專利名稱：一種碳酸鈣微球的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于材料領域，具體涉及一種利用絲素納米球作為模板制備碳酸鈣微球的 方法。
背景技術：
絲素蛋白是一種自然界中廣泛存在的結構蛋白，可從家蠶絲纖維中提取，來源充 足，提取方法簡單，具有良好的生物相容性、生物可降解性，并且力學性能優(yōu)良，對細胞的粘 附、擴增、分化作用良好，是一種很有發(fā)展前景的有機基質材料。絲素蛋白可制備成溶液、薄 膜、多孔支架、凝膠等多種形式，在生物醫(yī)學領域已開展廣泛的研究。碳酸鈣作為世界上最廣泛的礦物，它有三種同質異象體方解石(斜方六面體 型)、文石(針狀)、球霰石(球形)。在生物體內，碳酸鈣由于與少量有機基質(蛋白質、多 糖等)的特殊結合，形成了高度有序、與主體不同性質的無機/有機材料，從而獲得了韌性 遠高于普通陶瓷的生物陶瓷材料。生物體內的碳酸鈣不僅具有特殊的機械性能、光學性能 以及復雜的形貌，而且在生物礦化過程中，生物體能從納米到微米級的尺度上對碳酸鈣的 礦化過程進行精確的控制。近年來，有關仿生礦化的研究十分引人注目，其主要原因不僅在 于該領域具有明顯的學科交叉與滲透特點，它處于生命科學與無機化學、生物物理學和材 料科學的交匯點，更為重要的是它為人工合成具有獨特精美形貌的晶體材料和生物智能材 料提供了一種新的思路，而且合成過程中能耗較低，因而符合對材料科學綠色環(huán)保的要求， 是目前材料學家研究的熱點。碳酸鈣納米或者微米級顆?；蛘呶⑶蛟卺t(yī)學、藥學、日化產品、涂料、油墨等多個 領域有著廣泛和重要的用途。目前已有多種成熟技術制備生產不同結構和形貌的碳酸鈣粉 末，然而絕大部分技術都存在能耗高、制備條件苛刻的問題，同時制備所得碳酸鈣粉末尺寸 分布大，均勻性較差，迫切需要開發(fā)新的制備技術和方法。生物仿生技術的發(fā)展給碳酸鈣粉 體的制備帶來了新的發(fā)展機遇，利用生物仿生技術，有望在常溫、常壓、水溶液體系中獲得 尺寸形貌均一的碳酸鈣產品，從而有效提高產品質量，降低能耗。通過仿生技術制備碳酸鈣納米或者微米顆粒的研究已見報道。Xu AW等研究者 2005 年發(fā)表在 Advanced Functional Materials 的文獻"Uniform Hexagonal plates of vaterite CaC03 mesocrystals formed by biomimetic mineralization，，以及 2007 年發(fā) 表在Advanced Materials 的文獻"Polymer-mediated mineralization and self-similar mesoscale-organized calcium carbonate with unusual superstructures，，中指出，利 用羥乙基纖維素或者聚苯乙烯-順丁烯酸做模板，可以控制碳酸鈣微球的形貌。Kaplan DL 等 2002 年發(fā)表在"Crystal Growth and Design，，的文獻"Selective in vitro effect of peptides on calcium carbonate crystallization" Φ^iJ ,, ^lJM^IWiiHIS. ^T Α K 碳酸鈣的納米和微米結構和形貌，但其利用合成特定高分子或者多肽作為模板，價格昂貴， 并不適合于規(guī)?；a。目前，也可見利用絲素蛋白作為模板制備碳酸鈣粉體的文獻和專 利報道(如申請?zhí)枮镃N200710069129. 