[发明专利]一种组份含量和晶体结构可控的磷酸钙-明胶纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种组份含量和晶体结构可控的磷酸钙‑明胶纳米复合材料及其制备方法，其制备步骤如下：首先分别配制一定浓度含有不同明胶含量的氯化钙和磷酸二氢钠溶液，然后使用蠕动泵将不含明胶的一种溶液滴加至另一溶液中，在恒定温度和pH值下搅拌反应熟化，离心洗涤后转移至冷冻干燥仪中干燥后得到磷酸钙‑明胶纳米复合材料。本发明公开的制备方法步骤简单、快速、成本低，能够大量制备组分含量和晶体结构（晶型、尺寸、形貌等）均一、可控的多种磷酸钙‑明胶纳米复合材料。

技术领域

本发明属于生物医药材料技术领域，具体涉及一种组份含量和晶体结构可控的磷酸钙-明胶纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

人类牙齿是一种典型的生物矿化组织，其主要成分为磷酸钙和有机质，其中磷酸钙矿物以羟基磷灰石纳米棒形式存在，并作为结构单元按照相同的特定结晶学方向排列组装在一起，形成一种从纳米尺度到宏观尺度的层级有序结构；而有机质则掺杂进磷酸钙晶格或填充在磷酸钙纳米棒之间的空隙，起到控制磷酸钙晶型选择、晶体生长与组装的作用。正是这种物质组成和层级有序结构特征赋予牙齿有意的力学性能，使牙齿成为人体中最坚硬的组织（Chemical Reviews，2008年第108卷，4559页）。

然而，从牙齿的物质组成上可以很容易发现其存在一个明显的缺点，即耐酸性较差，易于被酸性物质腐蚀。人们饮食中不可避免的会有食物残渣残留在牙齿缝隙中并滋生出很多细菌，而细菌的代谢过程释放出大量酸性物质，这些酸性物质进而溶解牙齿中的部分磷酸钙矿物，在牙齿上形成孔洞（Nature Nanotechnology，2010年第5卷，568页）。这就是龋齿的形成过程。

磷酸钙存在多种晶型，包括无定形磷酸钙（ACP）、羟基磷灰石（HAP）和磷酸八钙（OCP）。不同晶型的纳米磷酸钙材料分别具有不同的物化性质，目前在口腔护理领域已成为非常热门的研究对象，如ACP具有较高的溶解性，水溶液中能够释放出钙离子和磷酸根离子，两者能够在牙齿表面发生再矿化，从而可以起到龋齿预防的目的；而HAP由于具有和牙齿中磷酸钙相同的晶型，可用作传统牙齿填充修复材料的替代产品，被大量研究。

纳米磷酸钙材料的主要制备方法有共沉淀法、双扩散发、水热法等（RecentPatents on Materials Science，2008年第1卷，209页）。但是，上述方法都有其本身固有的缺点，如共沉淀法反应速度很快，磷酸钙纳米晶体的成核及生长过程难于控制；双扩散方法耗时较长且产量很低；水热法需要使用专门的水热反应釜，并且在较高温度下制备，不仅生产成本升高，而且存在一定的危险性。与此同时，使用上述方法很难在同一反应体系中，通过简单改变其中的一个或几个反应条件，对磷酸钙纳米晶体的晶型、形貌、尺寸等进行精确调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以同时控制有机无机组分含量和磷酸钙晶体结构（如晶型、形貌、尺寸）的磷酸钙-明胶纳米复合材料的制备方法，旨在解决现有制备技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种组份含量和晶体结构可控的磷酸钙-明胶纳米复合材料及其制备方法。该方法的基本思路是，使用明胶对其中一种反应物离子进行预组织，使其与明胶分子充分作用；然后向其中滴加另一反应物，使钙离子和磷酸根进行反应，通过调节反应体系的反应物浓度、明胶浓度、预组织体系、pH值、熟化时间等影响因素，制备得到一系列组份含量和晶体结构可控的磷酸钙-明胶纳米复合材料。该方法包括以下步骤：

（1）以CaCl₂和NaH₂PO₄为钙源和磷源，分别配制成一定浓度的水溶液，且其中一种溶液中含有明胶，称为预组织溶液，并将反应体系分为Ca预组织体系（CaCl₂-明胶）和P预组织体系（NaH₂PO₄-明胶）两组；