專利名稱：一種鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及抗菌材料領域，具體涉及一種鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料及其制備方法。
背景技術：
現今，很多抗菌物質、抗菌材料被用于牙科抗菌的研究。包括有機的三氯生，檸檬酸鋅等。抗菌研究表明，除抗生素外，銀、鋅、銅等金屬離子也具有廣譜的抗菌作用。在金屬離子中，鋅不僅價格低廉，而且具有較高的化學穩定性和環境安全性；鋅不易著色，抗菌時效長，是一種理想有效的抑菌離子。鋅具有多重抗菌效果，Zn2+和含鋅化合物可以有效地減少細菌生長，阻止牙菌斑的形成以及減少口臭。牙膏、漱口水等口腔護理用品一般都使用含鋅產物作為抗菌材料，但是同時研究表明牙齒、牙齦區域的鋅離子含量在30-60min內快速·降低，不能達到長時間抗菌效果。作為牙齒的主要無機成分，鈣的載鋅磷酸鹽被廣泛用于牙科材料。例如在牙膏中鈣的載鋅磷酸鹽具有多重功能性，如作為礦化體系、研磨劑等。羥基磷灰石是牙體硬組織的主要無機成分，具有良好的生物相容性和生物活性。納米羥基磷灰石在形態、晶體結構和結晶度上與生物骨、牙組織的磷灰石相似，具有很好的生物活性。許多研究報道納米羥基磷灰石微晶可以沉積在牙齒表面，起到再礦化作用。

發明內容
本發明的目的在于提供一種鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料及其制備方法。本發明的鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料通過簡單液相沉淀制備獲得鈣的磷酸鹽載體材料，然后利用鈣的磷酸鹽含水量高、反應活性高等特點，將鈣的磷酸鹽加入到鋅鹽的有機飽和溶液中，將鋅鹽從其不良溶劑(與水互溶的有機溶劑)溶液中以溶解度差異為驅動力裝載到鈣的磷酸鹽表面的活性水化層及內部結構水中，制備得到抗菌材料。本發明首先公開了一種鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料的制備方法，為通過共沉淀法制備鈣的磷酸鹽沉淀，然后將鈣的磷酸鹽沉淀加入到鋅鹽的飽和溶液中，攪拌，獲得鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料；所述鋅鹽的飽和溶液中的溶劑為與水互溶的有機溶劑。較優的，所述鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料的制備方法具體步驟如下I)攪拌條件下，將磷酸鹽水溶液加入可溶性鈣鹽水溶液中進行共沉淀反應，洗滌、收集沉淀，獲得鈣的磷酸鹽；2)將鋅鹽溶于有機溶劑中，獲得鋅鹽的飽和溶液；所述鋅鹽為可溶于水的鋅鹽，所述有機溶劑為與水互溶的有機溶劑；3)將步驟I)制備的鈣的磷酸鹽加入步驟2)制備的鋅鹽的飽和溶液中，攪拌或超聲振蕩后，得到白色沉淀；4)將步驟3)的白色沉淀分離、洗滌、干燥，獲得鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料。較優的，步驟I)共沉淀反應中,加入的磷酸鹽水溶液和可溶性鈣鹽水溶液中磷酸根離子與鈣離子的摩爾比為I :2 2 :1。較優的，步驟I)中磷酸鹽水溶液及可溶性鈣鹽水溶液的摩爾濃度分別為0. 005 0.5mol/L。更優的，步驟I)中磷酸鹽水溶液及可溶性鈣鹽水溶液的摩爾濃度分別為0.05mol/L。較優的，所述可溶性鈣鹽為氯化鈣、硝酸鈣或醋酸鈣。較優的，所述磷酸鹽選自磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸銨、磷酸二氫鈉和磷酸氫二鈉中的一種或多種的組合。當磷酸鹽為上述多種磷酸鹽的組合時，所述磷酸鹽溶液可由磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸銨、磷酸二氫鈉和磷酸氫二鈉中的多種配制成緩沖溶液。
·
較優的，步驟I)共沉淀過程中，反應體系的pH為5 12。較優的，所述滌方法為水洗I 3遍，然后醇洗I 3遍。較優的，所述收集方式為高速離心收集。更優的，所述高速離心收集的轉速為2000 8000rpm。較優的，步驟2)所述有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇或丙酮。本發明的有機溶劑可以選擇低生物毒性、低環境毒性，并且與水互溶或部分互溶的有機溶劑，例如甲醇、乙醇、丙