8的專利“絲素/碳酸鈣納米復合材料及其制備方法”，An XQ 等 2008 年發(fā)表在“Journal of Physical Chemistry C 的文獻“Coeffect of silk fibroin and self-assembly monolayers on the biomineralization of calcium carbonate，，，以及 Cheng C 等 2008 年發(fā)表在“Advanced Functional Materials” 的文獻 "Silk fibroin-regulated crystallization of calcium carbonate，，)，但其都并未對絲 素蛋白的納米結構進行調控，從而無法有效調控碳酸鈣的結構和形貌
發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種碳酸鈣微球的制備方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種碳酸鈣微球的制備方法，首先制 備模板，然后在模板表面形成碳酸鈣殼層，制備得到碳酸鈣微球，其中，制備模板的方法選 自以下兩種方法的任一種，方法一為配制質量濃度為0. 1 20%的絲素蛋白水溶液，于10 90°C下密封培 育0. 5 48小時；然后在電場強度1. OX IO2 1. OX 105V/m條件下，絲素蛋白自組裝形成 直徑在10 2000nm的納米凝膠顆粒，以所述納米凝膠顆粒為模板；方法二為配制質量濃度為0. 1 20%的絲素蛋白水溶液，于10 90°C下密封培 育0. 5 48小時；然后在電場強度1. OX IO2 1. OX 105V/m條件下，絲素蛋白自組裝形成 直徑在10 2000nm的納米凝膠顆粒，將所述納米凝膠顆粒于_80 0°C溫度下冷凍干燥， 獲得直徑在10 2000nm的固體絲素蛋白納米球，并且主要以無規(guī)構象的二級結構存在，以 所述固體絲素蛋白納米球為模板。以上述納米凝膠顆粒或固體絲素蛋白納米球為模板，在模板表面形成碳酸鈣殼 層，制備得到碳酸鈣微球的方法為現(xiàn)有技術，具體地，可以選自以下方法中的任一種方法一包括以下步驟(1)將納米凝膠顆?；蚬腆w絲素蛋白納米球分散于鈣離子濃度為0. 01 lOmol/L 的氯化鈣水溶液中；(2)將步驟(1)所得溶液與碳酸氨固體同置于密閉體系中，碳酸氨同氯化鈣的質 量比在3 1 2 1之間，0 100°C密閉放置0.5 24小時，獲得碳酸鈣微球乳濁液；(3)將乳濁液離心分離，用水和無水乙醇分別洗滌3 5次，真空干燥，獲得碳酸鈣 微球。方法二包括以下步驟將固體絲素蛋白納米球分散于鈣離子濃度為0. 01 lOmol/L的氯化鈣水溶液 中1 300分鐘后取出，與碳酸氨固體同置于密閉體系中，碳酸氨同氯化鈣的質量比在 3 1 2 1之間，0 100°C密閉放置0.5 24小時，碳酸鈣晶體在固體絲素蛋白納米 球上沉積，獲得碳酸鈣微球。進一步的技術方案中，將所得碳酸鈣微球在200 600°C煅燒，去除絲素蛋白，獲 得碳酸鈣空心微球。更進一步的技術方案中，將所得碳酸鈣微球重新在鈣離子濃度為0. 01 IOmol/ L的氯化鈣溶液中分散，將此溶液與碳酸氨固體同置于密閉體系中，碳酸氨同氯化鈣的質量 比在3 1 2 1之間，0 100°C密閉放置0.5 24小時，獲得更大尺寸和復雜結構的 碳酸鈣顆粒。
由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點1、本發(fā)明首次使用電處理絲素溶液獲得尺寸可控的絲素納米顆粒，并使用絲素納 米顆粒做模板制備碳酸鈣微球，所用制備過程未涉及有毒溶劑，常溫常壓，制備條件溫和可 控。
