本發(fā)明涉及一種大豆蛋白基高分子復合材料的制備，尤其是一種大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的制備，主要用于藥物載體及骨修復等領域，屬于復合材料領域與生物醫(yī)用材料領域。

背景技術：

大豆分離蛋白（spi）是從豆粕中提取的一種水溶性植物蛋白，也是大豆中含量最多的蛋白質(zhì)，簡稱大豆蛋白，它是一種來源廣泛、廉價且營養(yǎng)價值很高的可食性蛋白。因此，在營養(yǎng)和功能性食品中，大豆蛋白產(chǎn)品被廣泛應用。另外，大豆蛋白因具有良好的乳化性、起泡性、凝膠性、組織性等特性，從而用于制備一些可食性功能高分子材料，并拓寬應用領域、提高其附加值。典型的產(chǎn)品有：功能食品用材料、膜制品、纖維制品、藥物載體材料、粘合劑、涂料等領域。因此，以相對廉價的大豆蛋白為原料開發(fā)新型功能高分子材料是值得關注的高分子材料前沿領域。

磷灰石是組成人類及動物骨骼的重要礦物成分，也是人類很早認識并使用的一類通過離子鍵結(jié)合的天然無機高分子材料，在不同的生物質(zhì)中，其結(jié)構或微量成分略有不同。hap的來源限制了其大量應用。直到20世紀70年代，成功合成具有良好生物相容性的羥基磷灰石后，磷灰石作為人工合成材料被開始深入研究與應用。合成hap可以根據(jù)需要制成不同的形態(tài)，如：粉體、涂層、纖維、晶須、薄膜、介孔材料、微球（實心、中空、多孔）材料等，從而可廣泛應用于生物醫(yī)用材料領域。但純粹的hap材料在使用時存在缺陷，如脆性大、不易加工成型、在生理環(huán)境中的抗疲勞強度不高。為了克服其缺點，人們將hap與高分子材料復合，制備兼具hap優(yōu)良生物相容性和高分子材料良好力學性能的無機/有機復合材料。hap與高分子復合時，高分子的來源對其結(jié)構與性能影響較大。合成高分子包括聚酰胺、聚酯、聚乙烯醇等，其具有良好的可塑性和力學性能，但生物活性不及天然高分子。hap可與天然高分子有效復合，如：纖維素、淀粉、甲殼素、殼聚糖、肝素、蛋白、明膠等，制備成膜、支架、骨水泥、納米微球等不同形態(tài)的復合材料，其特點是具有良好的生物相容性，在人體液中可逐漸降解并被吸收。

羥基磷灰石材料，不但能夠用于生物醫(yī)用材料，而且能夠用于分離、分析檢測、污染物處理等諸多領域，如：羥基磷灰石柱色譜被認為是生物大分子分離提純領域最有效的技術之一。這是由于羥基磷灰石具有良好的離子交換性能，對大多數(shù)重金屬離子，陰離子及有機污染物具有良好的吸附固定作用。且環(huán)境的協(xié)調(diào)性較好，在環(huán)境中分解后的產(chǎn)物鈣和磷，可被植物吸收，不會造成二次污染，從而成為一種新型環(huán)境友好型功能材料，可用于污染土壤的修復、水體的治理等。總之，大豆蛋白和羥基磷灰石為生物相容性材料，并且具有成本低廉的特點。如何用它們制備具有特定結(jié)構、形貌，并擁有特殊性能的功能高分子材料是生物醫(yī)用、環(huán)境友好高分子材料前沿領域之一。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的制備方法；

本發(fā)明另一目的是提供該大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料作為藥物載體在藥物控制釋放中的應用。

一、大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的制備

以天然高分子大豆蛋白為基材，經(jīng)充分分散后，采用原位法合成羥基磷灰石，并與大豆蛋白高分子進行有效復合，得到大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料。具體制備工藝為：將大豆分離蛋白分散于分散液中得大豆分離蛋白分散液，將分散液在80~100℃的熱水浴中處理2~6h；再在攪拌下緩慢加入磷酸氫二銨溶液，攪拌20~60min，然后緩慢滴加硝酸鈣溶液，混合均勻后用氨水溶液調(diào)節(jié)混合液ph=7.0~8.0，繼續(xù)攪拌1~5h；撤走熱水浴并繼續(xù)攪拌6~18h，離心分離，沉淀用蒸餾水洗至濾液無泡沫，冷凍干燥，得到大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料。

