[發(fā)明專利]一種三層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒及其一步法制備與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011103078.8
• 申請(qǐng)日: 2020-10-15
• 公開（公告）號(hào): CN112430837B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張欣欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C25D11/26
• 分類號(hào): C25D11/26;A61L27/12;A61L27/54;B82Y5/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 孫楊柳;李智

本發(fā)明公開了一種三層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒及其一步法制備與應(yīng)用，屬于材料表面處理和醫(yī)用生物材料工程領(lǐng)域。方法為以鈣源、磷源、納米氧化鋅和銅源作為微弧氧化電解液，以鈦或鈦合金作為陽(yáng)極，以惰性電極作為陰極進(jìn)行微弧氧化，在陽(yáng)極表面原位生成一層均勻多孔陶瓷膜，表面附著白色納米顆粒物，即得到三層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒。本發(fā)明采取一步微弧氧化的方法制備三層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒，以Ti、O為主要組成的無(wú)毒外殼可以大大降低該材料的毒性，加強(qiáng)了整個(gè)核殼材料的生物穩(wěn)定性，同時(shí)該核殼結(jié)構(gòu)含有的Ca、P、Zn具有促成骨功能，含有的Cu、Zn具有抗菌功能，因此該三層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒具有良好的抗菌性能與成骨性能，同時(shí)材料穩(wěn)定不易失效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料表面處理和醫(yī)用生物材料工程領(lǐng)域，更具體地，涉及一種三層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒及其一步法制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)

納米顆粒在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著獨(dú)特的作用，納米顆?？蓱?yīng)用在生物醫(yī)學(xué)診斷、藥物的裝載以及靶向藥物方面，因納米顆粒具有小尺寸和高的比表面積，因此具備更高的表面能，獨(dú)特的光學(xué)性能以及出色的磁性，高表面積允許對(duì)其進(jìn)行表面修飾，以改善其藥代動(dòng)力學(xué)特性，延長(zhǎng)血管循環(huán)壽命，并改善生物利用度。

核殼結(jié)構(gòu)是一類由兩個(gè)或多個(gè)不同材料層組成的納米顆粒，這些不同的材料層其中一個(gè)形成內(nèi)芯，其余形成外層或殼。這種復(fù)合材料表現(xiàn)出核和殼的單個(gè)材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特性和性能。若所需納米顆粒有毒，核殼結(jié)構(gòu)可用良性材料充當(dāng)無(wú)毒殼層，使核心的納米顆粒的毒性大大降低；當(dāng)核心材料是疏水材料的時(shí)候，以核心/殼納米顆粒的形式將親水性材料涂覆在核心表面上可以克服分散性以及生物和細(xì)胞相容性的問(wèn)題；若核心材料在暴露的環(huán)境中易分解或變性，使用惰性材料充當(dāng)殼可增強(qiáng)核心材料的穩(wěn)定性。總之，核殼型納米顆粒相較于簡(jiǎn)單的納米顆粒來(lái)說(shuō)，具備更小的細(xì)胞毒性、生物相容性以及更優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，核殼型納米顆粒比單個(gè)納米粒子在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用更有前景。

目前，常用的制備核殼結(jié)構(gòu)的方法有水熱合成法、溶膠凝膠法、預(yù)涂晶種法、干凝膠轉(zhuǎn)化法、微波合成法。其中，水熱合成法雖然操作簡(jiǎn)單易上手，是常見(jiàn)的制備納米材料的方法，但制成的核殼結(jié)構(gòu)殼層生長(zhǎng)不均勻，殼層厚度大，容易產(chǎn)生缺陷；溶膠凝膠法也是常用的方法，但部分原料昂貴，且殼層容易在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生裂縫；預(yù)涂晶種法有利于選擇性合成，但很難得到純的目標(biāo)產(chǎn)物；干凝膠轉(zhuǎn)化法消除了殼層上的缺陷，但在大孔載體上容易發(fā)生滲透；微波合成法反應(yīng)速度快，成本較低，但產(chǎn)出率低，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中核殼結(jié)構(gòu)殼層生長(zhǎng)不均勻，殼層厚度大，容易產(chǎn)生缺陷；殼層容易在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生裂縫；以及產(chǎn)出率低，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種三層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒及其一步法制備與應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)微弧氧化的方法，利用弧光放電增強(qiáng)陽(yáng)極表面的氧化反應(yīng)，使陽(yáng)極表面發(fā)生微孔放電效應(yīng)，在陽(yáng)極表面原位生成多孔的二氧化鈦陶瓷膜；所述納米氧化鋅在溶液中發(fā)生前置反應(yīng)，吸附溶液中的鈣源、磷源和銅源，形成含有Zn、O、Ca、P和Cu元素的內(nèi)核；在電場(chǎng)作用下，Ca²⁺向陰極區(qū)移動(dòng)，[Cu-EDTA]^2-和含磷元素的陰離子向陽(yáng)極區(qū)移動(dòng)，在吸脫附的作用下，納米氧化鋅顆粒會(huì)吸附于陽(yáng)極表面，并在陽(yáng)極氧化的作用下，納米氧化鋅顆粒外層形成TiO₂，即形成含有Ti、O、P和Cu元素的外殼，以及含有P和Cu元素的中層，即得到三層殼結(jié)構(gòu)納米顆粒。該三層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒具有良好的抗菌性能與成骨性能，同時(shí)材料穩(wěn)定不易失效。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種一步法制備三層核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的方法，所述方法為以鈣源、磷源、納米氧化鋅和銅源作為微弧氧化電解液，以鈦或鈦合金作為陽(yáng)極，以惰性電極作為陰極進(jìn)行微弧氧化；所述銅源為乙二胺四乙酸銅鈉或乙二胺四乙酸銅二銨；