[发明专利]三维网络结构的纳米碳纤维复合β-磷酸钙的制备方法有效
申请号: | 201410063236.X | 申请日: | 2014-02-24 |
公开(公告)号: | CN103861153A | 公开(公告)日: | 2014-06-18 |
发明(设计)人: | 钟春燕;钟宇光 | 申请(专利权)人: | 钟春燕 |
主分类号: | A61L27/42 | 分类号: | A61L27/42;A61L27/50 |
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地址: | 570311 海南省海口市*** | 国省代码: | 海南;66 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 三维 网络 结构 纳米 碳纤维 复合 磷酸钙 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉生物材料领域,特别是指一种具有三维网络结构的纳米碳纤维复合β-磷酸钙的制备方法。
背景技术
碳纤维是有机纤维经碳化处理后而得到的碳素纤维,具有超高的拉伸强度和拉伸模量,稳定的化学性能,高水平的耐腐蚀性,此外,碳纤维还具有无蠕变、耐疲劳性好、比热及导电性介于非金属和金属之间、热膨胀系数小、X射线透过性好等特点。随着科技的发展,碳纤维的应用领域与日俱增,它们除了广泛应用于航空航天等高技术领域,还可用在文体用品、纺织机械、医疗器械、生物工程、建筑材料、化工机械、运输车辆等方面。
纳米碳纤维是指具有纳米尺度的碳纤维,在碳纤维的诸多性能基础上增加了纳米效应,使得纳米碳纤维具有高强轻质、导热性良好、高导电性等特性,能够有望应用于高容量电极材料,高性能复合材料,生物医用材料等高性能产品。特别是,纳米碳纤维良好的力学性能、化学稳定性,高比表面积使其能够与具有亲水性基团的生物材料相结合并应用于生物医用领域。研究表明,纳米碳纤维能够促进成骨细胞生长,同时降低成纤维细胞的黏附,为了增强纳米碳纤维与骨组织的相容性,减少植入材料因运动对骨组织周围的损伤,将生物活性材料与纳米碳纤维复合是一种非常有效的方法。
β-磷酸钙(β-TCP)类似于人骨的天然无机构成,具有优于其他无机材料的生物相容性,植入后与机体骨接合良好,骨传导性好,β-磷酸钙在体内能够逐步降解,且降解产生的钙、磷离子能够被人体吸收,有助于新骨的形成。因此,β-磷酸钙是一种理想的骨组织修复材料,目前骨组织的修复材料已有二维构建发展到三维立体构建,将β-磷酸钙制备成三维支架材料有助于骨细胞的生长、扩增并模拟体内组织细胞的生长微环境,并有利于营养成分的传输。但β-磷酸钙的制备主要以粉末状为主,加工成型后生物力学强度不佳,脆性较大,不易成形,很难用于骨组织负荷部位的修复。
综上所述,将β-磷酸钙与纳米碳纤维复合制备成具有三维网络结构的复合材料能够有效提高纳米碳纤维的生物相容性、生物活性,并且增强β-磷酸钙的力学性能,有望成为一种理想的骨组织修复材料。目前制备纳米碳纤维的主要方法有气相成长法、聚合物混掺熔融纺丝法和静电纺丝法。这些方法制备纳米纤维往往需要的非常复杂的设备,设定繁琐的制备参数,并且制备的纳米纤维仅有一维或两维结构,无法形成复杂的具有三维网络的纳米纤维。细菌纤维素是一种天然的生物高聚物,具有超精细网状结构,由直径3~4纳米的微纤组合成40~60纳米粗的纤维束,并相互交织形成发达的超精细网络结构。细菌纤维素的高纯度、高结晶度、高聚合度及分子高度取向的特性,使其具有成为纳米碳纤维前驱体的基本条件。
本专利采用液相沉淀法利用细菌纤维素三维网络制备纳米磷酸三钙粉体,经特殊处理的细菌纤维素作为纳米碳纤维的前驱体,经高温加热处理,最终得到具有三维网络结构的碳纤维上均匀分布β-磷酸钙的复合材料。提高了纳米碳纤维的生物相容性、生物活性,并且增强β-磷酸钙的力学性能。本发明制备工艺简单易行、操作方便,得到由β-磷酸钙功能化的纳米碳纤维,且具有良好的空间三维网络结构、生物相容性好,有一定的生物活性和骨传导性,生物力学性能良好可作为骨组织修复材料应用于生物医用领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有三维网络结构的纳米碳纤维复合β-磷酸钙的制备方法。涉及一种生物材料制备技术。本发明制备工艺简单易行、操作方便,得到由β-磷酸钙功能化的纳米碳纤维材料且具有良好的空间三维网络结构,提高了纳米碳纤维的生物相容性、生物活性,并且增强了β-磷酸钙的力学性能,能够作为一种具有骨传导性的高强骨组织修复材料应用于生物医用领域。
本发明公开了一种具有三维网络结构的纳米碳纤维复合β-磷酸钙的制备方法,包括:将细菌纤维素纯化处理并放入硝酸钙溶液中搅拌,缓慢加入磷酸氢二铵溶液并控制体系pH值,反应完毕后陈化12~24h,冷冻干燥,然后将干燥后的材料放入气氛炉加热,冷却后得到一种具有三维网络结构的碳纤维上均匀负载β-磷酸钙的复合材料。
作为优选的技术方案:
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