分散液采用尿素水溶液或naoh、koh水溶液；大豆分離蛋白與分散液固液比為1:10~1:25g/ml；為了使大豆分離蛋白充分分散，分散時間為3~15h。

磷酸氫二銨的濃度為0.5~1.5mol/l；磷酸氫二銨與大豆分離蛋白的質(zhì)量比為0.5:1~3:1。

硝酸鈣的濃度為0.5~2.5mol/l；硝酸鈣與磷酸氫二銨物質(zhì)的量之比為3:5。

大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料中，大豆分離蛋白與羥基磷灰石的質(zhì)量比為1:1~1:1.5。

二、大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的結(jié)構表征

下面通過紅外光譜、x射線衍射、熱重分析、掃描電鏡等對所制備的天然高分子大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的結(jié)構組成與微觀形貌進行表征與分析。

1、紅外光譜分析

圖1為本發(fā)明制備的大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的紅外光譜圖。在1649、1535、1244cm^-1附近出現(xiàn)了大豆蛋白的酰胺i、ii、iii帶的特征吸收峰，同時在3425cm^-1附近出現(xiàn)羥基的伸縮振動峰，在1033^-1、603^-1、566cm^-1附近出現(xiàn)磷酸鹽的拉伸和彎曲振動峰，說明通過原位法合成羥基磷灰石，可使大豆蛋白與羥基磷灰石有效復合。

2、x-射線衍射分析

圖2為本發(fā)明制備的大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的x-射線衍射圖。從圖中可以看出，制備的大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料粉末出現(xiàn)了羥基磷灰石的主要特征衍射峰，但沒有出現(xiàn)粉末狀大豆蛋白的衍射峰，說明經(jīng)過充分分散并原位合成羥基磷灰石后，大豆蛋白高分子鏈沒有發(fā)生團聚、結(jié)晶，而是與羥基磷灰石微晶進行了高度復合，得到大豆蛋白復合羥基磷灰石高分子材料。

3、熱重分析

采用熱重分析對大豆蛋白復合羥基磷灰石高分子材料進行熱穩(wěn)定性分析（見圖3）。結(jié)果表明，從25~150℃之間的少量失重，是脫除了高分子復合材料中的自由水以及結(jié)合水；在200~500℃之間的大量失重，主要是大豆蛋白高分子鏈分解造成的。由于羥基磷灰石穩(wěn)定性很高，所以在500℃以上幾乎不分解，在800℃時，大豆蛋白復合羥基磷灰石高分子材料仍然有61%的殘余，說明復合材料中蛋白與羥基磷灰石比例約為2:3。

4、微觀形貌分析

圖4為本發(fā)明制備大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的掃描電鏡照片?？梢钥闯?，所制備的高分子復合材料為網(wǎng)狀結(jié)構，網(wǎng)絡線直徑較為均勻（約為10~20nm），是納米網(wǎng)絡線，且形成了大量網(wǎng)孔結(jié)構。這種結(jié)構完全不同于大豆分離蛋白和常見羥基磷灰石的微觀形貌。

三、大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的性能測試

1、對羅丹明b的負載和釋放

以羅丹明b為模型藥物，考察了大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的負載和釋放性能。將一定量大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料，加入到羅丹明b溶液中，浸泡，收集載藥后的溶液，測定溶液吸光度。結(jié)果表明，本發(fā)明大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料對模型藥物的包封率可達31.9%，載藥量可達1.5%。

將載藥后的高分子復合材料浸入模擬體液中，在37℃下，分時段取釋放液，測定釋放后溶液的吸光度，釋放曲線如圖5所示?？梢钥闯?，大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料負載模型藥物后，具有緩釋作用，70h后，其累計釋放率為24%，因而是一種典型的緩釋材料。

