[发明专利]含磷酸钙纳米粒子的生物活性玻璃纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含磷酸钙纳米粒子的生物活性玻璃纳米纤维及其制备方法，属于生 物材料领域。

背景技术

生物活性玻璃是一种表面活性的生物材料，目前已广泛用于硬组织缺损修复。生物 活性玻璃具有良好的生物活性是因为它们植入体内后能快速与骨进行化学键合。尽管如 此，生物活性玻璃的生物活性和应用已被广泛证实是结构依靠的。把生物活性玻璃设计 成具有丰富的、且孔间相互贯通的多孔通常适合于硬组织修复用；而把生物活性玻璃制 备成纳米材料则可以显著提高其生物活性。最近，Kim等人率先使用一种静电纺丝技术 把生物活性玻璃制备成纳米纤维的结构是特别有趣的(Adv.Funct.Mater.2006,16, 1529)。一方面，这些纳米纤维因为具有纳米尺度的直径而具有高的比表面，从而其纤 维表面能快速生长一层类骨羟基磷灰石。另一方面，这些纳米纤维是超长的，以至于在 宏观范围能构建成三维多孔支架而用于骨修复。

尽管如此，但由静电纺丝技术制备的生物活性纳米纤维具有比较低的力学强度，这 就限制了由这种纳米纤维构建成的三维多孔支架在负重骨缺损部位的使用。最近，一个 公开号为CN 101376567A的发明专利“具有纳米孔的复合生物活性玻璃超细纤维及其制 备方法”，报道了具有纳米孔隙的生物活性玻璃超细纤维。虽然这种生物活性玻璃纳米 纤维具有高的生物活性，但是并没有涉及纳米纤维的力学强度。

发明内容

本发明的目的正是为克服现有技术中所存在的缺陷和不足，提供一种含磷酸钙纳米 粒子的生物活性玻璃纳米纤维及其制备方法，该方法使用磷酸钙纳米粒子和具有生物活 性玻璃组成的化学原料，采用溶胶-凝胶法并结合静电纺丝技术来完成。该方法制备出 的含磷酸钙纳米粒子的生物活性玻璃纳米纤维，其直径在100-1000纳米之间，其中，直 径为50-500纳米的磷酸钙纳米粒子很好的分布在生物活性玻璃纳米纤维基质中；由于生 物活性玻璃纳米纤维里含有磷酸钙纳米粒子，因此其具有高的力学强度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施构成的技术方案来实现的。

本发明一种含磷酸钙纳米粒子的生物活性玻璃纳米纤维的制备方法，其特征在于采 用溶胶-凝胶法，并结合静电纺丝技术来完成，具体包括以下工艺步骤：

(1)配置静电纺丝溶液

①按生物活性玻璃组成的化学原料含硅化合物、含钙化合物、含磷化合物的摩尔比 添加到乙醇中溶解成溶液；乙醇对应含硅化合物的摩尔比为13-26：1；含硅化合物：含 钙化合物：含磷化合物的摩尔比为60-100：大于0-30：大于0-10；使用盐酸调节其溶液 pH为2-6，并在室温下搅拌反应1-24小时，获得溶胶溶液1；

②把2-30％纤维模板高分子试剂和磷酸钙纳米粒子加入到乙醇溶液中，乙醇用量为 ①中的乙醇用量的60-100％，并在室温下搅拌1-5小时，获得混合溶液2；所述的磷酸钙 纳米粒子在混合溶液2中的质量浓度为3-25％；

③把溶胶溶液1和混合溶液2混合并搅拌1-2小时，获得静电纺丝溶液；

(2)玻璃前驱体纳米纤维的获得

将静电纺丝溶液置于静电纺丝专用设备容器中进行静电纺丝，获得直径在150-1200 纳米的含磷酸钙纳米粒子的生物活性玻璃前驱体纳米纤维；

(3)有机成分的去除，制得生物活性玻璃纳米纤维

对获得的生物活性玻璃前驱体纳米纤维在600-700℃条件下进行6-10小时焙烧，除 去有机成分，即得到直径为100-1000纳米的含有磷酸钙纳米粒子的生物活性玻璃纳米 纤维。

上述方案中，含硅化合物是正硅酸乙酯[Si(OC₂H₅)₄]、或正硅酸甲酯[Si(OCH₃)₄]。

上述方案中，所述含钙化合物是硝酸钙晶体[Ca(NO₃)₂·4H₂O]、或氯化钙、或乙酸 钙晶体[Ca(OC₂H₅)₂·H₂O]、或有机钙。

上述方案中，所述含磷化合物是磷酸三乙酯[(C₂H₅)₃PO]、或磷酸三甲酯。