本发明涉及一种一步法快速制备大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料的方法。
背景技术：
生物矿物是生命体的重要组成部分，天然生物矿物几乎都是依靠自组装形成的有机-无机复合材料，很少由纯的无机矿物构成，如骨骼、牙齿、贝壳、珍珠等。这些来源于自然界的复合材料常具有精密的结构和优越的性能，几乎所有优异的生物矿物都采取了有机分子调控无机相生长的策略，因此，研究自然界有机-无机复合物生成过程，在有机模板框架作用下构建有机-无机复合仿生材料具有重要意义。
磷酸钙骨水泥具有良好的生物相容性和成骨活性，室温下可自固化塑型，且固化过程等温，已经成功应用于临床医学的硬组织修复和替代。壳聚糖是一种天然高分子多糖，具有良好的生物相容性、无免疫原性、生物可降解性等优点，在生物医学领域应用广泛。磷酸钙/壳聚糖体系是有机无机复合材料研究中的重点关注对象之一。通过原位沉析法可简便快速地制得结构有序、性能优良的壳聚糖水凝胶，结合无机物原位矿化，可以将磷酸钙引入。磷酸钙在人体生理条件下可转变形成羟基磷灰石，与天然骨磷灰石具有相似的组成结构，植入人体后可参与新陈代谢，具有良好的骨传导性和骨诱导性。因此，使用一步法快速制备大尺寸磷酸钙/壳聚糖复合材料在骨组织工程领域具有良好的实际应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种一步法快速制备大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机材料的方法。
本发明的一种一步法快速制备大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机材料的方法，包括如下步骤：
1)称取一定质量粘均分子量为1万-120万、脱乙酰度为60％-95％的壳聚糖为溶质，以体积分数为2％-20％的醋酸水溶液为溶剂，搅拌至完全溶解，配制成2wt.％-10wt.％的壳聚糖溶液a；
2)称取一定质量乙酸钙粉末，将其加入到壳聚糖溶液a中形成混合物原液b；乙酸钙粉末的加入量以壳聚糖(cs)质量与钙离子所对应的磷酸钙[ca3(po4)2]质量之比理论值计量，使得m(cs):m[ca3(po4)2]为60:40-4:96；再加入一定量尿素，至混合溶液经由wgt-s型雾度仪测得的透光率大于90％，得到均相混合溶液c；
3)通过一步法制备复合水凝胶，具体步骤为：将溶液c注入单开口模具中，并浸入naoh、na3po4混合凝固浴中，其中naoh浓度为2wt.％-10wt.％，c(naoh)：c(na3po4)为1:1-3:1；
4)将所得壳聚糖基复合凝胶脱模，并以去离子水反复洗涤至中性，烘干，获得大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料。
本发明采用一步法制备过程，将凝固浴与转化浴合二为一，在凝胶形成过程中完成磷酸钙晶体原位沉淀，制备工艺简单快速。制得的大尺寸壳聚糖-磷酸钙复合材料在成功维持壳聚糖凝胶原有三维有序结构特点的同时，成功引入磷酸钙无机物组分，并且其有机/无机含量比例可通过简单地改变投料比、凝固浴条件等进行调控，制备不同矿物含量的复合材料，以适应骨修复领域对钙源、结构以及性能的需求，尤其是该方法可制得高矿物含量的复合材料。
本发明通过引入尿素可以很好的解决无机物在有机物中分散不均易沉降的问题，使得无机物可均匀分布于有机物之间，有利于获得具有高无机物含量的有机/无机杂化材料。此外，本发明方法可大大缩减无机物矿化时间从而缩短制备周期，传统有机/无机杂化材料制备方法往往需要一周以上的时间，而本发明可在6h内获得矿化产物。
具体实施方式
以下结合具体实例进一步说明本发明。
实施例1：
1)称取1g壳聚糖(粘均分子量为1万、脱乙酰度为60％)加入到100ml烧杯中，再加入9ml体积分数为2％的醋酸水溶液，搅拌均匀后获得10wt.％的壳聚糖溶液a；
2)称取一定质量乙酸钙粉末，将其加入到壳聚糖溶液a中形成混合物原液b。所加入量以壳聚糖(cs)质量与钙离子所对应的磷酸钙[ca3(po4)2]质量之比理论值计量，m(cs):m[ca3(po4)2]为4:96。再加入一定量尿素，至混合溶液经由wgt-s型雾度仪测得的透光率大于90％，得到均相混合溶液c；
3)通过一步法制备复合水凝胶，具体步骤为：将溶液c注入单开口模具中，并浸入naoh、na3po4混合凝固浴中，其中naoh浓度为2wt.％，c(naoh)：c(na3po4)为1:1；
4)将所得壳聚糖基复合凝胶脱模，并以去离子水反复洗涤至中性，烘干，获得大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料。
本例制得的大尺寸(10cm×10cm×2cm)磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料无机物含量为94.9％。
实施例2：
1)称取1g壳聚糖(粘均分子量为20万、脱乙酰度为70％)加入到100ml烧杯中，再加入11.5ml体积分数为5％的醋酸水溶液，搅拌均匀后获得8wt.％的壳聚糖溶液a；