2、對水楊酸的負載和釋放

將大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料用于水楊酸（常見藥物阿司匹林的主要成分）的負載和釋放。具體實驗同羅丹明b的負載和釋放。結(jié)果表明：本發(fā)明所得高分子復合材料對水楊酸的包封率可達52.0%，載藥量可達2.6%。在體溫（37℃）中，也具有緩釋作用，累計釋放率可達30.1%。

綜上所述，本發(fā)明以生物相容的天然高分子大豆蛋白為基體，通過原位合成法將羥基磷灰石與大豆蛋白進行高效復合，得到大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料。該網(wǎng)狀高分子復合材料對藥物分子具有優(yōu)良的緩釋性能。其在藥物載體及骨修復等領域有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的紅外光譜圖。

圖2為大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的x-射線衍射能譜圖。

圖3為大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的熱失重曲線。

圖4為大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的掃描電鏡圖。

圖5為網(wǎng)狀高分子材料負載模型藥物在模擬體液中的釋放曲線。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發(fā)明大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料的制備等作進一步說明。

實施例1

稱取1.0g大豆分離蛋白，在10ml的尿素水溶液（9mol/l）中分散3h，得大豆分離蛋白分散液；將所得分散液在80℃的熱水浴中處理6h，再在攪拌下緩慢加入5ml磷酸氫二銨溶液（1.2mol/l），并繼續(xù)攪拌60min，然后緩慢滴加1.8ml硝酸鈣溶液（2mol/l），混合均勻后用氨水溶液調(diào)節(jié)混合液ph為7.0~8.0，攪拌1h；撤走熱水浴并繼續(xù)攪拌3h左右，離心分離，沉淀用蒸餾水洗至濾液無泡沫，冷凍干燥，得到2.0g大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料。

藥物負載和釋放實驗表明，該網(wǎng)狀高分子材料對羅丹明b的包封率可達31%，載藥量可達1.4%。在體溫（37℃）時，具有緩釋作用，70h后，其累計釋放率為23%。對水楊酸的包封率可達53.0%，載藥量可達2.7%。在體溫（37℃）時，也具有緩釋作用，累計釋放率可達31.2%。

實施例2

稱取1.0g大豆分離蛋白，在15ml的naoh水溶液（0.1mol/l）中分散10h。所得分散液在90℃的熱水浴中處理4h；再在攪拌下緩慢加入5ml磷酸氫二銨溶液（1.5mol/l），攪拌40min，然后緩慢滴加1.8ml硝酸鈣溶液（2mol/l），混合均勻后用氨水溶液調(diào)節(jié)混合液ph為7.0~8.0，攪拌3h。撤走熱水浴并繼續(xù)攪拌10h，離心分離，沉淀用蒸餾水洗至濾液無泡沫，冷凍干燥，得到1.5g大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料。

藥物負載和釋放實驗表明，該網(wǎng)狀高分子材料對羅丹明b的包封率可達330%，載藥量可達1.3%。在體溫（37℃）時，具有緩釋作用，70h后，其累計釋放率為20%。對水楊酸的包封率可達48.0%，載藥量可達2.4%。在體溫（37℃）時，也具有緩釋作用，累計釋放率可達28%。

實施例3

稱取1g大豆分離蛋白，在25ml0.1mol/l的koh水溶液中分散15h；所得分散液在100℃的熱水浴中處理2h；再在攪拌下緩慢加入5ml磷酸氫二銨溶液（1.2mol/l），攪拌60min，然后緩慢滴加2ml硝酸鈣溶液（1.8mol/l），混合均勻后用氨水溶液調(diào)節(jié)混合液ph為7.0~8.0，攪拌6h。撤走熱水浴并繼續(xù)攪拌15h，離心分離，沉淀用蒸餾水洗至濾液無泡沫，冷凍干燥，得到1.6g得到大豆蛋白復合羥基磷灰石網(wǎng)狀高分子材料。

藥物負載和釋放實驗表明，該網(wǎng)狀高分子材料對羅丹明b的包封率可達29.8%，載藥量可達1.2%。在體溫（37℃）時，具有緩釋作用，70h后，其累計釋放率為18%。對水楊酸的包封率可達46.8%，載藥量可達2.3%。在體溫（37℃）時，也具有緩釋作用，累計釋放率可達27%。