[发明专利]多壁碳纳米管增强改性三维壳聚糖棒材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多壁碳纳米管增强改性三维壳聚糖棒材的方法。

背景技术

多壁碳纳米管呈空心圆柱状，尺寸小、比表面积大、长径比大、质轻，具有很高的拉伸强度(45±7Gpa)和杨氏模量(1.0TPa)。多壁碳纳米管作为一类纳米材料，可以用于生物学、生物医用体系，尽管无纺碳管材料表面可以粘附大量的纤维蛋白原，但激活血小板的能力很低。体外研究工作表明，几种不同类型的细胞在碳纳米管及其复合材料上生长良好，含有碳纳米管的材料具有良好的细胞粘附性，是理想的组织工程材料。多壁碳纳米管具有优异的力学性能，常被用作纳米填充材料，以改善聚合物材料的力学性能。少量的多壁碳纳米管加入到聚合物基体中便可以显著提高材料的力学强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种多壁碳纳米管增强改性三维壳聚糖棒材的方法，以获得高强度的多壁碳纳米管/壳聚糖复合棒材，用作临床骨折内固定材料。

本发明的多壁碳纳米管增强改性三维壳聚糖棒材的方法，包括以下步骤：

1)按每0.05～0.5g多壁碳纳米管，加入到400ml体积分数为2％的稀醋酸水溶液中，超声搅拌2h；

2)将壳聚糖粉末溶于体积分数为2％的稀醋酸中，配制成质量分数为4％～5％的壳聚糖溶液，静置脱泡；

3)向步骤1)溶液中按每0.05～0.5g多壁碳纳米管加入20g壳聚糖粉末，分两次加入，首次加入5g壳聚糖粉末，超声搅拌2h后再次加入15g壳聚糖粉末，超声搅拌2h，得到多壁碳纳米管/壳聚糖混合溶液，静置脱泡；

4)取少量步骤2)壳聚糖溶液注入模具中先形成一层内膜，然后将多壁碳纳米管/壳聚糖混合溶液注入模具中，再将模具放入质量分数为5％的碱性凝固液中，凝固6～24h，脱模，得到多壁碳纳米管/壳聚糖复合凝胶棒材，用蒸馏水洗涤至中性；

5)将多壁碳纳米管/壳聚糖复合凝胶棒材在60℃～80℃下干燥，即可。

上述的碱性凝固液为NaOH或KOH。

本发明的有益效果在于：

“超级纤维”多壁碳纳米管原位复合到壳聚糖基体中，壳聚糖作为基体，是连续相，可以传递应力；而多壁碳纳米管无规分散在壳聚糖基体中，可以连接壳聚糖基体的各个层，并起到承受外来应力的作用；多壁碳纳米管还起到了成核剂的作用，提高了壳聚糖基体的结晶度，从而有效提高了三维壳聚糖棒材的力学性能；多壁碳纳米管可以抑制破骨细胞的生长，有利于骨折的愈合。当0.5％的多壁碳纳米管加入到壳聚糖基体中时，复合棒材的弯曲强度和弯曲模量达到130.7MPa、4.4Gpa，与未改性的壳聚糖棒材相比分别提高了34.3％、7.3％，可满足骨折内固定的临床使用要求。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步说明本发明。

实施例1：

1)称取0.05g多壁碳纳米管，加入到400ml体积分数为2％的稀醋酸水溶液中，边超声分散、边搅拌2h；

2)将壳聚糖粉末溶于体积分数为2％的稀醋酸中，配制成质量分数为4％的壳聚糖溶液，静置脱泡；

3)分两次向步骤1)溶液中加入壳聚糖粉末，首次加入5g壳聚糖粉末，超声搅拌2h，使得少量的壳聚糖包覆在多壁碳纳米管表面，有利于多壁碳纳米管均匀分散在壳聚糖溶液中，然后加入15g壳聚糖粉末，超声搅拌2h，得到多壁碳纳米管/壳聚糖混合溶液，静置脱泡；

4)取少量步骤2)的壳聚糖溶液均匀涂覆于模具表面，将模具置于质量分数为5％的NaOH凝固液中，室温下壳聚糖凝固成膜，脱模，得到壳聚糖膜；然后将多壁碳纳米管/壳聚糖混合溶液注入模具中，再将模具放入质量分数为5％的NaOH凝固液中，凝固6h，脱模，得到多壁碳纳米管/壳聚糖复合凝胶棒材，用蒸馏水洗涤至中性；

5)将多壁碳纳米管/壳聚糖复合凝胶棒材在放在温度为60℃的烘箱中干燥72h，即得到多壁碳纳米管/壳聚糖三维复合棒材。力学性能测试结果：

弯曲强度：104.0MPa

弯曲模量：4.3GPa

实施例2：

1)称取0.1g多壁碳纳米管，加入到400ml体积分数为2％的稀醋酸水溶液中，边超声分散、边搅拌2h；

2)将壳聚糖粉末溶于体积分数为2％的稀醋酸中，配制成质量分数为4％的壳聚糖溶液，静置脱泡；

3)分两次向步骤1)溶液中加入壳聚糖粉末，首次加入5g壳聚糖粉末，超声搅拌2h后再次加入15g壳聚糖粉末，超声搅拌2h，得到多壁碳纳米管/壳聚糖混合溶液，静置脱泡；