2、本發(fā)明在制備尺寸可控的絲素蛋白納米球過程中，溶液的處理環(huán)境溫度在 IOO0C以下，反應條件溫和，不破壞絲素的二級結構，且制備方法簡單，易于控制，絲素蛋白 納米球的尺寸可控，進而作為模板獲得尺寸可控的碳酸鈣微球，所得碳酸鈣微球可作為日 化用品、涂料、油墨的填充物，也可以作為組織修復材料和載藥載體。3、本發(fā)明在制備尺寸可控的絲素蛋白納米球和碳酸鈣微球的過程中，成型后，分 離簡單，所需設備簡單，可以大規(guī)模的生產。


圖1是實施例一技術方案所制備絲素蛋白模板的掃描電鏡和紅外光譜結果，其中 (a)為掃描電鏡圖，(b)為紅外光譜結果；圖2是實施例一技術方案所制備碳酸鈣微球的掃描電鏡和紅外光譜結果，其中 (a)為掃描電鏡圖，(b)為紅外光譜結果；圖3是實施例二技術方案所制備碳酸鈣微球的掃描電鏡圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一將蠶絲在0. 5%的Na2CO3溶液中100°C煮60min，以去除蠶絲外部的絲膠蛋白，使 用去離子水沖洗，重復3次，60°C干燥后獲得純的絲素蛋白。將Ig的絲素蛋白溶于IOmL三 元溶液中(由CaCl2/水/乙醇摩爾比為1 8 2配成)，并將此絲素溶液裝在透析袋浸 在去離子水中透析4天，期間每兩小時換一次水，去除溶液中的CaCl2和乙醇，從而得到純 凈的絲素蛋白溶液，其濃度為2%。將溶液濃縮到10%，在50°C下密封培育6小時后，稀釋回0. 8%的濃度，取15mL裝 在安裝有電極的容器中，接通電源通50V的電壓，構建場強為3 X 103V/m的定向電場，通電5 分鐘，絲素蛋白在電場作用下自組裝，形成絲素納米顆粒。將其離心后，在-40°C溫度下冷凍 干燥獲得絲素納米顆粒。對絲素納米顆粒進行電鏡掃描和紅外分析，如圖1所示，絲素蛋白 納米顆粒的直徑約為300nm，主要以無規(guī)構象的二級結構存在。將獲得的絲素納米顆粒分散在氯化鈣水溶液中，其中，鈣離子濃度為lmol/L，然后 量取20ml溶液盛放在表面皿中，放置在特制容器上層(所述特制容器為具有相互通氣的上 下兩層的密閉容器)，下層放置1. Sg碳酸銨，容器封閉，室溫放置6小時，獲得碳酸鈣乳濁 液，將其離心，洗滌，干燥后，得到碳酸鈣微球。對碳酸鈣微球進行電鏡掃描和紅外分析，得 圖2，如圖2所示，所制得的碳酸鈣微球直徑在1微米左右，主要為方解石結構。實施例二將蠶絲在0. 5%的Na2CO3溶液中100°C煮60min，以去除蠶絲外部的絲膠蛋白，使 用去離子水沖洗，重復3次，60°C干燥后獲得純的絲素蛋白。將Ig的絲素蛋白溶于IOmL三元溶液中(由CaCl2/水/乙醇摩爾比為1 8 2配成)，并將此絲素溶液裝在透析袋浸 在去離子水中透析4天，期間每兩小時換一次水，去除溶液中的CaCl2和乙醇，從而得到純 凈的絲素蛋白溶液，其濃度為2%。將溶液濃縮到10%，在70°C下密封培育6小時，稀釋回到2%的濃度，取15mL裝在 安裝有電極的容器中，接通電源通20V電壓，構建場強為IX 103V/m的定向電場，通電30分鐘，形成類凝膠狀物，在-20°C溫度下冷凍干燥，獲得由絲素蛋白納米顆粒組成的固體，其中 顆粒直徑為500 lOOOnm。將獲得的含絲素蛋白納米顆粒的固體浸泡在8mol/L的氯化鈣溶液中30分鐘后取 出，將取出的塊狀物盛放在表面積大的表面皿中，放置在特制的容器上層，下層放置14. 4g 碳酸銨，容器封閉，將容器放置在室溫下6小時，碳酸鈣晶體在塊狀絲素蛋白上沉積，獲得 碳酸鈣微球樣品。