[发明专利]一维中空多孔结构钛酸钙纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一维中空多孔结构钛酸钙纳米纤维的制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

近几十年来，研究者对开发高性能的药物控释载体材料倾注了大量的心血，其中多孔无机材料，例如二氧化硅、羟基磷灰石、磷酸钙，作为药物控释载体的应用激起了研究者浓厚的兴趣，这类材料有多方面的优点，比如较高的药物装载能力、可控的释放特性以及良好的生物相容性等等。

钛酸钙是一种具有典型钙钛矿结构的无机非金属材料，具有良好的生物相容性；目前，钛酸钙在生物医学上的研究主要集中在钛酸钙作为生物涂层，用于提高羟基磷灰石与基底的粘附强度以及抑制羟基磷灰石溶解在骨吸收产生的酸性环境中。中空多孔钛酸钙纳米纤维药物载体能够维持药物浓度在一定范围实现药物缓释功能，但是，当前并没有以钛酸钙纳米纤维作为药物载体材料的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单，过程易于控制的一维中空多孔结构钛酸钙纳米纤维的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一维中空多孔结构钛酸钙纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）将钛酸丁酯和柠檬酸溶于乙醇中，钛的摩尔浓度为0.2M，钛酸丁酯和柠檬酸的摩尔比为1:2；

（2）搅拌溶解后，向步骤（1）制得的钛酸丁酯和柠檬酸的混合溶液中加入硝酸钙，使钛酸丁酯和硝酸钙的摩尔比为1:1；

（3）搅拌状态下，向步骤（2）制得的钛酸丁酯、柠檬酸和硝酸钙的混合溶液中滴加二甲基甲酰胺溶液，使乙醇和二甲基甲酰胺的体积比为3:1；

（4）搅拌状态下，向步骤（3）制得的混合溶液中加入非离子表面活性剂F127，使非离子表面活性剂F127的摩尔浓度为1.0 mM；

（5）搅拌状态下，向步骤（4）制得的混合溶液中加入分子量为1300000聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮的摩尔浓度为0.025mM，搅拌4小时，得到稳定的透明溶胶；

（6）将步骤（5）配制的溶胶装入静电纺丝装置的注射器中，在静电作用下收集一维钛酸钙纳米纤维；

（7）将步骤（6）中收集到的一维钛酸钙纳米纤维置于烘箱内80℃烘焙12h，干燥后的纤维在管式炉中以2℃/min的升温速率升温到700℃，热处理2h后自然降温至室温取出，得到一维中空多孔结构钛酸钙纳米纤维。

进一步地，步骤（6）中静电纺丝的条件为：流速为0.4ml/h，外加静电压为6.4Kv，收集距离为15cm，温度为25℃，湿度为40%。

本发明采用溶胶凝胶结合静电纺丝法，以乙醇作为溶解钛离子和钙离子的溶剂，以二甲基甲酰胺作为辅助溶剂溶解聚乙烯吡咯烷酮，利用柠檬酸作为抑制剂抑制钛水解，最后通过调控静电纺丝工艺参数以及经后续热处理工艺，实现一维中空多孔结构钛酸钙纳米纤维的合成。具有以下有益效果：

1.本发明工艺过程简单，易于控制，成本低；

2.制备得到的钛酸钙纳米纤维是一种具有典型钙钛矿结构的无机非金属材料，具有良好的生物相容性；

3.制备得到的纳米纤维具有一维中空多孔结构，兼具外壳多孔和壳内中空的特点，空心结构相对于传统的介孔材料能够存储更多的药物分子，而外壳多孔结构为药物分子扩散和物质转移提供了通道。对于传统的介孔材料，一旦吸附上药物分子，内部的介孔通道就受到阻塞，导致有效的孔隙体积迅速减小，影响药物分子存储容量；而本发明得到的中空多孔结构能够达到最大药物分子存储容量，因为只要药物分子通过壳层的任何一个可进入的孔通道，就可以进入壳内中空腔中；此外，大部分药物分子都储存在中空腔中，因而可以通过壳层厚度调整药物分子存储容量。

这种中空多孔的钛酸钙纳米纤维作为药物缓释系统的载体，不仅能够提高药物分子存储容量，还可以维持药物分子浓度在一定范围实现药物缓释功能。

附图说明

图1是一维中空多孔结构钛酸钙纳米纤维的XRD图谱；

图2是一维中空多孔结构钛酸钙纳米纤维的直径尺寸分布图；

图3是一维中空多孔结构钛酸钙纳米纤维的SEM图以及纤维断口局部放大SEM图；

图4是一维中空多孔结构钛酸钙纳米纤维的TEM图和纤维局部放大TEM图以及选区电子衍射图；

图5是一维中空多孔结构钛酸钙纳米纤维的高分辨TEM图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明方法作进一步详细说明。

1）称取0.8169g钛酸丁酯和1.0087g柠檬酸共溶于9ml乙醇中；