[发明专利]一种抗菌性生物活性玻璃纳米纤维支架及其制备方法

说明书

本发明属于生物功能材料领域，公开了一种抗菌性生物活性玻璃纳米纤维支架的制备方法，该方法包括以下步骤：将纯细菌纤维素薄膜分别在硝酸铈铵和乙二胺溶液中进行化学反应，使氨基接枝在细菌纤维素的羟基上，得到氨基化改性细菌纤维素。随后以氨基化细菌纤维素为模板，通过超声的方法，将含有抗菌成分的AgNO₃沉积到纳米纤维上以及将含有Ca和Si元素的前驱体分别沉积在其超细的纳米纤维表面，再通过煅烧制备得到具有超细的纳米级网络状结构的抗菌性生物玻璃支架，并借助其独特的三维网络状结构迅速诱导羟基磷灰石的形成。本发明具有工艺简单，原材料成本低等优势，所得生物玻璃纳米纤维支架抗菌性能好，生物活性高，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物功能材料领域，具体涉及一种抗菌性生物活性玻璃纳米纤维支架及其制备方法。

背景技术

科学家们一直致力于开展各种研究保证人类的生活质量。骨作为人体重要的组织器官，承担维持正常生理活动的关键职责，但同样也面临着不可避免的严峻的健康问题。作为骨替代、骨移植材料中的代表，生物活性玻璃在骨组织再生方面具有强大的表现，其具备良好的生物相容性，生物活性，骨传导性和骨诱导性，越来越受到人们的关注，对其充分的开发与利用具有十分重要的意义。

到目前为止，有大量研究报道，高比表面积和孔隙率的生物玻璃具有更高的生物活性，并具有良好的生物仿生矿化性能，在模拟体液（SBF）中浸泡一段时间后能在其表面生成类骨的碳酸羟基磷灰石晶体，这也是衡量材料是否具备生物活性最重要的标准之一。但高的孔隙率在提升生物活性的同时，也为细菌等有害微生物提供了理想的增殖场所，生物医用材料长期植入人体，会引起细菌等微生物在其表面黏附，从而导致感染发生。随着人工骨支架和牙种植体等人体植入类医疗器械的广泛应用，通过医用器件产生的细菌感染性疾病已经成为临床各科室关注的重要问题之一。最近的研究表明，加载表面抗生素涂层对抗术后感染具有不错的短期效果。然而，由于抗生素难以在人体准确的定位与释放。此外，高浓度的抗生素会增加全身性中毒性的风险，抗生素涂料也会促进细菌的耐药性的发展。所以在设计植入材料时，不仅要考虑其生物相容性和与骨整合的能力，还要考虑其抗菌性。生物玻璃材料植入人体后感染现象的发生，不仅给人类带来了严重的健康威胁和沉重的经济负担，而且在一定程度上限制了生物医用材料的应用和发展。目前国内外生物玻璃支架制备的尺度主要集中在微孔和大孔之间，所制得生物材料的比表面积较小，生物活性较为低下，且若在植入后通过注射抗生素来克服术后感染，这无疑也会加重患者的身体负担和经济负担，同时也难以满足人体组织工程对生物玻璃材料的极大需求。

细菌纤维素因为其拥有超细的三维网络结构在纳米纤维外拥有巨大的三维空间，易容纳水、醇类、无机物、有机物前驱体等溶液或溶胶颗粒等，为目标物在细菌纤维素表面的沉积提供了条件，而且细菌纤维素含有的纳米级孔径、较大的比表面积，被广泛应用于生物纳米功能材料领域。银(Ag)及银离子(Ag⁺)长期以来被认为是对细菌、病毒、藻类和真菌拥有最有效的抗菌效果的物质，具有抑制细胞呼吸链、改变细胞膜渗透性、使核酸变性等多重杀菌机制。但由于细菌纤维素表面羟基化学活性较低，一般情况下很难与银离子及其他成分结合，故采用对细菌纤维素进行氨基化改性的方法，使得细菌纤维素的化学活性位点增加，极大的提高了纤维素对银离子及其他阳离子的结合能力。

本发明借助细菌纤维素的超细网络结构，以此为有机模板，在沉积含有钙、硅的生物玻璃前驱体成分以及具有抗菌作用的Ag后，经过煅烧得到同样具有超细纳米网络结构的银掺杂生物玻璃纳米纤维支架。此方法为抗菌性生物玻璃纳米纤维支架的制备提供了新的路径，具有一定的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种操作工艺简单、具有三维超细网络结构、高比表面积、高生物活性的纳米玻璃纤维支架及其制备方法，旨在通过对细菌纤维素氨基化改性，提高纤维素纳米纤维对生物玻璃前驱体成分的结合能力，从而制备出具有纳米网络结构的无机纳米纤维生物玻璃支架。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：