醇、丙酮等。本發明鋅鹽的飽和溶液中，溶質為可溶于水的鋅鹽，溶劑為有機溶劑，并且是向有機溶劑中緩慢加入鋅鹽直至鋅鹽在溶劑中達到飽和獲得的飽和溶液。所述與水互溶的有機溶劑是指有機溶劑與水互溶，或者有機溶劑與水以一定的比例互溶。鋅鹽在有機溶劑中的溶解度遠遠低于其在水中的溶解度，因此,本發明利用鋅鹽在有機溶劑和水溶液中溶解度的差異將其裝載于鈣的磷酸鹽表面活性水化層及內部結構水中，制備獲得鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料。步驟3)中攪拌或超聲振蕩的時間為I 3h。較優的，本發明步驟3)中，加入鋅鹽飽和溶液中的鈣的磷酸鹽為將新制備的，并且收集后未干燥的鈣的磷酸鹽直接加入鋅鹽飽和溶液中。較優的，步驟4)所述分離采用抽濾法或者離心分離。更優的，所述離心分離的轉速為2000 8000rpm。較優的，步驟4)所述洗滌為水洗或有機溶劑洗滌。較優的，步驟4)所述干燥溫度為25 100°C。更優的，步驟4)所述干燥溫度為30 60°C。本發明其次公開了一種鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料，由本發明前述的制備方法獲得。較優的，所述鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料中，所述鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料中鋅離子的質量為I丐尚子和鋅尚子總質量的5% 30%。所述鈣的磷酸鹽選自是羥基磷灰石、無定形磷酸鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣中一種或多種的組合。本發明最后公開了前述制備方法、所述鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料在牙齒保健、牙齒治療或骨組織修復領域的應用。將鈣的載鋅磷酸鹽材料與抗菌性Zn2+相結合并使抗菌體系復合材料在牙齒表面長時間附著，能達到長效抗菌效果。同時當牙釉質被酸性細菌侵蝕過程中鈣的載鋅磷酸鹽溶解釋放大量Zn2+，殺滅并抑制細菌的生長。本發明中鈣的磷酸鹽的物相可以是鈣的磷酸鹽選自是羥基磷灰石、無定形磷酸鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣中一種或多種的組合，或者為羥基磷灰石、無定形鈣的載鋅磷酸鹽、磷酸八鈣、磷酸氫鈣中多種物相的混合物。其中鋅的裝載量可以通過工藝調節，優選載鋅量為總金屬離總量的5%-30%。本發明主要特征在于以鈣鹽、磷酸鹽水溶液混合，通過簡單的液相共沉淀方法制備鈣的磷酸鹽載體材料，通過調節反應條件制的不同物相與結構的鈣的磷酸鹽。水溶性鋅鹽在有機溶劑中溶解配置溶液(該有機溶劑需與水互溶)。將收集到的鈣的磷酸鹽載體材料投入鋅鹽的有機溶液中攪拌進行鋅離子的裝載制備得到鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料。本發明制備了一系列不同物相鈣的磷酸鹽為載體的的載鋅抗菌材料，材料具有優良的牙科細菌抗·菌效果，同時部分材料具有較好Zn2+緩釋效果因此具有雙重抗菌效果。本發明的有益效果為1)本發明鋅離子的裝載量高，并且鋅離子的裝載是利用鋅離子的溶解度差為驅動力，將鋅離子裝載于鈣的磷酸鹽載體的表面水化層或內部水結構中；2)反應條件靈活，可以通過控制反應的pH值制備不同的鈣的磷酸鹽載體材料，并通過不同的鋅鹽有機溶液來調控裝載量；3)所制的載鋅鈣的磷酸鹽具有Zn2+抗菌和含鋅化合物抗菌雙重抗菌機理，具有優良的牙科抗菌性能；4)本發明的制備方法具有工藝簡單、快速、成本低、生物毒性低和環境友好等優點，是一種適合于產業化生產的制備方法。


圖I :實施例I所得的載鋅鈣的載鋅磷酸鹽TEM形貌表征測試圖2 :實施例2所得的載鋅鈣的載鋅磷酸鹽TEM形貌表征測試圖3 :實施例3所得的載鋅鈣的載鋅磷酸鹽TEM形貌表征測試圖4 :載鋅鈣的載鋅磷酸鹽材料模擬鋅釋曲線
具體實施例方式下面結合實施例進一步闡述本發明。應理解，實施例僅用于說明本發明，而非限制本發明的范圍。實施例I5. 28g醋酸鈣溶解在300mL去離子水中。在室溫磁力攪拌下滴加300mL磷酸鉀(含有4.24g磷酸鉀，Ca2+:P043_=1:2)，溶液的pH值用IM NaOH調控為12。滴加完全后反應5分鐘，反應產物離心收集，并分別水洗和醇洗兩次。將收集到的樣品投入700mL含有4. OOgZn(AC)2的飽和乙醇溶液中磁力攪拌反應3小時。產物離心后用乙醇沖洗一次，過50° C干燥后磨粉并進行后續性能測試。所得樣品中鈣的載鋅磷酸鹽載體材料為無定形鈣的載鋅磷酸鹽(圖1)，樣品中載鋅量為總金屬含量的30%，具有一定的抗菌效果。實施例26. 56gCa (NO3)2溶解在400mL去離子水中。在室溫下攪拌滴加300mL磷酸二氫鈉溶液(含有3. 