如圖3所示，碳酸鈣微球的尺寸為1 5μπι。實施例三將蠶絲在0. 5%的Na2CO3溶液中100°C煮60min，以去除蠶絲外部的絲膠蛋白，使 用去離子水沖洗，重復3次，60°C干燥后獲得純的絲素蛋白。將Ig的絲素蛋白溶于IOmL三 元溶液中(由CaCl2/水/乙醇摩爾比為1 8 2配成)，并將此絲素溶液裝在透析袋浸 在去離子水中透析4天，期間每兩小時換一次水，去除溶液中的CaCl2O和乙醇，從而得到純 凈的絲素蛋白溶液，其濃度為2%。將溶液在40°C下密封培育36小時，取15mL裝在安裝有電極的容器中，接通電源通 35V電壓，構建場強為3. 5X103V/m定向電場，通電5分鐘，絲素蛋白在電場作用下自組裝， 形成絲素納米顆粒。將其離心后，在-20°C溫度下冷凍干燥獲得絲素納米顆粒。絲素蛋白納 米顆粒的直徑約為300nm，主要以無規(guī)構象的二級結構存在。將獲得的絲素納米顆粒分散在lmol/L的鈣離子的溶液中，然后將溶液盛放在表 面皿中，放置在特制容器上層，下層放置的1.024g碳酸氫銨，容器封閉，4°C放置6小時，獲 得碳酸鈣乳濁液，將其離心，干燥，洗滌后，得到碳酸鈣微球樣品，樣品直徑小于1微米。實施例四將蠶絲在0. 5%的Na2CO3溶液中100°C煮60min，以去除蠶絲外部的絲膠蛋白，使 用去離子水沖洗，重復3次，60°C干燥后獲得純的絲素蛋白。將Ig的絲素蛋白溶于IOmL三 元溶液中(由CaCl2/水/乙醇摩爾比為1 8 2配成)，并將此絲素溶液裝在透析袋浸 在去離子水中透析4天，期間每兩小時換一次水，去除溶液中的CaCl2和乙醇，從而得到純 凈的絲素蛋白溶液，其濃度為2%。將溶液在70°C下密封培育6小時，取15mL裝在安裝有電極的容器中，接通電源通 30V電壓，構建電場強度為3 X 103V/m定向電場，通電30分鐘，形成類凝膠狀物，在-20°C溫 度下冷凍干燥，獲得由絲素蛋白納米顆粒組成的固體，其中顆粒直徑為500 lOOOnm。將獲得的含絲素蛋白納米顆粒的固體浸泡在含lmol/L的鈣離子的溶液中30分 鐘后取出，將取出的塊狀物盛放在表面積大的表面皿中，放置在特制的容器上層，下層放置 14. 4g碳酸銨，容器封閉，在4°C環(huán)境下放置3小時，碳酸鈣晶體在塊狀絲素蛋白上沉積，獲 得碳酸鈣微球樣品，其尺寸為1 3μπι。實施例五將蠶絲在0. 5%的Na2CO3溶液中100°C煮60min，以去除蠶絲外部的絲膠蛋白，使用去離子水沖洗，重復3次，60°C干燥后獲得純的絲素蛋白。將Ig的絲素蛋白溶于IOmL三 元溶液中(由CaCl2/水/乙醇摩爾比為1 8 2配成)，并將此絲素溶液裝在透析袋浸 在去離子水中透析4天，期間每兩小時換一次水，去除溶液中的CaCl2和乙醇，從而得到純 凈的絲素蛋白溶液，其濃度為2%。將溶液稀釋0.8%，在50°C下密封培育40小時，取15mL裝在安裝有電極的容器中，接通電源通50V電壓，構建3X103V/m定向電場，通電5分鐘，絲素蛋白在電場作用下自 組裝，形成絲素納米顆粒。將其離心后，在-40°C溫度下冷凍干燥獲得絲素納米顆粒。絲素 蛋白納米顆粒的直徑約為300nm，主要以無規(guī)構象的二級結構存在。將獲得的絲素納米顆粒分散在含lmol/L鈣離子的溶液中，然后將溶液盛放在表 面皿中，放置在特制容器上層，下層放置1. Sg碳酸銨，容器封閉，室溫放置6小時，獲得碳酸 鈣乳濁液，將其離心，洗滌，干燥后，得到碳酸鈣微球樣品，微球直徑在1微米左右。將碳酸 鈣微球在馬弗爐中600°C煅燒1小時，獲得碳酸鈣空心球樣品。實施例六將蠶絲在0. 