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

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：

1、纳米羟基磷灰石[ca10(po4)6(oh)2, n-ha]，含有与人骨相近的矿物成分与结构，具有良好的生物相容性、骨传导性及较高的抗磨损力，同时微偏碱性，在骨科材料中被认为是一种具有良好生物活性的无机纳米材料，但单独使用作为骨科材料脆性大，通常需利用高聚物的韧性提高其加工性。但研究表明，n-ha无机纳米粒子因其固有的易团聚特性，尤其是其表面亲水性，因而很难在疏水性溶剂中分散，以致难以与高聚物有较好的界面结合而制备高强度复合材料；且仅靠单一引入n-ha其成骨活性不足，难以满足血管化骨的形成及达到较高的骨整合能力；另外，n-ha本身缺乏抗菌性，难以预防骨科术区的细菌感染存在的反复性和迟发性。因而对n-ha的有效改性已成为骨科材料研究的热点和难点。

2、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。

3、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[ acs appl. mater.&inter. 2018, 10: 25547-25560]证实阿伦磷酸盐与fe3o4可在纳米磷灰石表面自组装，对成骨细胞有显著的促进作用。因而若将含胺基的双磷酸盐通过胺基的化学键合作用先制备胺化木质素，再与环氧氯丙烷开环合成磷酸化木质素，并将其用于n-ha的制备中，则有望用于制备成骨活性更好的杂化纳米磷灰石。

4、为提高n-ha的抗菌性，国内外学者对n-ha进行过ag+、zn2+等离子掺杂或吸附生物活性物质如万古霉素、抗菌肽等的研究，但都存在如掺杂量难以控制、容易突释、成本高等缺点。而中药马兰的有效成分丁香酸，是一种天然酚类化合物, 其对多重耐药金葡球菌有良好的抗菌能力。文献[j. mol. liq. 2021, 322: 114872] 证实丁香酸能与fe2+或fe3+形成配合物，且抗菌性更强。因而若在含有阿伦磷酸盐结构的磷酸化木质素中再将丁香酸引入，使其与n-ha中的ca2+结合制备杂化纳米磷灰石，则有望赋予n-ha抗菌性，从而使获得的杂化纳米磷灰石不仅具有较好的分散性，而且又具有更好的成骨活性及抗菌性，以更好地应用于骨科材料中。

技术实现思路

1、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。

2、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：

3、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。

4、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：

5、（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。

6、（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。

7、（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。

技术特征：

1.一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，其特征是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杂化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；另在硝酸钙溶液中加入丁香酸反应2小时，其中所述的丁香酸含量为杂化纳米磷灰石含量的5-10wt%，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1 mol/l氢氧化钠调ph 值至10以上，70 ℃加热搅拌5小时，陈化48小时，用去离子水洗涤至中性，干燥研磨成粉，待用。

技术总结
本发明公开了一种具有高分散性及高成骨活性的抗菌性的新型纳米磷灰石的制备方法。该高分散性及高成骨活性的抗菌性的新型纳米磷灰石其特征是指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，设定为A液；另取硝酸钙溶液中加入丁香酸反应2小时，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%的氢氧化钠调pH值至12左右，70℃下加热搅拌5小时，陈化2天，水洗至中性，干燥研磨成粉。本发明制得的杂化纳米磷灰石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。

技术研发人员：唐硕,蒋柳云,王雨卿,沈依菲,苏胜培
受保护的技术使用者：湖南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17