12gNaH2P04，Ca2+:P043_=2:l)，溶液的pH值用IM NaOH調控為5。滴加完全后反應20分鐘，反應產物離心收集，并分別水洗和醇洗三次。將收集到的樣品經過60° C真空干燥后再在200° C馬弗爐中加熱煅燒3小時后磨粉，將收集到的鈣的載鋅磷酸鹽樣品將收集到的鈣的磷酸鹽樣品投入500mL含有3g ZnCl2的飽和丙醇溶液中攪拌反應3小時。產物離心后用丙醇沖洗一次，過30° C干燥后磨粉并進行后續性能測試，所得樣品中鈣的載鋅磷酸鹽載體材料為無定形鈣的載鋅磷酸鹽和羥基磷灰石的混合(圖2)，本實施例的載鋅鈣的磷酸鹽樣品中載鋅量為總金屬含量的5%。實施例35. 880g CaCl2 2H20溶解在500mL去離子水中。在室溫磁力攪拌下滴加200mL磷酸氫二鈉溶液(含有 8. 666g Na2HPO4 12H20, Ca2+ :P0/-=5:3)，溶液的 pH 值用 IM NaOH 調控為11。滴加完全后反應5分鐘，反應產物離心收集，并分別水洗和醇洗兩次。將收集到的樣品經過60° C真空干燥后再在200° C馬弗爐中加熱煅燒3小時后磨粉，將收集到的鈣的載鋅磷酸鹽樣品投入700mL含有4. OOOg Zn(AC)2的飽和乙醇溶液中磁力攪拌反應I小時。產物離心后用乙醇沖洗一次，過60° C真空干燥后磨粉并進行后續性能測試。所得樣品中·鈣的載鋅磷酸鹽載體材料為無定形鈣的載鋅磷酸鹽和羥基磷灰石的混合，載鋅量為總金屬含量的10%，具有一定的抗菌效果。實施例45. 880g CaCl2 2H20溶解在500mL去離子水中。在室溫磁力攪拌下滴加200mL磷酸氫二鈉溶液(含有 8. 666g Na2HPO4 12H20, Ca2+ :P0/-=5:3)，溶液的 pH 值用 IM NaOH 調控為11，滴加完全后反應5分鐘，反應產物離心收集，并分別水洗和醇洗兩次。將反應后收集到的新鮮制的鈣的載鋅磷酸鹽樣品投入700mL含有4. OOOg Zn(AC)2的飽和乙醇溶液中磁力攪拌反應I小時。產物離心后用乙醇沖洗一次,過60° C真空干燥后磨粉并進行后續性能測試。所得樣品中鈣的載鋅磷酸鹽載體材料為無定形鈣的載鋅磷酸鹽，載鋅量為總金屬含量的27%，具有優良的抗菌效果。實施例55. 880g CaCl2 2H20溶解在500mL去離子水中。在室溫磁力攪拌下滴加200mL磷酸氫二鈉溶液(含有 8. 666g Na2HPO4 12H20, Ca2+ :P0/-=5:3)，溶液的 pH 值用 IM NaOH 調控為11。滴加完全后將反應體系被置于70° C的水浴中持續攪拌反應10小時，反應產物離心收集，并分別水洗和醇洗兩次。將反應后收集到的鈣的載鋅磷酸鹽樣品投入700mL含有4. OOOg Zn(AC)2的飽和乙醇溶液中磁力攪拌反應I小時。產物離心后用乙醇沖洗一次，過60° C真空干燥后磨粉并進行后續性能測試。所得樣品中鈣的載鋅磷酸鹽載體材料為純羥基磷灰石的混合(圖3)，載鋅量為總金屬含量的12%，具有優良的鋅離子緩釋效果，具有優良的抗菌效果。實施例63. 528g CaCl2 2H20溶解在500mL去離子水中。在室溫磁力攪拌下滴加200mL磷酸氫二鈉溶液(含有 8. 666g Na2HPO4 12H20, Ca2+ =PO43^=I: I )，溶液的 pH 值用 IM NaOH 調控為6。滴加完全后反應5分鐘，反應產物離心收集，并分別水洗和醇洗兩次。將收集到的鈣的載鋅磷酸鹽樣品投入500mL含有2. OOOg Zn (AC)2的飽和甲醇溶液中磁力攪拌反應I小時。產物離心后用甲醇沖洗一次，過60° C真空干燥后磨粉并進行后續性能測試。
實施例7 Zn2+緩釋效果實驗I.實驗對象實施例3-5制備的鈣的磷酸鹽。2.實驗方法將0. 9g載鋅鈣的載鋅磷酸鹽樣品分散于20mL去離子水中，置于封口燒瓶中在37° C恒溫振蕩器(THI-92A)中以120rpm的速率勻速振蕩48小時。在振蕩釋放10分鐘，6小時和48小時后分別取2mL封口燒瓶中的鋅離子釋放溶液，取液后還要向釋放體系補入2mL去離子水。釋放溶液離心后取ImL上層清夜，稀釋100倍后進行ICP元素濃度測試。將樣品放在載玻片上壓實后置于型號為D/max_2550V (Rigaku,日本)的X射線衍射儀上進行XRD測試。透射電子顯微(TEM)分析在型號為JEM-2100F (JE0L,日本)的透射電鏡上進行，將樣品分散在無水乙醇中，超聲分散一段時間，用銅網撈樣，在透射電鏡下觀察樣品的形貌和大小。樣品定量元素分析使用探針掃描電鏡8705QH2進行能譜元素分析，加速電壓為15kV。釋放體系中不同時間段的Ca、Zn、P元素濃度使用電感耦合等離子發光光譜ICP-OES測試，儀器型號為Vista AX，加熱源為氬等離子體。3.實驗結果實驗結果見表1，從釋放后的樣品元素比例我們可以看出，Zn/(Ca+Zn)的比例都有所升高，而Ca/P和(Ca+Zn) /P的比例都有不同程度的降低，說明在釋放量關系為Ca ^ Zn> P。表I Zn2+緩釋效果實驗結果
