[发明专利]一种含阴阳离子共掺杂纳米磷酸钙抗菌材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种含阴阳离子共掺杂纳米磷酸钙抗菌材料及制备方法。在磷酸钙晶体结构中掺入阴离子氟、γ‑PGA、阳离子铜、锌、镁或银离子，形成含阴阳离子共掺杂纳米磷酸钙抗菌材料。本发明通过循环调节pH值，在γ‑PGA溶液中添加少量Cr³⁺，制备成γ‑PGA改性剂，使γ‑PGA与磷酸钙晶体上Ca²⁺也发生结合作用，从而达到制备氟离子、γ‑聚谷氨酸以及金属离子阴阳共掺杂纳米磷酸钙，具备良好的抗菌特性，可调控金属离子和氟离子的降解速率，并提升其抗感染、促血管再生、促骨形成等多种生物学特性。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，尤其是涉及一种含阴阳离子共掺杂纳米磷酸钙抗菌材料及其制备方法。

背景技术

天然骨的主要矿物成分为钙磷化合物(CaP)，人工合成CaP同样具有优越的生物相容性和成骨性能。研究者已经证明CaP在被多种离子(如Ag、Zn、Mg、Cu等)分子掺杂后具有抗菌活性，而且多种离子共掺杂的CaP会表现出更好的协同作用，不同离子的不同作用机理不仅能提高其抗菌能力、扩大对更多病原体菌株的抗菌范围，还可降低毒副作用。但是掺杂改性材料发挥抗菌和促成骨双功效，其作用机制与金属类型、掺杂量、粒子大小、表面形貌、力学性能及与基体的结合性能等具有强相关性，此外，降解性能也是掺杂改性材料的关键指标之一。对抗菌效果而言，抗菌离子释放快、局部离子浓度高，则抗菌效果好；但离子突释或局部浓度过高会增加生物安全性方面的风险。另一方面，对于骨修复材料而言，若骨替代材料降解过快，则无法起到支撑作用；若降解过慢又对新骨及血管的形成和长入不利。因此，掺杂材料的降解速率能否与成骨过程协调一致，又能有效控制抗菌离子释放，是抗感染骨修复材料的基本要求和关键要素之一。显然单铜掺杂CaP较难协调抗菌能力和成骨活性之间平衡。

发明内容：

本发明的目的是提供一种含阴阳离子共掺杂纳米磷酸钙抗菌材料及其制备方法，它不但可同时实现阴离子-阳离子共掺铜磷酸钙，而且可调控氟离子和金属离子的降解速率；该方法制备的含阴阳离子共掺杂纳米磷酸钙抗菌材料为10-200nm的纳米球状或棒状，分散性良好，具有良好抗感染、促血管再生、促骨形成等多种生物学特性。

本发明利用生物可降解γ-PGA在不同pH条件下呈现不同的分子构型，并促进其与不同金属离子的结合性，通过湿法原位化学合成和pH循环调节法，在磷酸钙晶体结构中掺入阴离子氟、γ-PGA、阳离子铜、锌、镁或银离子，形成具有抗菌活性的纳米颗粒。

本发明的含阴阳离子共掺杂纳米磷酸钙抗菌材料是通过以下方法予以制备的：

在磷酸钙晶体结构中掺入阴离子氟、γ-PGA、阳离子铜、锌、镁或银离子，形成含阴阳离子共掺杂纳米磷酸钙抗菌材料。

具体方法如下：

a、将金属盐溶液与可溶性钙盐溶液混合均匀，再与γ-聚谷氨酸改性剂溶液同时加到氟化物溶液与磷酸盐溶液的混合溶液中，搅拌反应，控制反应pH值为9-11；再将pH调整至4.0-5.5，搅拌30min-3h；

b、再将pH调节至8.0-10.0，搅拌3h-18h，再将PH至4.0-5.5，搅拌3-18h；如此pH循环调节(即重复“将pH调节至8.0-10.0，搅拌3h-18h，再将PH至4.0-5.5，搅拌3-18h”的步骤)，重复若干遍，然后将沉淀在室温下陈化，再经过清洗、干燥得到含阴阳离子共掺杂纳米磷酸钙抗菌材料。

更进一步优选，具体步骤如下：

a、将氟化物溶液添加到磷酸盐溶液中，调节pH值至7.0～10.0；

b、将金属盐溶液与可溶性钙盐溶液混合，搅拌均匀；

c、将步骤b的溶液和γ-聚谷氨酸改性剂同时滴加到a步骤溶液中，30℃～60℃，200-600转/分搅拌振荡，pH值维持在9.0～11.0之间，滴定结束后，用1mol/L盐酸或硝酸溶液将pH调整至4.0～5.5，搅拌30min-3h；