[发明专利]一种生物活性玻璃复合碳纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物活性玻璃复合碳纳米纤维的制备方法，涉 及直径200～400nm的碳纤维和直径10～100nm生物活性玻璃颗粒复 合材料的制备方法，属于生物复合材料的制备技术。

背景技术

碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量90％以上。它是利用各种 有机纤维在惰性气体中、高温状态下炭化而制得。作为高性能纤维的 一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工 性，并且具有良好的生物组织相容性，对人体组织的刺激性低，而且 还具有优异的生物机械性能和生物力学相容性，因此碳纤维在生物医 用领域有着广泛的应用前景。碳纳米纤维是一种直径在纳米级的碳纤 维，与普通碳纤维相比，具有更大的比表面积、长径比和更多的亚稳 态表面原子，表面能和表面效应更加显著，表面粗糙度也更加突出， 从而与成骨细胞的吸附作用增强，与成纤细胞和软骨细胞的相互作用 则会削弱，提高骨组织的自身修复能力。碳纳米纤维被视为一种理想 的生物支架材料和生物体植入增强材料。

尽管碳纳米纤维表现出不俗的生物医学性能，但是碳纳米纤维也 是一种生物惰性材料。1969年美国Florida大学Hench等提出生物活 性玻璃能与骨组织成键，生物活性玻璃的研究已经有30多年的历史， 作为骨缺损修复在临床上应用已有十多年，成功的临床应用源于生物 活性玻璃不仅具备骨传导能力而且具备骨诱导能力，具备很高的生物 活性。生物活性玻璃现在是唯一既能与骨组织成键结合，也能与软组 织相连的人工生物材料。生物活性玻璃虽然具有很高的生物相容性和 生物活性，但是作为临床应用生物活性玻璃只有一种颗粒的形式，作 为骨缺损修复，临床应用上常需要块状支架材料进行修复。过去的研 究表明除了材料本身的组成之外，材料的结构很大程度上会影响到材 料的应用。利用碳纳米纤维来增强生物活性玻璃制备了生物活性玻璃 复合碳纳米纤维。生物活性复合的碳基材料已成为世界各国学者研究 的重点和热点。中国专利200510053426.4公开了一种采用超声湿法 辅助法制备的纳米碳材料/羟基磷灰石复合材料，复合粒子的粒径为 20～200nm，而羟基磷灰石均一地沉积在纳米碳材料的表面上，两者 之间达到了纳米分散和结合。但是，上述的专利中，是用已经合成 HA纳米颗粒分散在碳纤维的表面上，这样，HA纳米颗粒由于与碳 纤维之间存在相互作用力弱的缺陷，而容易游离脱落，进一步导致碳 纤维生物活性的大大降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物活性玻璃复合碳纳米纤维的制备 方法，使纤维原位上生成生物活性玻璃的纳米颗粒，形成纳米级的三 维网状结构；本发明另一目的是提供一种采用该方法制备的生物活性 玻璃复合碳纳米纤维。

本发明一种生物活性玻璃复合碳纳米纤维的制备方法，其特征 在于，包括以下步骤：

(a)将钙盐、磷酸盐、硅酸盐依次溶于有机溶剂中，其中钙盐、磷酸 盐和硅酸盐按照生物活性玻璃所需的比例加以配制，每1g钙盐、磷 酸盐和硅酸盐总质量溶于5～10ml有机溶剂中，磁力搅拌30～60min 待其完全溶解后，按照每10ml有机溶液加入0.5～1g聚合物配制成 均一的纺丝液。

(b)利用静电纺丝的方法将(a)步骤制得的有机溶液制备成含有钙盐、 磷酸盐和硅酸盐的聚合物纳米纤维膜。其中静电纺丝装置针头和接受 器之间的电压为12～25Kv，针头到接收器的接受距离为10～25cm， 注射器针头的内径为0.5～1.5mm，纺丝液的流速为0.1～1.5ml/h，接 受滚筒在转动中的外径线速度为1～10m/s。

(c)配制体积比为1∶1∶100～1∶1∶10乙醇、乙酸和水的混合溶液， 将电纺获得的纳米纤维膜浸泡在所配置的溶液中，在50～80℃的环 境中静置12～24h。

(d)将电纺纳米纤维膜在250～300℃下空气中进行预氧化0.5～2h， 得到稳定化纳米纤维膜。

(e)将稳定化纳米纤维在800～1500℃惰性气氛环境中进行高温烧 结，烧结时间为1～12h，则可得到生物活性玻璃复合碳纳米纤维。

本发明的制备方法中所述的钙盐包括硝酸钙、氯化钙、醋酸钙、 乳酸钙、柠檬酸钙的一种或多种组合。

本发明的制备方法中所述的磷酸盐包括三乙基磷酸、三丁基磷 酸、五氧化二磷、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、六氟磷酸的一种或多种 组合。