2)称取一定质量乙酸钙粉末，将其加入到壳聚糖溶液a中形成混合物原液b。所加入量以壳聚糖(cs)质量与钙离子所对应的磷酸钙[ca3(po4)2]质量之比理论值计量，m(cs):m[ca3(po4)2]为20:80。再加入一定量尿素，至混合溶液经由wgt-s型雾度仪测得的透光率大于90％，得到均相混合溶液c；
3)通过一步法制备复合水凝胶，具体步骤为：将溶液c注入单开口模具中，并浸入naoh、na3po4混合凝固浴中，其中naoh浓度为4wt.％，c(naoh)：c(na3po4)为1:1；
4)将所得壳聚糖基复合凝胶脱模，并以去离子水反复洗涤至中性，烘干，获得大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料。
本例制得的大尺寸(10cm×10cm×2cm)磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料无机物含量为79.1％。
实施例3：
1)称取1g壳聚糖(粘均分子量为50万、脱乙酰度为80％)加入到100ml烧杯中，再加入19ml体积分数为10％的醋酸水溶液，搅拌均匀后获得5wt.％的壳聚糖溶液a；
2)称取一定质量乙酸钙粉末，将其加入到壳聚糖溶液a中形成混合物原液b。所加入量以壳聚糖(cs)质量与钙离子所对应的磷酸钙[ca3(po4)2]质量之比理论值计量，m(cs):m[ca3(po4)2]为25:75。再加入一定量尿素，至混合溶液经由wgt-s型雾度仪测得的透光率大于90％，得到均相混合溶液c；
3)通过一步法制备复合水凝胶，具体步骤为：将溶液c注入单开口模具中，并浸入naoh、na3po4混合凝固浴中，其中naoh浓度为5wt.％，c(naoh)：c(na3po4)为2:1；
4)将所得壳聚糖基复合凝胶脱模，并以去离子水反复洗涤至中性，烘干，获得大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料。
本例制得的大尺寸(10cm×10cm×2cm)磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料无机物含量为73.3％。
实施例4：
1)称取1g壳聚糖(粘均分子量为100万、脱乙酰度为90％)加入到100ml烧杯中，再加入24ml体积分数为15％的醋酸水溶液，搅拌均匀后获得4wt.％的壳聚糖溶液a；
2)称取一定质量乙酸钙粉末，将其加入到壳聚糖溶液a中形成混合物原液b。所加入量以壳聚糖(cs)质量与钙离子所对应的磷酸钙[ca3(po4)2]质量之比理论值计量，m(cs):m[ca3(po4)2]为40:60。再加入一定量尿素，至混合溶液经由wgt-s型雾度仪测得的透光率大于90％，得到均相混合溶液c；
3)通过一步法制备复合水凝胶，具体步骤为：将溶液c注入单开口模具中，并浸入naoh、na3po4混合凝固浴中，其中naoh浓度为8wt.％，c(naoh)：c(na3po4)为2:1；
4)将所得壳聚糖基复合凝胶脱模，并以去离子水反复洗涤至中性，烘干，获得大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料。
本例制得的大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料无机物含量为59.3％。
实施例5：
1)称取1g壳聚糖(粘均分子量为120万、脱乙酰度为95％)加入到100ml烧杯中，再加入49ml体积分数为20％的醋酸水溶液，搅拌均匀后获得2wt.％的壳聚糖溶液a；
2)称取一定质量乙酸钙粉末，将其加入到壳聚糖溶液a中形成混合物原液b。所加入量以壳聚糖(cs)质量与钙离子所对应的磷酸钙[ca3(po4)2]质量之比理论值计量，m(cs):m[ca3(po4)2]为60:40。再加入一定量尿素，至混合溶液经由wgt-s型雾度仪测得的透光率大于90％，得到均相混合溶液c；
3)通过一步法制备复合水凝胶，具体步骤为：将溶液c注入单开口模具中，并浸入naoh、na3po4混合凝固浴中，其中naoh浓度为10wt.％，c(naoh)：c(na3po4)为3:1；
4)将所得壳聚糖基复合凝胶脱模，并以去离子水反复洗涤至中性，烘干，获得大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料。
本例制得的大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料无机物含量为39.2％。
实施例6：
1)称取1g壳聚糖(粘均分子量为100万、脱乙酰度为90％)加入到100ml烧杯中，再加入24ml体积分数为15％的醋酸水溶液，搅拌均匀后获得4wt.％的壳聚糖溶液a；
2)称取一定质量乙酸钙粉末，将其加入到壳聚糖溶液a中形成混合物原液b。所加入量以壳聚糖(cs)质量与钙离子所对应的磷酸钙[ca3(po4)2]质量之比理论值计量，m(cs):m[ca3(po4)2]为40:60。混合溶液b中形成絮状沉淀，在不加入尿素的情况下，体系始终呈现浑浊的凝胶状态，无法满足凝固浴中原位矿化的要求，故而未能进行后续操作。
可以看出，在不加入小分子尿素调节的情况下，不能制得大尺寸磷酸钙/壳聚糖有机无机杂化材料。