[发明专利]一种骨仿生水泥基梯度弹道材料及其制备方法

权利要求书

1.一种骨仿生水泥基梯度弹道材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：选用具有矿化沉淀功能的脲酶菌为菌体冻干粉，对菌体冻干粉进行活化并培养；

步骤二：选用载体，对固载层材料进行制备；

步骤三：将固载层材料与水泥砂浆分层混合得到所述水泥基梯度弹道材料；

所述步骤一具体包括：

(1.1)第一培养基配置：第一培养基中各成分含量如下：超纯水、蛋白胨、牛肉膏、碳酸钠、碳酸氢钠、琼脂粉、尿素；

(1.2)第一培养基灭菌：将第一培养基置于高压锅中高温灭菌；

(1.3)将灭菌后的第一培养基倒入平板内：在含有琼脂粉的灭菌后的第一培养基冷却凝固前，将灭菌后的第一培养基倒入培养皿内制备得到细菌活化所用固体琼脂平板；

(1.4)细菌活化：取出冷藏的菌种，直接放入温水中，待菌种变成液体状态得到细菌悬液；

(1.5)细菌悬液涂平板：利用移液器吸取所述细菌悬液加入平板中，然后利用三角涂棒在平板上将所滴入的细菌悬液均匀涂开；

(1.6)封口以及恒温培养：将接种后的平板利用封口膜封住，封口完成后将平板置于恒温培养器中恒温培养；

(1.7)第二培养基配置：第二培养基中各成分含量如下：超纯水、蛋白胨、牛肉膏、碳酸钠、碳酸氢钠、尿素；

(1.8)第二培养基灭菌：将第二培养基置于高压锅中高温灭菌；

(1.9)细菌培养：挑步骤(1.6)中平板上单个菌落，接种至第二培养基中，在摇床中恒温培养得到菌液；

所述步骤二中的载体为云豆石和壳聚糖水凝胶；

所述步骤二中对固载层材料进行制备包括高强度陶粒层的制备和凝胶层的制备，

高强度陶粒层的制备步骤为：

(2.1)将步骤一得到的菌液与云豆石的结合采用真空吸附法，其具体操作方法为：

取新鲜菌液备用，将待吸附的云豆石放入真空锅中，并将真空锅锅盖拧紧，关闭进气口，打开吸气口，开启真空泵，将真空锅内的气压吸至负压0.06MPa，然后将与进气口连接的塑料管口浸入菌液中，并缓缓开启入气口阀门，将菌液吸入真空锅中，期间保持锅内压力为负压0.06MPa不变，待菌液吸附完毕，使云豆石对菌液充分吸附，关闭所有阀门，使锅内保持15-20min，吸附菌液后将云豆石用筛网滤去多余菌液，放入40±2℃的烘箱中烘干至恒重；

(2.2)Na₂HPO₄与云豆石的结合采用真空吸附法，其具体操作方法为：

为保证直接掺入的Na₂HPO₄试件组和以云豆石固载Na₂HPO₄试件组的Na₂HPO₄用量一致，通过云豆石的15-20min负压吸水率368.5％进行计算，当掺入25％的Na₂HPO₄时，发现需要配置质量分数10-15％的Na₂HPO₄溶液，将Na₂HPO₄粉末用热水溶解，配制成质量分数为10-15％的溶液，将步骤2.1得到的云豆石放入真空锅中，并将真空锅锅盖拧紧，关闭进气口，打开吸气口，开启真空泵，将锅内的气压吸至负压0.06MPa，然后将与进气口连接的塑料管口浸入Na₂HPO₄溶液中，并缓缓开启入气口阀门，将Na₂HPO₄溶液吸入真空锅中，期间保持锅内压力为负压0.06MPa不变，待Na₂HPO₄溶液吸附完毕，关闭所有阀门，使锅内保持20-25min，吸附Na₂HPO₄溶液后将云豆石用筛网滤去多余液体，放入100℃的烘箱中烘干至恒重；

