镓掺杂的无定形磷酸钙生物活性纳米材料的制备方法与流程

本发明属于纳米材料技术领域，具体是一种镓掺杂的无定形磷酸钙生物活性纳米材料的制备方法。

背景技术：

镓是自然界存在的第III族中稀散元素之一，动物实验、药代动力学研究以及Ⅰ、Ⅱ期临床研究表明:Ga³⁺及其配合物具有明显的抑瘤效应且毒副作用小,镓抗癌药物及放射性药物的研发日益受到人们的青眯。镓不仅有抗癌作用,而且还能有效地治疗某些难治性骨疾患及恶性肿瘤病人晚期骨转移而引起的高血钙症，并对铜绿甲胞杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等医院获得性细菌具有良好的杀灭作用。因此，硝酸镓的抗癌杀菌作用，受到了人们的广泛关注。但硝酸镓的生物利用率很低，需要长期并且持续的静脉给药，过量的镓引起腹泻、恶心、低血钙、肾毒性等毒副作用，限制了其在医疗领域的广泛应用。

磷酸钙因其在生物体内优异的生物相容性、生物可降解性和生物活性，广泛应用于生物矿化和生物医学等领域。无定形磷酸钙(ACP)是一种特殊的磷酸钙材料，它具有其他晶态磷酸钙材料所不具备的优势：(1)ACP在生物体内骨传导性和对人造骨细胞的粘附性能比羟基磷灰石(HA)好；(2)它的生物降解速率高于可降解的磷酸三钙(TCP)，并且可以通过改变其组分对某些特性进行调节；同时ACP在生物矿化中起着十分重要的作用：①作为矿物相前驱体；②作为Ca、P元素的存储体，调节成骨速度与体内Ca、P含量，有效预防缺钙造成的佝偻病；③ACP各向同性，能赋予骨豁更强的力学性能。因此，ACP在生物医学领域用途很广泛,可以用作生物涂层、生物陶瓷、药物载体、支架材料等。因此为实现硝酸镓的持续释放，延长其作用时间，提高其生物活性和利用率，我们将硝酸镓掺入无定形磷酸钙(ACP)中，制备出具有Ga³⁺的杀菌性能，潜在的抗癌和诱导骨生长的性能，并具有ACP优异的生物性能(可作为骨水泥、支架材料、调节体内Ca、P等)的生物活性纳米材料。

技术实现要素：

本发明的目的是解决硝酸镓的生物利用率很低，需要长期并且持续的静脉给药的缺点，并利用无定形磷酸钙(ACP)在生物体内优异的生物相容性、生物可降解性和生物活性的优点，因此我们提出将硝酸镓掺入无定形磷酸钙(ACP)中，制备出实现硝酸镓的持续释放，延长其作用时间，提高其生物利用率的镓掺杂的无定形磷酸钙生物活性纳米材料。

本发明技术方案如下:

一种镓掺杂的无定形磷酸钙生物活性纳米材料的制备方法，其特点在于，包括如下步骤：

①以三蒸水为溶剂，配置下列溶液：

钙盐和镓盐的混合溶液即Ca、Ga离子混合溶液：按二价钙盐：硝酸镓的摩尔比为1：(0.1～0.5)，称取适量的二价钙盐和硝酸镓，配置浓度为0.3mol/L的二价钙盐和硝酸镓的混合溶液，并利用浓氨水将二价钙盐和硝酸镓的混合溶液的PH调到9.5～10；

磷酸氢二铵溶液：称取适量磷酸氢二铵，配置浓度为0.2mol/L的磷酸氢二氨溶液，并利用浓氨水将磷酸氢二氨溶液的PH调到9.5～10；

②取适量的聚乙二醇PEG加入所述的二价钙盐和硝酸镓的混合溶液中，使(Ca+Ga)离子与PEG的摩尔比为1：(4～6)，搅拌10～15min；

③加入所述的磷酸氢二氨溶液，使(Ca+Ga)离子与P离子的摩尔比为1.5～1.8，搅拌40～60min；

④在5000～8000rpm下离心3～5min，得到白色沉淀后，用乙醇和三蒸水分别交叉洗涤2～3次后，真空冷冻干燥10～12h，得到镓掺杂的无定形磷酸钙生物活性纳米材料。

所述的PEG为PEG400。

所述的二价钙盐为硝酸钙或氯化钙。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)将硝酸镓掺入可降解的无定形磷酸钙中，得到镓掺杂的无定形磷酸钙生物活性纳米材料，实现镓的持续释放，延长硝酸镓作用时间，提高硝酸镓生物利用率。镓掺杂的无定形磷酸钙不仅具有Ga³⁺的杀菌性能，潜在的抗癌和诱导骨生长的性能，并具有无定形磷酸钙优异的生物性能(可作为骨水泥、支架材料、调节体内Ca、P等)。

