层状羟基磷灰石与壳聚糖纳米复合材料及其制备和应用

摘要

本发明涉及一种层状羟基磷灰石与壳聚糖纳米复合材料及其制备和应用，它是以层状羟基磷灰石和壳聚糖为原料，按照羟基磷灰石和壳聚糖的质量比1∶0.25～4进行配料，其制备方法是将层状羟基磷灰石的乳浊液与壳聚糖溶液于60℃下搅拌反应5～7h，水洗离心后37℃下干燥；本发明提供的羟基磷灰石/壳聚糖复合材料具有插层结构，层间距为5.8～6.3nm。实现了羟基磷灰石和壳聚糖在纳米尺度上的复合，达到了模拟天然骨组织结构和提高羟基磷灰石作为骨组织替代材料的各项性能的目的。本发明提供的复合材料制备方法容易，成本低，对于改善羟基磷灰石和壳聚糖在在骨修复材料、创伤敷料和三维生长支架等方面的应用具有重大意义。

说明书

技术领域

本发明涉及一种层状羟基磷灰石与壳聚糖纳米复合材料及其制备和应用。

背景技术

壳聚糖是一种带正电的生物聚合物，来源丰富。因其良好的生物相容性、生物可降解性和优良抗菌性能，在食品工程、骨修复材料、创伤敷料和三维生长支架等方面都具有很强的应用价值。但是该聚合物在生理环境中降解速度过快，材料硬度较低，热稳定性差等缺点严重限制了壳聚糖在各领域的应用。纳米插层技术将蒙脱土和双羟基化合物等二维无机片层与聚合物有机的结合起来，实现了两者在纳米尺度上的复合，很大程度上的改善了纯壳聚糖的各种不足，成功获得了各种性能优良的复合材料。与传统制备方法相比，采用插层方法制备的壳聚糖/蒙脱土复合材料在微观结构和部分性能上都具有较大的改善，但是作为体内植入材料，蒙脱土及其降解产物的生物相容性及生物活性尚待得到确认。相比之下，羟基磷灰石是骨骼的主要无机成分，是一种常用的生物陶瓷和具有优良的生物相容性和生物活性的材料。本发明采用纳米插层技术制备的层状羟基磷灰石/壳聚糖复合材料对于改善纯壳聚糖的热稳定性，降解性能和机械性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米层状羟基磷灰石与壳聚糖复合材料及其制备和应用。本发明使得层状羟基磷灰石和壳聚糖二者达到纳米尺度上的复合，形成有机无机插层型结构，达到模拟天然骨组织结构和提高羟基磷灰石作为骨组织替代材料和其他生物材料的各项性能的目的。对于改善壳聚糖和羟基磷灰石在生物材料领域中的应用将具有重大的意义。

本发明提供的纳米层状羟基磷灰石与壳聚糖复合材料是以层状羟基磷灰石和壳聚糖为原料，按照层状羟基磷灰石和壳聚糖的质量比1∶0.25～4进行配料，其制备方法包括如下步骤：

将层状羟基磷灰石的水乳浊液与壳聚糖乙酸溶液搅拌反应，反应产物干燥。

该纳米层状羟基磷灰石与壳聚糖复合材料具有插层结构，层间距为3.7～6.8nm。

本发明提供的纳米层状羟基磷灰石与壳聚糖复合材料的制备方法包括如下步骤：

1)将层状羟基磷灰石粉体加入反应器中，加水溶解，在常温下搅拌1～3h，得到分散均匀的乳浊液A。

2)用0.1％～1％(v/v)的乙酸溶液配制浓度为1％～3％(w/w)的壳聚糖溶液。离心去除未溶物获得溶液B。

3)将0.25～4份的B溶液搅拌加热升温至30℃，在搅拌下逐滴地加入到1份A乳浊液中，于60℃下反应5～7h。

4)产物用去离子水清洗3次，离心，37℃干燥。

本发明提供的纳米层状羟基磷灰石与壳聚糖复合材料用于制造组织工程修复材料，包括骨修复材料、创伤敷料和三维生长支架的制备。

本发明提供的纳米层状羟基磷灰石与壳聚糖复合材料具有有机/无机纳米插层结构。复合材料层间距介于3.7nm至6.8nm之间，使得羟基磷灰石和壳聚糖二者达到纳米尺度上的复合，达到模拟天然骨组织结构和提高羟基磷灰石及壳聚糖各项性能的目的。本发明提供的复合材料制备方法相对容易，成本低，对于改善羟基磷灰石和壳聚糖在在骨修复材料、创伤敷料和三维生长支架等方面的应用具有重大意义。

附图说明

图1是X射线小角度衍射图。

图2是本发明复合材料透射电镜图。

具体实施方式

将0.5g层间距为3.1nm的层状羟基磷灰石粉体(制备方法见CN101058416)加入烧瓶中，加50mL去离子水。在常温下搅拌2h，得到分散均匀的羟基磷灰石乳浊液。称取0.5g壳聚糖粉末，在30℃下，用0.3％(v/v，体积比)的乙酸溶液配制浓度为1.8％(w/w，质量比)的壳聚糖溶液，离心去除不溶物。磁力搅拌下，将壳聚糖溶液逐滴加入烧瓶中，升温至60℃。回流反应6h。去离子水冲洗后将反应产物倒入蒸发皿中。37℃下室温干燥4h。

将得到的产物研成粉体，进行XRD和TEM测试，图1是X射线小角度衍射图谱，图2是复合材料透射照片。

测试结果：复合材料小角度内出现衍射峰，对应的层间距为6.8nm。其(100)晶面间距比复合前的纯羟基磷灰石(3.1nm)扩大了3.7nm。表明壳聚糖分子已经进入羟基磷灰石的层间，同时还说明复合材料仍然保留有层状的有序结构。透射照片直观证明了插层型结构的形成，层间距与XRD测试结果相符。