一种具有高分散性及高成骨活性的抗菌性杂化纳米磷灰石的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分散性及高成骨活性的抗菌性杂化纳米磷灰石，属于生物医用材料领域。

背景技术

纳米羟基磷灰石[Ca

为解决n-HA无机粒子与高聚物复合的问题， 国内外研究人员对n-HA进行了大量表面接枝改性研究，但在n-HA接枝前纳米粒子大部分可能已经团聚，以致改性效果甚微，从而分散性未能得到明显提高，而在n-HA制备过程中引入一些大分子有机物可有效提高其分散性。国内发明专利（公开号CN106924819A）提出了将磷酸化环糊精做为辅助磷源，获得了分散性更好的新型纳米磷灰石，但磷酸化环糊精在水中溶解度较低，同时n-HA的成骨活性及抗菌性也未能得到改善，因而有待于进一步探究其他磷酸化大分子的杂化纳米磷灰石。木质素(lignin)是第二大丰富的天然生物质资源，仅次于纤维素，木质素的化学结构很复杂，由苯基丙烷单元组成，是以三种主要单体为基础，以非线形的随机方式形成的一种三维网状酚类高分子聚合物。它是自然界中唯一富含苯环结构的无毒、可降解、生物相容性好的植物资源，尤其是酚羟基具有抗菌、抗氧化和紫外线吸收等功能，是制备功能材料的理想原料，已用于生物医学和包装材料领域。因而若能将木质素磷酸化后用于制备杂化纳米磷灰石，则有望利用木质素大分子的空间位阻作用而提高其分散性。

另外，阿伦磷酸盐是侧链末端含有胺基的双磷酸盐，是治疗骨质疏松的常用药物，文献[

为提高n-HA的抗菌性，国内外学者对n-HA进行过Ag

发明内容

本发明提供了一种高分散性及高成骨活性的抗菌性杂化纳米磷灰石的制备方法，该方法制备的新型杂化纳米磷灰石不仅具有很好的分散性及较高的成骨活性，同时还具有较好的抗菌性，因而该新型杂化纳米磷灰石可直接用于制备骨填充颗粒，也可用作高聚物填料以制备高性能复合材料，在骨科材料中有较好的应用前景。

一种高分散性及高成骨活性的抗菌性杂化纳米磷灰石的制备方法，包括如下步骤：

先将碱木质素与阿伦磷酸盐反应制备胺化木质素，再与环氧氯丙烷开环合成磷酸化木质素，随后加入磷酸钠溶液，其中引入的碱木质素占新型纳米磷灰石的质量比为30~40%，阿伦磷酸盐是碱木质素质量的1.47倍，设定为A液；另取硝酸钙溶液中加入丁香酸反应2小时，其中丁香酸含量占杂化纳米磷灰石总质量的5-15%，设定为B液，将B液缓慢滴加于A液，保持Ca/P摩尔比为1.67，最后用5 wt%的氢氧化钠溶液调pH 值为12左右，70 ℃下加热并搅拌5小时，陈化2天，水洗至中性，干燥后研磨成粉。

本发明提供的高分散性及高成骨活性的抗菌性杂化纳米磷灰石的制备方法优越性在于：

（1）从材料的性能来说，与现有的n-HA相比，本发明制备的纳米磷灰石结构中含有磷酸化木质素大分子，赋予了其空间位阻作用而实现高分散性，同时该磷酸化木质素结构中含有促进成骨活性的阿伦磷酸盐，因而可提高其成骨活性，另外该杂化木质素中还引入了具有抗菌性的丁香酸，因而可赋予杂化纳米磷灰石抗菌性。由此可见，该新型杂化木质素是一种高分散性及高成骨活性的抗菌性杂化纳米磷灰石。

（2）本发明中使用的各种原材料易得，制备步骤简单，反应条件温和，所用试剂均对环境无污染，且反应时间短，适合于大规模生产。

（3）本发明制备的杂化纳米磷灰石在应用上因其结构中含有木质素大分子，因而不仅可直接加工成型用于骨缺损填充颗粒，而且可作为高聚物填料制备成高性能复合材料，在骨组织工程支架材料、引导骨组织再生膜、载药材料等多种骨科领域有很大的应用前景。

附图说明

图1为实施例中不同粉末在二氯甲烷中的分散照片。

实施方式

实施例1：取10.00 g碱木质素加入100 ml 2 mol/L的NaOH溶液中溶解后，加入14.67 g阿伦磷酸盐溶液，再加入4 mL 37%的甲醛，40℃下搅拌反应3 h，升温至85℃下继续搅拌反应3 h，得到胺化木质素，接着引入3.12 g磷酸二氢钠，加水溶解后加入2.19 g环氧氯丙烷，并加入3 ml 10%的稀盐酸调节为酸性环境，85℃下再搅拌反应5 h，得到磷酸化木质素，随后加入45.62 g十二水磷酸三钠溶液，反应2 h，设定为A液；另取47.23 g四水硝酸钙溶于200 ml水中加入1.5 g丁香酸反应2 h，设定为B液，将B液缓慢滴加于A液，最后用1mol/L氢氧化钠调pH 值至10以上，70 ℃加热搅拌5 h，陈化48 h，用去离子水洗涤至中性，干燥研磨成粉。其在二氯甲烷中静置2小时分散良好，模拟体液中浸泡2周有沉积的类骨磷灰石，抗菌率70%。