(2.3)对步骤2.2干燥所得的云豆石进行外包裹处理，具体操作为：

包裹材料为偏高岭土、硅酸钠溶液与水混合所得的浆体，浆体中各组分含量为偏高岭土∶硅酸钠溶液∶水＝2.2∶1.0∶1.1，包裹方法为：将喷涂箱倾斜放置，取步骤2.2干燥所得的云豆石均匀平铺在喷涂箱内，将包裹材料按照配比称量，先将水加入水玻璃中搅拌均匀得到水玻璃溶液，然后向称量好的偏高岭土倒入水玻璃溶液搅拌均匀得到搅拌好的浆体，打开空压机，将空压机调到0.4-0.6MPa，然后将搅拌好的浆体倒入喷涂箱，打开喷枪进行喷涂，喷涂30s后，翻转云豆石，对另一面进行喷涂30s，如此为一个循环，循环此过程直至包裹材料喷完，喷涂结束后将喷涂好的云豆石进行装袋养护12h，然后放入40±2℃烘箱内烘干至恒重得到高强度陶粒层；

凝胶层的制备步骤为：

首先制备甲壳素，所述甲壳素的制备方法如下：

(2.4)取30g甲壳素粗制品，用6％盐酸浸泡16h，水洗至中性；

(2.5)加入10％NaOH煮沸，水洗至中性；

(2.6)用4％盐酸浸泡12h，水洗至中性；

(2.7)加入8％NaOH煮沸0.5h，水洗至中性；

(2.8)太阳晒干脱色素得到所述甲壳素，

其次制备壳聚糖，具体操作如下：

(2.9)取步骤2.8得到的甲壳素1g，加入25mL 50％NaOH，浸泡0.5h后置于微波炉内，用中高火微波辐射5min，反应结束后取出冷却，清水洗至中性，即得片状壳聚糖产品；

(2.10)将制得的片状壳聚糖产品溶于3％乙酸溶液中，抽滤，滤液用10％NaOH调pH至碱性，沉淀出纯净的凝胶状壳聚糖；离心取沉淀，水洗至中性，无水乙醇脱水，70℃烘箱中干燥，得壳聚糖；

最后是凝胶层制备：

(2.11)在100mL去离子水中溶解2g所述壳聚糖，35℃下充分搅拌4h后加入2g尿素，通入99.99％纯度的N₂ 20min，充分溶解得到第一混合溶液；

(2.12)在搅拌条件下，将所得第一混合溶液装入分液漏斗，分液漏斗接有无针头注射器，保持分液漏斗滴加速度为四秒一滴，滴入400mL，浓度为0.1mol/L的Ca(NO₃)₂溶液中得到第二混合溶液，将第二混合溶液倒入玻璃器皿中使用保鲜膜在60℃条件下封存24h使其充分交联，形成以壳聚糖为单体、Ca²⁺作为交联剂的浸渍尿素的凝胶层；

所述步骤三包括：

(3.1)制备水泥砂浆；

(3.2)将固载层材料与水泥砂浆分层混合得到所述水泥基梯度弹道材料；

制备水泥砂浆具体包括：

(3.11)先将0.006份减水剂加入1份水中，充分搅拌30s；

(3.12)再将3份水泥、0.3份粉煤灰和步骤3.11中搅拌后的水投入搅拌机内搅拌得到具有流动性的砂浆；

(3.13)对步骤3.12的砂浆再加入1.2份砂子，继续慢搅60s，快搅30s得到水泥砂浆；

所述步骤3.2包括以下步骤：

(3.14)将0.016份的PVA纤维加入步骤3.13中的水泥砂浆，慢搅60s，快搅30s得到PVA纤维层；

(3.15)将步骤3.13制备得到的水泥砂浆分别加入所述高强度陶粒层和凝胶层中，慢搅60s，快搅30s得到高强度陶粒混合层和凝胶混合层；

(3.16)将拌制好的PVA纤维层、高强度陶粒混合层和凝胶混合层装入40mm×40mm×160mm的标准三联模中，三联模底部倒入PVA纤维层，用振动台振实抹平，PVA纤维层上放置一层高强度陶粒混合层，用振动台振实抹平，高强度陶粒混合层上面浇注一层凝胶混合层，用振动台振实抹平，再在凝胶混合层上放置一层高强度陶粒混合层，用振动台振实抹平，最后在高强度陶粒混合层上放置一层PVA纤维层，用振动台振实抹平，最终得到所述水泥基梯度弹道材料。