[发明专利]一种复合气凝胶微球及其制备方法

说明书

一种复合气凝胶微球及其制备方法，首先将制备的氧化石墨超声剥离得到氧化石墨烯溶液，再加入Ca²⁺、PO₄^3‑和Zn²⁺溶液，Ca²⁺与PO₄^3‑的摩尔比1.17～2.17，羟基磷灰石与氧化石墨烯质量比为1:0.1～1:10，再加入氨水、搅拌形成复合分散液，最后通过喷雾、冷却浴接收、过筛、冷冻干燥而获得复合气凝胶微球。该方法无环境污染，原料成本低，生产效率高；制备的羟基磷灰石/氧化石墨烯气凝胶微球形貌规则，大小可调，具有多孔网络结构，质量轻、密度小、孔隙率高、比表面积大，具有优异的生物相容性、抗菌性、能够有效地促进细胞增殖，可直接作为生物应用材料使用。

技术领域

本发明涉及一种复合气凝胶微球及其制备方法，属于纳米复合材料和生物材料技术领域。

背景技术

石墨烯是碳原子以蜂窝状方式规整排列形成的一种新型二维材料。具有优越的力学性能，电学性能，光学性能，热学性能，因此受到了各领域人士的广泛关注。将二维的石墨烯构建成为三维的石墨烯宏观材料，在保证石墨烯的优异性质不被破坏的条件下，使石墨烯能够真正应用到工业生产中，具有实际用途的一个重要方法和途径。石墨烯氧化物(GO)是化学改性石墨烯的高度氧化形式，其平面内具有羧酸，环氧化物和羟基等大量的含氧基团，还包含来自石墨烯的未修饰区域的自由表面π电子。因此，GO是一种两亲片状分子，可用作表面活性剂以稳定溶液中的疏水性分子[ACS Nano,5(2011),pp.8019–8025]。还原的氧化石墨烯(rGO)[Nano Lett.,9(2009),pp.1593–1597]是用肼或其它还原剂或者通过热、化学和UV等还原条件下处理GO获得的。官能化石墨烯是通过聚合物、小分子、纳米颗粒等改性任何石墨烯家族成员，以增强或改变特定应用所需的性能。石墨烯独特的结构，使其具有出色的机械，物理化学，热学，电子学，光学和生物医学性质。

作为三维石墨烯宏观材料代表的石墨烯气凝胶不仅能保留石墨烯巨大的比表面积和优异的各项性能，还能同时具有气凝胶独特的多孔性，超低的密度，低介电常数等性能，因此，石墨烯气凝胶引起了研究人员的极大重视并开始被广泛地应用到了能量转换与存储，高性能催化剂载体，环境保护与净化，生物材料与生物技术等领域。

羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)是一种典型的生物材料，是人体骨组织和牙齿的主要无机成分，具有良好的生物相容性和成骨活性，是骨修复替换领域中公认的良好的骨替换生物材料。纳米HAP的研究自从80年代后期开始进行，人们合成出柱状和针状的纳米级HAP粉体和微晶，这些纳米HAP粉体不仅在制备HAP陶瓷方面提供了优良的性能，而且在功能方面表现出一些特异性能。但是羟基磷灰石的脆性较大，韧性较低。目前，提高羟基磷灰石力学性能的主要方法是将羟基磷灰石和其他材料进行复合，提高其力学性能。

气凝胶微球相较于气凝胶块体具有一系列更优异的性质，例如：作为催化剂载体具有更大的比表面积，能提供更多的活性反应中心；作为填充材料具有流动性好易于均匀分散，不易引起应力集中等。因此能在很大程度上提高气凝胶的使用效率和拓宽气凝胶的应用领域。目前常见的气凝胶微球有SiO₂气凝胶微球，碳气凝胶微球和高分子类气凝胶微球，CN 106185908 A和CN 105195067 B分别用乳液法和静电喷雾法制备了石墨烯气凝胶微球。

有研究表明，氧化石墨烯/纳米羟基磷灰石复合材料与生物体内组织具有优良的生物相容性，较好的骨组织结合能力以及良好的骨细胞增殖性。GO/HAP复合材料表面的含氧官能团有利于界面相结合和均相分散问题。气凝胶微球具有更高的孔隙率，利于细胞的附着和生长。目前，还没有关于羟基磷灰石/氧化石墨烯复合的气凝胶微球的专利文献和非专利文献的报道。因此将羟基磷灰石与氧化石墨烯复合制备出HA/GO复合气凝胶微球，同时具有优异的生物相容性、抗菌性、能够有效地促进细胞增殖，具有很高的生物医学应用前景。

发明内容