本發(fā)明的技術方案屬于生物醫(yī)學材料領域，涉及一種羥基磷灰石納米花生/明膠自組裝納米復合材料及其制備方法。

背景技術：

明膠(gelatin)是由動物皮膚、骨、肌膜、肌腱等結締組織中的膠原部分降解而成為白色或淡黃色、半透明、微帶光澤的薄片或粉粒；是一種無色無味，無揮發(fā)性、透明堅硬的非晶體物質，可溶于熱水，不溶于冷水，但可以緩慢吸水膨脹軟化，明膠可吸收相當于重量5-10倍的水。明膠是非常重要的天然生物高分子材料之一，已被廣泛應用于食品、醫(yī)藥及化工產業(yè)。明膠由于其優(yōu)異的生物降解特性和細胞相容性可以用于傷口包敷、藥物載體等領域。明膠與羥基磷灰石等無機材料形成的納米復合材料更是在骨替代、骨修復等領域具有重要地位。

發(fā)明人前期公開了羥基磷灰石多孔納米棒及其制備方法(專利201310719770.7)，該方法采用以乙醇等小分子為輔助劑，通過回流-混合溶劑熱法制備了表面帶有納米凹坑的多級結構羥基磷灰石納米棒，我們將其命名為羥基磷灰石納米花生(xiujieji,etal.anovelethanolinducedandstabilizedhierarchicalnanorods:hydroxyapatitenanopeanut,j.am.ceram.soc.,2015,98[6]1702-1705)。并且開發(fā)了與之相應的綠色、高效、低成本的合成方法。乙醇在發(fā)揮對該多級結構納米棒的誘導與穩(wěn)定作用之后，可以在較低的溫度下將其除去，從而得到純凈的羥基磷灰石納米花生。該方法相較于傳統(tǒng)的表面活性劑模板法，既避免了殘留表面活性劑的生物相容性問題，又避免了高溫煅燒去除表面活性劑過程中的高耗能、環(huán)境污染、納米顆粒融合、結構破壞等一系列問題。

采用上述羥基磷灰石納米花生與明膠進行復合，明膠分子通過非共價鍵作用于乙醇等小分子脫除后留下的納米凹坑中，從而使明膠分子牢固的錨固在羥基磷灰石納米棒上，羥基磷灰石納米花生表面特有的凹坑狀納米結構成為與明膠分子作用的一個理想的結合位點，有利于羥基磷灰石納米花生與明膠分子之間形成更牢固的非共價鍵作用，進而得到羥基磷灰石納米花生/明膠自組裝納米復合材料。以克服現(xiàn)有的通過羥基磷灰石粉體與明膠進行納米復合過程中，由于羥基磷灰石缺少與明膠相互作用的活性位點，使得羥基磷灰石與明膠間的相互作用較弱，難以形成穩(wěn)定的自組裝納米結構的缺點，以及表面活性劑殘留導致的生物相容性問題，及其煅燒去除殘留表面活性劑帶來的能耗、成本、環(huán)境等問題，而且克服了高溫下容易導致原有納微結構破壞、表面活性降低等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對當前技術中存在的不足，提供一種羥基磷灰石納米花生/明膠自組裝納米復合材料及其制備方法。本發(fā)明所用的羥基磷灰石納米花生為結晶性良好，無其他雜相，不含表面活性劑的多級結構納米棒，納米棒表面具有豐富的3～12nm的凹坑，且未經煅燒處理，具有良好的表面活性。本發(fā)明不使用表面活性劑，通過多級結構羥基磷灰石納米棒特有的微觀結構與明膠復合，制備自組裝納米復合材料。本發(fā)明克服了現(xiàn)有的通過羥基磷灰石粉體與明膠進行納米復合過程中，由于羥基磷灰石缺少與明膠相互作用的活性位點，使得羥基磷灰石與明膠間的相互作用較弱，難以形成自組裝納米結構，及羥基磷灰石粉體中表面活性劑殘留導致生物相容性問題，煅燒去除殘留表面活性劑導致的耗能、成本的增加、納微結構破壞、表面活性降低等問題。

本發(fā)明的技術方案是：

一種羥基磷灰石納米花生/明膠自組裝納米復合材料，該復合材料的組成包括羥基磷灰石納米花生和明膠，其中，質量比為羥基磷灰石納米花生:明膠＝0.1～10:1；

所述的羥基磷灰石納米花生為長度為50～210納米，寬度為22～52納米的納米棒狀，且表面分布有3～12納米的凹坑；明膠分子通過其極性基團錨固在羥基磷灰石納米棒上的納米凹坑。

所述的羥基磷灰石納米花生/明膠自組裝納米復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將羥基磷灰石納米花生粉體，超生分散在水中，制成0.1～0.01克/毫升羥基磷灰石分散液，待用；

(2)將明膠粉末加入到上步得到的羥基磷灰石分散液中，在室溫下溶脹0.5～2小時，加熱至65～80℃，攪拌至明膠完全溶解，再繼續(xù)攪拌均化1～2小時，制成羥基磷灰石/明膠混合液，待用；其中，每毫升羥基磷灰石分散液加0.01～0.1克明膠粉末；

(3)將步驟(2)中的混合液倒入模具，65～80℃真空濃縮至原重的10％～70％，冷卻至35～37℃保溫2～8小時，放入凍干機中凍干，得到羥基磷灰石納米花生/明膠自組裝納米復合材料；

