[发明专利]一种碳酸锶胶原复合薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种碳酸锶胶原复合薄膜及其制备方法与应用，所述碳酸锶胶原复合薄膜由胶原纤维均匀密实组成的胶原薄膜在碳酸锶前驱体矿化液中充分均匀矿化得到，复合薄膜内胶原纤维均匀分布，且碳酸锶纳米颗粒沿单根胶原纤维轴向紧密有序排列，均匀分布于胶原纤维外表面并填充于胶原纤维内部。本发明在常温常压条件下采用胶原纤维内矿化制备碳酸锶胶原复合薄膜，实现了碳酸锶晶体在胶原纤维的内部矿化并制备成具有压电性能的薄膜器件，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及仿生功能材料技术领域，特别涉及一种碳酸锶胶原复合薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

压电现象在自然界中普遍存在，如木材、苎麻、丝素、骨骼、肌腱等，纤维素等环境刺激引起的压电信号可以触发生物组织的识别功能，控制生长或吸收过程。不同电荷从周围细胞传递不同的生物信息。骨被证明存在逆压电效应，也称电致伸缩，在载荷作用下，骨表面电荷重新分布。当无机羟基磷灰石的生长方向垂直于电场时，晶体平面间距随电场强度的增大而增大。由于羟基磷灰石本身没有压电效应，因此在电场强度作用下，羟基磷灰石的现象是由于胶原的影响所致。在场强作用下，骨应变大于骨细胞的响应值，可触发骨生长。生物铁电在生物物理系统中的起源和功能尚不清楚，有待进一步探讨。

在现有的技术中，基于压电材料的自供电纳米发电机作为一种新型的能源，由于其作为生物医学器件的适用性和在柔性便携式电子设备中的适用性而引起了人们的广泛兴趣。为了适应一个自供电系统作为植入式生物医学设备，如人工心脏起搏器，能量采集系统所用的材料是最重要的问题，因为体内监测条件下，即使是自供电系统产生的毒性很低，也会导致心力衰竭，伤害患者。因此，基于生物材料的自供电系统是克服这一长期挑战的替代方案。最容易获得的具有固有压电性的生物材料是胶原纤维，它也是可生物降解的、生物相容的，并且大量存在于动物组织中，例如皮肤、肌腱、软骨、骨甚至人类心脏本身。动物皮肤主要含有I型胶原蛋白。它由三条多肽链(α链)、两条相同的α1(I)链和一条不同的α2(I)链组成。它们都由甘氨酸-X-Y重复的三重态氨基酸序列组成，其中X和Y分别是脯氨酸(Pro)和羟脯氨酸(Hyp)。三个α链一起扭曲成一个独特的三螺旋结构。胶原单体由这种长螺旋区域和短的非螺旋N端和C端末端肽组成。胶原分子的四分之一交错排列形成具有典型轴向周期性结构的胶原纤维，多肽链间氢键的形成对压电性起着至关重要的作用。分子偶极子的单轴极性取向的内在存在导致了极化和压电性，使胶原也成为一种天然的驻极体或生物电极材料。然而，由于胶原蛋白的层次结构和异质性不同于具有理想结构的经典压电材料，因此表现出经典理论无法解释的复杂压电效应，到目前为止，关于制备并应用基于胶原的压电材料的报道并不多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种矿化均匀的碳酸锶胶原复合薄膜及其制备方法与应用。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种碳酸锶胶原复合薄膜，所述碳酸锶胶原复合薄膜由胶原纤维均匀密实组成的胶原薄膜在碳酸锶前驱体矿化液中充分均匀矿化得到，复合薄膜内胶原纤维均匀分布，且碳酸锶纳米颗粒沿单根胶原纤维轴向紧密有序排列，均匀分布于胶原纤维外表面并填充于胶原纤维内部。

按上述方案，所述碳酸锶纳米颗粒粒径为20-50nm。

本发明还提供上述碳酸锶胶原复合薄膜的制备方法，具体步骤如下：

1)制备胶原薄膜：将胶原粉体与去离子水混合搅拌，滴加无水乙酸50-100μL进行溶胀并搅拌过夜，得到粗胶原溶胶，然后将粗胶原溶胶用匀浆机进行匀化处理得到均匀的胶原溶胶，将胶原溶胶滴加至基底并涂布均匀并干燥，多次滴加、涂布、干燥后得到胶原薄膜；