權利要求
1.ー種鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料的制備方法，為通過共沉淀法制備鈣的磷酸鹽沉淀，然后將鈣的磷酸鹽沉淀加入到鋅鹽的飽和溶液中，攪拌，獲得鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料；所述鋅鹽的飽和溶液中的溶劑為與水互溶的有機溶剤。
2.如權利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法具體步驟如下 I)攪拌條件下，將磷酸鹽水溶液加入可溶性鈣鹽水溶液中進行共沉淀反應，洗滌、收集沉淀，獲得鈣的磷酸鹽； 2 )將鋅鹽溶于有機溶劑中，獲得鋅鹽的飽和溶液；所述鋅鹽為可溶于水的鋅鹽，所述有機溶劑為與水互溶的有機溶劑； 3)將步驟I)制備的鈣的磷酸鹽加入步驟2)制備的鋅鹽的飽和溶液中，攪拌或超聲振蕩后，得到白色沉淀； 4)將步驟3)的白色沉淀分離、洗滌、干燥，獲得鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料。
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟I)共沉淀反應中，加入的磷酸鹽水溶液和可溶性鈣鹽水溶液中磷酸根離子與鈣離子的摩爾比為I :2 2 :1。
4.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟I)所述可溶性鈣鹽為氯化鈣、硝酸鈣或醋酸鈣。
5.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟I)所述磷酸鹽選自磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸銨、磷酸ニ氫鈉和磷酸氫ニ鈉中的一種或多種的組合。
6.如權利要求2所述的制備方法，其特征在干，步驟2)所述有機溶劑為甲醇、こ醇、丙醇或丙酮。
7.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟4)所述干燥溫度為25 100°C。
8.ー種鈣的載鋅磷酸鹽抗菌材料，由權利要求1-7任ー權利要求所述的制備方法獲得。
9.如權利要求8所述鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料，其特征在于，所述鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料中鋅尚子的質量為I丐尚子和鋅尚子總質量的5% 30%。
10.權利要求1-7任ー權利要求所述鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料的制備方法，權利要求8-9任ー權利要求所述鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料在牙齒保健、牙齒治療或骨組織修復領域的應用。
全文摘要
本發明涉及抗菌材料領域，具體涉及一種鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料及其制備方法。所述鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料的制備方法為1)共沉淀反應獲得鈣的磷酸鹽；2)將鋅鹽溶于有機溶劑中，獲得鋅鹽的飽和溶液；所述鋅鹽為可溶于水的鋅鹽，所述有機溶劑為與水互溶的有機溶劑；3)將步驟1)制備的鈣的磷酸鹽加入步驟2)制備的鋅鹽的飽和溶液中，攪拌或超聲振蕩后，得到白色沉淀；4)將步驟3)的白色沉淀分離、洗滌、干燥，獲得鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料。本發明制備的鈣的磷酸鹽載鋅抗菌材料載鋅量高，具有Zn2+抗菌和含鋅化合物抗菌雙重抗菌機理，并且制備方法具有工藝簡單、快速、成本低、生物毒性低和環境友好等優點。
文檔編號A61P31/04GK102784069SQ20121030882
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月27日 優先權日2012年8月27日
發明者馮希平, 湯啟立, 陳曦 申請人:上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院