陈化0.5-24h，然后抽滤、洗涤、干燥，得到本发明所述微球球霰石，其中，所述咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖是由咪唑-4,5-二羧酸接枝到壳聚糖上而得到的咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖。

进一步，所述CaCl₂溶液与咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖的用量比为100ml∶0.01g。

所述CaCl₂溶液的摩尔浓度为0.25mol·L^-1，CaCl₂溶液与咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖的用量比为100ml∶0.01g。

所述磁力搅拌反应温度为37℃，反应时间为60min，陈化时间为2h。

本发明所述咪唑-4,5-二羧酸改性壳聚糖由以下方法制备而成：

(1)将壳聚糖溶于0.10mol/L的2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲溶液中，以三口烧瓶作为反应容器，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐作为缩合剂，加入N-羟基琥珀酰亚胺作为偶联剂，搅拌均匀后，再加入咪唑-4,5-二羧酸，得到混合物；

所述壳聚糖、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、咪唑-4,5-二羧酸的摩尔比为1∶1.2-1.4∶1-1.2∶0.33-3；