[发明专利]一种高生物活性MXene/生物玻璃微球复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高生物活性MXene/生物玻璃微球复合材料的制备方法。采用原位合成氢氟酸刻蚀法制备MXene，随后溶胶‑凝胶法结合模板法制备生物玻璃微球，最后用静电自组装法制备MXene/生物玻璃微球复合材料。由于MXene表面具有特殊的表面基团，包括羟基(‑OH)、氧(‑O)或氟(‑F)等极性基团，与生物玻璃复合后，这些基团可以作为活性位点，能够促进羟基磷灰石沉淀量的增加，并且MXene具有高表面电荷性(负Zeta电位超过‑40 mV)，能够更快吸附体液中的Ca、P等离子，加快羟基磷灰石沉淀的生成，因此MXene/生物玻璃微球复合材料具有很高的生物活性。

技术领域

本发明属于生物功能材料领域，具体涉及一种高生物活性MXene/生物玻璃微球复合材料的制备方法。

背景技术

目前临床上对骨缺损患者的治疗还普遍使用传统的自体骨移植和异体骨移植。但是由于自体骨移植来源有限、供体不足，异体骨移植又存在一定的免疫排斥反应和疾病传染的风险。生物玻璃具有良好的体外矿化性能，在模拟体液中浸泡一段时间，能在其表面生成类骨的碳酸羟基磷灰石晶体，并能和人骨形成良好的化学键合。生物玻璃的骨结合性能主要是因为玻璃基体浸入体液中后，其表面能生成的羟基磷灰石可以有效的与骨组织进行结合，并可以吸附相关的蛋白质，合并胶原纤维，促进骨祖细胞的粘附、分化和骨细胞的细胞外基质的代谢，并通过在胶原纤维与受损骨之间形成键合，促进两者之间的交流。

生物玻璃是由美国的Larry L Hench教授于1971年发明，因其特有的无机非晶态结构、促进骨细胞活性和提高生物矿化速度等优点，被认为是一类比其它结晶态无机非金属生物活性材料更为优越的骨修复材料。

将溶胶-凝胶法与模板剂相结合，通过引入具有高表面活性的物质，作为结构模板，合成具有特定形貌的微纳米颗粒。其主要作用机制为：无机的前驱体在体系中水解后，与表面活性剂相互吸附并协同组装，形成特定结构，后经热处理去除模板剂，获得具有特定形貌的生物玻璃。采用十二胺为催化剂和模板剂，合成尺寸在微米级且分散性良好的生物玻璃微球，这种方法可以通过改变十二胺使用量来调控微球的尺寸200~800 nm，该法合成的生物玻璃微球具有良好的单分散性、较大的比表面积、稳定的形貌尺寸及有序的介孔结构，在离子释放性能和细胞相容性等方面都更优异。

但生物玻璃微球在生物医用方面还面临着诸多挑战，一方面需要赋予生物玻璃微球新的功能，另一方面还需提高生物玻璃微球的生物活性，因此，人们不断对生物玻璃微球的结构与组分进行探索，并采用多种手段，包括将生物玻璃微球与水凝胶复合，负载药物因子等。

MXene通常表示为 Mn+1AXn，其中 M 代表过渡金属元素，A 代表第13/14主族元素，X为碳或氮。二维MXene具有独特的平面纳米结构，而由结构决定的系列优良的物理化学性质，又给了其在生物医药领域中广泛应用的潜能。例如，在近红外(NIR)Ⅰ区和Ⅱ区，二维MXene具有较强的光学吸收和光热转换效率，很有可能助力肿瘤的光热治疗法的发展；高比表面积可有效装载化学治疗药物，暗示其可以作为高效的药物载体的潜能；MXene经近红外(NIR)Ⅰ区和Ⅱ区照射后，能产生大量的热量，并结合二维MXene尖锐的边缘，与细菌接触时，可破环细菌膜结构，影响细菌与周围环境的物质交换，因此，赋予了其独特的抗菌性能。与石墨烯等二维材料相比，MXene在抗菌活性、药物传递、光热治疗等生物医药应用方面表现出优越的能力。此外，MXene通常具有特殊的表面基团，包括羟基(-OH)、氧(-O)或氟(-F)等极性基团，使其表面具有较好的亲水性和高表面电荷性(负Zeta电位超过-40 mV)，使得这种无表面活性剂的胶体在溶液中具有较高的稳定性。MXene的亲水性和负电位能促进生物玻璃微球与水溶液中的离子交换，增加羟基磷灰石的沉积量，从而促进生物玻璃微球的生物活性。但仍未见有关生物玻璃微球与MXene复合的有关报导。

发明内容