2)具有无污染、成本低廉、操作简便、工艺简单和易于进行大批量生产的特点。

3)反应条件温和，在室温下即可获得物相稳定的镓掺杂的无定形磷酸钙纳米材料。

附图说明

图1本发明实施例1制备镓掺杂的无定形磷酸钙生物活性纳米材料的X射线衍射图谱(XRD)。

图2本发明实施例1制备镓掺杂的无定形磷酸钙生物活性纳米材料的扫描电子显微镜图(SEM)。

图3本发明实施例4制备镓掺杂的无定形磷酸钙生物活性纳米材料的扫描电子显微镜图(SEM)。

具体实施方式

实施例1

一种镓掺杂的无定形磷酸钙生物活性纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)以三蒸水为溶剂，配置下列溶液：

称取适量的Ca(NO₃)₂.4H₂O和Ga(NO₃)₃.xH₂O，配置20ml浓度为0.3mol/L的混合溶液，使Ca(NO₃)₂.4H₂O：Ga(NO₃)₃.xH₂O的摩尔比为1:0.1，并用浓氨水将上述溶液的PH调到9.5～10；

称取适量磷酸氢二氨，配置浓度为0.2mol/L的20ml磷酸氢二氨溶液，并用浓氨水将上述溶液的PH调到9.5～10；

(2)取0.036mol的PEG400加入Ga(NO₃)₃.x H₂O和Ca(NO₃)₂.4H₂O混合溶液中，并搅拌；

(3)搅拌15min后，迅速加入所述磷酸盐水溶液，使(Ca+Ga)离子与P离子的摩尔比为1.5，搅拌60min；

(4)然后，在6000rpm下离心4min，得到白色沉淀后，分别用乙醇和三蒸水交叉洗涤2次，后真空冷冻干燥12h，得到所述纳米材料。

图1本发明实施例1所制备镓掺杂的纳米无定形磷酸钙粉末样品的X射线衍射图谱(XRD)，图2本发明实施例1所制备镓掺杂的纳米无定形磷酸钙粉末样品的扫描电子显微镜图(SEM)。

实施例2

一种镓掺杂的纳米无定形磷酸钙生物活性纳米材料的制备方法，同实施例1步骤，所不同的是取0.03mol的PEG400加入Ga(NO₃)₃.x H₂O和CaCl₂混合溶液中，并搅拌12min后，加入所述磷酸盐水溶液，使(Ca+Ga)离子与P离子的摩尔比为1.5，搅拌50min，然后，在5000rpm下离心5min，得到白色沉淀后，分别用乙醇和三蒸水交叉洗涤3次，后真空冷冻干燥10h，得到镓掺杂的纳米无定形磷酸钙粉末。

实施例3

一种镓掺杂的纳米无定形磷酸钙生物活性纳米材料的制备方法，同实施例1步骤，所不同的是Ga(NO₃)₃.xH₂O:Ca(NO₃)₂.4H₂O的摩尔比为0.3:1，并取0.03mol的PEG400加入Ga(NO₃)₃.xH₂O和Ca(NO₃)₂.4H₂O混合溶液中，并搅拌12min后，加入所述磷酸盐水溶液，使(Ca+Ga)离子与P离子的摩尔比为1.5，搅拌50min，然后，在8000rpm下离心3min，得到白色沉淀，然后，分别用乙醇和三蒸水交叉洗涤3次，后真空冷冻干燥11h，得到镓掺杂的纳米无定形磷酸钙粉末。

实施例4

一种镓掺杂的纳米无定形磷酸钙生物活性纳米材料的制备方法，同实施例1步骤，所不同的是Ga(NO₃)₃.xH₂O:Ca(NO₃)₂.4H₂O的摩尔比为0.5:1，并取0.024mol的PEG400加入Ga(NO₃)₃.xH₂O和Ca(NO₃)₂.4H₂O混合溶液中，并搅拌10min后，加入所述述磷酸盐水溶液，使(Ca+Ga)离子与P离子的摩尔比为1.5，搅拌40min，得到镓掺杂的纳米无定形磷酸钙粉末。

图3本发明实施例4所制备镓掺杂的纳米无定形磷酸钙粉末样品的扫描电子显微镜图(SEM)。

实施例5

一种镓掺杂的纳米无定形磷酸钙生物活性纳米材料的制备方法，同实施例1步骤，所不同的是Ga(NO₃)₃.xH₂O:Ca(NO₃)₂.4H₂O的摩尔比为0.3:1，并取0.028mol的PEG400加入Ga(NO₃)₃.xH₂O和Ca(NO₃)₂.4H₂O混合溶液中，并搅拌15min后，加入所述述磷酸盐水溶液，使(Ca+Ga)离子与P离子的摩尔比为1.8，搅拌60min，得到镓掺杂的纳米无定形磷酸钙粉末。