实施例2：取15.00 g碱木质素加入200 ml 2 mol/L的NaOH溶液中溶解后，加入22.00 g阿伦磷酸盐溶液，再加入6 mL 37%的甲醛，40℃下搅拌反应3 h，升温至85℃下继续搅拌反应3 h，得到胺化木质素，接着引入4.68 g磷酸二氢钠，加水溶解后加入3.29 g环氧氯丙烷，并加入3 ml 10%的稀盐酸调节为酸性环境，85℃下再搅拌反应5 h，得到磷酸化木质素，随后加入79.83 g十二水磷酸三钠溶液，反应2 h，设定为A液；另取82.65 g四水硝酸钙溶于200 ml水中加入3.0 g丁香酸反应2 h，设定为B液，将B液缓慢滴加于A液，最后用1mol/L氢氧化钠调pH 值至10以上，70 ℃加热搅拌5 h，陈化48 h，用去离子水洗涤至中性，干燥研磨成粉。其在二氯甲烷中静置2小时分散良好，模拟体液中浸泡2周有沉积的类骨磷灰石，抗菌率75%。

实施例3：取10.00 g碱木质素加入200 ml 2 mol/L的NaOH溶液中溶解后，加入22.00 g阿伦磷酸盐溶液，再加入4 mL 37%的甲醛，40℃下搅拌反应3 h，升温至85℃下继续搅拌反应3 h，得到胺化木质素，接着引入3.12 g磷酸二氢钠，加水溶解后加入2.19 g环氧氯丙烷，并加入3 ml 10%的稀盐酸调节为酸性环境，85℃下再搅拌反应5 h，得到磷酸化木质素，随后加入34.21g十二水磷酸三钠溶液，反应2 h，设定为A液；另取35.42 g四水硝酸钙溶于200 ml水中加入2.5 g丁香酸反应2 h，设定为B液，将B液缓慢滴加于A液，最后用1mol/L氢氧化钠调pH 值至10以上，70 ℃加热搅拌5 h，陈化48 h，用去离子水洗涤至中性，干燥研磨成粉。其在二氯甲烷中静置2小时分散良好，模拟体液中浸泡1周有沉积的类骨磷灰石，抗菌率82%。

实施例4：取10.00 g碱木质素加入200 ml 2 mol/L的NaOH溶液中溶解后，加入22.00 g阿伦磷酸盐溶液，再加入4 mL 37%的甲醛，40℃下搅拌反应3 h，升温至85℃下继续搅拌反应3 h，得到胺化木质素，接着引入3.12 g磷酸二氢钠，加水溶解后加入2.19 g环氧氯丙烷，并加入3 ml 10%的稀盐酸调节为酸性环境，85℃下再搅拌反应5 h，得到磷酸化木质素，随后加入34.21g十二水磷酸三钠溶液，反应2 h，设定为A液；另取35.42 g四水硝酸钙溶于200 ml水中加入4.0 g丁香酸反应2 h，设定为B液，将B液缓慢滴加于A液，最后用1mol/L氢氧化钠调pH 值至10以上，70 ℃加热搅拌5 h，陈化48 h，用去离子水洗涤至中性，干燥研磨成粉。其在二氯甲烷中静置2小时分散良好，模拟体液中浸泡1周沉积的类骨磷灰石，抗菌率95%。

对比实施例1：取11.81 g四水硝酸钙溶于50 ml水，搅拌2小时后，再加入十二水磷酸钠11.38 g溶于50 ml水，缓慢滴加于上述溶液中，用10 wt%的氢氧化钠调pH值为10左右，70 ℃加热搅拌4小时，静置48小时后，用去离子水洗涤5遍，再用乙醇洗涤3遍，烘干后备用。其在二氯甲烷中静置5分钟开始分层，模拟体液中浸泡4周有沉积的类骨磷灰石，无抗菌效果。

对比实施例2：取10.00 g碱木质素加入200 ml 2 mol/L的NaOH溶液中溶解后，随后加入34.21g十二水磷酸三钠溶液，反应2 h，另取35.42 g四水硝酸钙溶于200 ml水中，将其缓慢滴加，最后用1 mol/L氢氧化钠调pH 值至10以上，70 ℃加热搅拌5 h，陈化48 h，用去离子水洗涤至中性，干燥研磨成粉。其在二氯甲烷中静置1小时分散良好，模拟体液中浸泡4周有沉积的类骨磷灰石，无抗菌效果。

对比实施例3：取10.00 g碱木质素加入200 ml 2 mol/L的NaOH溶液中溶解后，加入22.00 g阿伦磷酸盐溶液，再加入4 mL 37%的甲醛，40℃下搅拌反应3 h，升温至85℃下继续搅拌反应3 h，得到胺化木质素，接着引入3.12 g磷酸二氢钠，加水溶解后加入2.19 g环氧氯丙烷，并加入3 ml 10%的稀盐酸调节为酸性环境，85℃下再搅拌反应5 h，得到磷酸化木质素，随后加入34.21g十二水磷酸三钠溶液，反应2 h，再另取35.42 g四水硝酸钙溶于200 ml水中将其缓慢滴加，最后用1 mol/L氢氧化钠调pH 值至10以上，70 ℃加热搅拌5 h，陈化48 h，用去离子水洗涤至中性，干燥研磨成粉。其在二氯甲烷中静置2小时不分层，模拟体液中浸泡1周有沉积的类骨磷灰石，无抗菌效果。