本發(fā)明的實質性特點為：

當前技術中，由于羥基磷灰石缺少與明膠的作用位點，導致明膠分子與羥基磷灰石之間的結合力薄弱，難以真正實現(xiàn)羥基磷灰石與明膠分子的充分相互作用。本發(fā)明通過將羥基磷灰石納米花生所提供的豐富的表面納米凹坑、納米棒等不同層次的顯微結構與明膠分子進行充分作用，實現(xiàn)明膠分子與納米凹坑的錨固作用進而實現(xiàn)明膠網(wǎng)絡與羥基磷灰石納米棒的自組裝。由于在制備羥基磷灰石納米花生過程中沒有使用表面活性劑，因而沒有任何生物相容性問題，而且避免高溫煅燒去除表面活性劑所帶來的環(huán)境、成本等問題，也避免了高溫對羥基磷灰石納微結構及表面活性的破壞。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明方法所得到的納米復合材料是一種由羥基磷灰石納米花生與明膠通過自組裝得到的一種新型納米復合材料，其中，羥基磷灰石表面豐富的納米凹坑為明膠分子提供了良好的結合位點，使明膠分子可以更加牢固地錨固在羥基磷灰石納米棒上，從而形成穩(wěn)定的自組裝結構。

2.本發(fā)明方法中，采用自主知識產權的羥基磷灰石納米花生作為無機組分，具有不同于以往報道的任何一種羥基磷灰石，其顯微結構為納米花生狀，即表面帶有豐富納米凹坑的納米棒，且合成過程中不使用表面活性劑，無任何生物相容性問題，也不需要高溫煅燒即可脫除殘存的乙醇等小分子，沒有由此產生的環(huán)境、成本、納微結構及表面活性破壞等一系列問題。本發(fā)明使納米羥基磷灰石與明膠分子實現(xiàn)自組裝，進而形成了穩(wěn)定的納米復合結構，該自組裝納米復合材料在骨修復、骨替代領域具有重要的應用價值。

3.本發(fā)明采用的原料明膠屬于普通化學試劑，廉價易得。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1為實施例1中乙醇輔助合成的羥基磷灰石納米花生的tem照片。

圖2為實施例1中羥基磷灰石納米花生/明膠自組裝納米復合材料的照片。

具體實施方式

本發(fā)明所述的羥基磷灰石納米花生粉體具體為長度為50～210納米，寬度為22～52納米的羥基磷灰石納米棒狀，且表面存在豐富的3～12納米的凹坑；

該羥基磷灰石納米花生(hydroxyapatitenanopeanut，亦可稱之為羥基磷灰石多孔納米棒)采用乙醇等小分子作為結構誘導與穩(wěn)定助劑，未使用表面活性劑，詳見專利201310719770.7和xiujieji,etal.anovelethanolinducedandstabilizedhierarchicalnanorods:hydroxyapatitenanopeanut,j.am.ceram.soc.,2015,98[6]1702-1705。

實施例1

(1)取0.5g羥基磷灰石納米花生粉體，在10ml水中超生分散0.5分鐘，制成分散均勻的羥基磷灰石分散液，待用；

(2)將0.5g明膠粉末加入上步得到的羥基磷灰石分散液中，室溫溶脹1小時，再加熱至65℃，攪拌至明膠完全溶解，再繼續(xù)攪拌均化1小時，制成羥基磷灰石/明膠混合液，待用；

(3)將步驟(2)中的混合液倒入模具，65℃真空濃縮至原重的50％，冷卻至35℃保溫2小時，放入凍干機中-2到-5℃下凍干得到羥基磷灰石納米花生/明膠自組裝納米復合材料；

圖1為所用的羥基磷灰石納米花生的tem照片，羥基磷灰石為納米花生狀，長度為50～210納米，寬度為22～52納米，插入圖為局部放大圖，可以清楚觀察到在其表面具有豐富的3～10納米的凹坑。圖2為凍干得到的羥基磷灰石納米花生/明膠自組裝納米復合材料的照片，可以看到羥基磷灰石與明膠形成了均勻的復合材料，沒有發(fā)現(xiàn)分層情況，說明羥基磷灰石納米花生與明膠形成了均勻、穩(wěn)定的自組裝納米復合材料。其中，羥基磷灰石納米花生表面所具有的豐富的納米凹坑起到關鍵作用，這些凹坑具有更高的吸附勢，明膠分子通過非共價鍵作用更加牢固的吸附于這些納米凹坑中，實現(xiàn)錨固作用，從而實現(xiàn)了羥基磷灰石納米花生與明膠的自組裝，進而形成了均勻穩(wěn)定的自組裝納米復合材料。

對比例1

(1)取0.5g羥基磷灰石納米花生粉體，在10ml水中超生分散0.5分鐘，制成分散均勻的羥基磷灰石分散液；

(2)將步驟(1)中的分散液倒入模具，65℃真空濃縮至原重的50％，冷卻至35℃保溫2小時，放入凍干機中-2到-5℃下凍干得到羥基磷灰石納米花生粉末。

與實施例1形成鮮明反差的是，當分散體系中沒有明膠時，羥基磷灰石納米花生無法獲得由明膠分子的錨固結合而產生的阻滯和穩(wěn)定作用，羥基磷灰石納米花生會在濃縮和冷卻過程中發(fā)生沉降，無法得到穩(wěn)定的分散體系。

實施例2

將實施例1中步驟(1)中的羥基磷灰石納米花生粉體用量增為1g，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例3

將實施例1中步驟(1)中的羥基磷灰石納米花生粉體用量減為0.1g，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例4

將實施例1中步驟(2)的攪拌均化時間調整為2小時，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例5

將實施例1中步驟(2)的溶解溫度調整為80℃，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例6

將實施例1中步驟(3)的濃縮量調整為原重的10％，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例7

將實施例1中步驟(3)濃縮溫度調整為80℃，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例8

將實施例1中步驟(3)的保溫溫度調整為37℃，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

實施例9

將實施例1中步驟(3)的保溫時間調整為8小時，其他步驟同實施例1。得到產物同實施例1。

本發(fā)明未盡事宜為公知技術。