5%的Na2CO3溶液中100°C煮60min，以去除蠶絲外部的絲膠蛋白，使 用去離子水沖洗，重復3次，60°C干燥后獲得純的絲素蛋白。將Ig的絲素蛋白溶于IOmL三 元溶液中(由CaCl2/水/乙醇摩爾比為1 8 2配成)，并將此絲素溶液裝在透析袋浸 在去離子水中透析4天，期間每兩小時換一次水，去除溶液中的CaCl2和乙醇，從而得到純 凈的絲素蛋白溶液，其濃度為2%。將溶液稀釋0. 8%，在50°C下密封培育6小時，取15mL此溶液，將Img的阿霉素 藥物溶解在如上絲素溶液中，然后裝在安裝有電極的容器中，接通電源通50V電壓，構建 3X103V/m定向電場，通電5分鐘，絲素蛋白在電場作用下自組裝，形成包覆有阿霉素的絲素 納米顆粒。將其離心后，在_40°C溫度下冷凍干燥獲得絲素納米顆粒。絲素蛋白納米顆粒的 直徑約為300nm，主要以無規(guī)構象的二級結構存在。將獲得的包覆阿霉素的絲素納米顆粒分散在含lmol/L鈣離子的溶液中，然后將溶液盛放在表面皿中，放置在特制容器上層，下層放置1. Sg碳酸銨，容器封閉，室溫放置6 小時，獲得碳酸鈣乳濁液，將其離心，洗滌，干燥后，得到加載了阿霉素藥物的碳酸鈣微球樣 品，微球直徑在1微米左右。
權利要求
一種碳酸鈣微球的制備方法，首先制備模板，然后在模板表面形成碳酸鈣殼層，制備得到碳酸鈣微球，其特征在于，其中，制備模板的方法選為配制質量濃度為0.1～20％的絲素蛋白水溶液，于10～90℃下密封培育0.5～48小時；然后在電場強度1.0×102～1.0×105V/m條件下，絲素蛋白自組裝形成直徑在10～2000nm的納米凝膠顆粒，以所述納米凝膠顆粒為模板。
2.一種碳酸鈣微球的制備方法，首先制備模板，然后在模板表面形成碳酸鈣殼層，制 備得到碳酸鈣微球，其特征在于，其中，制備模板的方法選為配制質量濃度為0. 1 20% 的絲素蛋白水溶液，于10 90°C下密封培育0. 5 48小時；然后在電場強度1. OXlO2 1. OX 105V/m條件下，絲素蛋白自組裝形成直徑在10 2000nm的納米凝膠顆粒，將所述納 米凝膠顆粒于-80 0°C溫度下冷凍干燥，獲得直徑在10 2000nm的固體絲素蛋白納米 球，并且主要以無規(guī)構象的二級結構存在，以所述固體絲素蛋白納米球為模板。
3.一種制備碳酸鈣空心微球的方法，其特征在于，將采用權利要求1或2所述方法制備 得到的碳酸鈣微球在200 600°C煅燒，去除絲素蛋白，獲得碳酸鈣空心微球。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料領域，具體涉及一種利用絲素納米球作為模板制備碳酸鈣微球的方法配制質量濃度為0.1～20％的絲素蛋白水溶液，于10～90℃下密封培育0.5～48小時；然后在電場強度1.0×102～1.0×105V/m條件下，絲素蛋白自組裝形成直徑在10～2000納米的納米凝膠顆粒；將所述納米凝膠顆粒于-80～0℃溫度下冷凍干燥，獲得直徑在10～2000納米之間的固體絲素蛋白納米球，以納米凝膠顆?；蚬腆w絲素蛋白納米球為模板，在模板表面形成碳酸鈣殼層，制備得到碳酸鈣微球。整個制備過程常溫、常壓，不需要添加任何有毒的化學試劑。碳酸鈣微球的尺寸可控，完全能夠滿足在化妝品、油墨、涂料、載藥材料等多個不同領域的應用要求。
文檔編號C01F11/18GK101844789SQ20101020259
公開日2010年9月29日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權日2010年6月18日
發(fā)明者盧神州, 呂強, 李明忠, 王建南, 黃永利 申請人:蘇州大學