一種具有磁性功能的生物玻璃納米纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有磁性功能的生物玻璃納米纖維的制備方法。此方法是將溶膠凝膠與靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合，其基本步驟為：摻Fe生物玻璃(BG)前驅(qū)體溶液的制備、紡絲液制備、電紡絲、干燥、熱處理。制備得到的前驅(qū)體紡絲液纖維平均直徑為140nm，經(jīng)500℃熱處理3小時后得到的生物玻璃纖維平均直徑為95nm。研究表明Fe摻雜納米生物玻璃纖維具有良好的順磁性以及生物活性。本發(fā)明制備方法簡單，原料成本低廉，整個制備過程在空氣氣氛中進行，無需特殊裝置。
【專利說明】一種具有磁性功能的生物玻璃納米纖維的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硬組織修復(fù)與組織工程支架材料，具體是指一種具有磁性功能的生物玻璃納米纖維的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]生物玻璃自從1969年被Hench發(fā)明以來，由于其在體液環(huán)境中，表面能形成類骨的羥基磷灰石具有較強的骨連接性能，所以被廣泛用于骨填充材料修復(fù)骨缺陷。尤其近年來作為骨組織支架材料在組織工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]很多制備技術(shù)被用來制備生物玻璃，來獲得不同的結(jié)構(gòu)特點進而獲取優(yōu)異的生物性能。這些結(jié)構(gòu)特點的材料包括大孔生物玻璃支架材料、介孔生物玻璃顆粒、多級孔結(jié)構(gòu)塊體生物玻璃支架材料以及無紡布結(jié)構(gòu)的生物玻璃纖維材料。在這些不同的結(jié)構(gòu)特點中，通過溶膠-凝膠結(jié)合靜電紡絲方法制備的纖維結(jié)構(gòu)支架材料引起了極大的關(guān)注。該結(jié)構(gòu)的生物玻璃具有極大的比表面積與大通孔的3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不僅能較快的釋放無機鹽離子以及蛋白質(zhì)的快速吸脫附，而且能促進細胞的粘附、遷移、從而極大的促進了其組織修復(fù)能力。
[0004]隨著醫(yī)學(xué)水平的不斷提高，對多功能生物材料的需要日益迫切，研究者將具有磁性的元素引入到生物玻璃中，制備出磁性生物玻璃。磁性生物活性玻璃是既具有磁性又具有生物活性，植入人體后，表面慢慢溶解，與體液發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，形成類骨的磷灰石層，借此與組織形成化學(xué)鍵合，促進組織修復(fù)。最新研究顯示在體外磁場的作用下，局部磁性生物陶瓷還可以產(chǎn)生微弱的磁感應(yīng)電流與磁感應(yīng)電動勢,磁感應(yīng)電流可刺激并增強材料與骨組織的生物連接，形成組織快速愈合。因此具有多功能的生物玻璃纖維在組織工程修復(fù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有磁性功能的生物玻璃納米纖維的制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種具有磁性功能的生物玻璃納米纖維的制備方法，包括以下步驟:
1)將1.666g正硅酸四乙酯、0.539g硝酸鈣、0.2082g磷酸三乙酯溶解在20ml乙醇溶液中，加入0.3mL醋酸(質(zhì)量分數(shù)> 99%)作為催化劑，攪拌得到溶液A ；
2)將0.1543g FeCl3固體溶解在由7ml乙醇和3ml氮氮二甲基甲酰胺組成的混合溶劑中，加入0.35g分子量為5800的P123 (聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物)攪拌得到溶液B ；
3)將Ig分子量1300000的PVP(聚乙烯吡咯烷酮)粉末加入B溶液，攪拌均勻后得到溶液C，將A溶液滴加到攪拌條件下的C溶液中，攪拌均勻后得到紡絲液；
4)然后用注射器吸取適量紡絲液，并將注射器放置于注射泵上，流速控制在
0.l_0.20ml/h之間。將金屬針頭通過醫(yī)用硅膠軟管與注射器相連，輕輕推動注射器以排出空氣。以接地的帶有鋁箔的平板作為接收裝置，將潔凈的收集襯底(鐵絲網(wǎng))固定在接收裝置上，并且使金屬針頭與高壓電源相連，調(diào)節(jié)電壓值范圍為8-10 kV，配以鹵鎢燈和高速攝像機觀察紡絲過程，將紡出的復(fù)合纖維在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)80°C干燥12h。
[0007]5)將干燥好的復(fù)合纖維放入坩堝在燒結(jié)爐中熱處理，在空氣中以5°C /min升溫速率到500°C，保溫3h去除有機成分，從而得到Fe摻雜的生物玻璃納米纖維。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明制備方法簡單，原料成本低廉，整個制備過程在空氣氣氛中進行，無需特殊裝置，所需設(shè)備簡單。本發(fā)明首次通過溶膠凝膠-靜電紡絲方法制備出了具有磁性的生物活性玻璃納米纖維，在保持較強生物活性的同時還具有磁學(xué)性能，豐富了生物玻璃納米纖維在骨再生與骨修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是Fe摻雜的生物玻璃納米纖維燒結(jié)前后的SEM照片；
圖2是Fe摻雜的生物玻璃納米纖維的XPS全譜以及Fe元素分析圖；
圖3是Fe摻雜的生物玻璃納米纖維的磁滯回線圖；
圖4是Fe摻雜的生物玻璃納米纖維在SBF溶液中浸泡不同時間的SEM圖。

【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合實施例和附圖對發(fā)明作進一步說明。
[0011]實施例1
1)將1.666g正硅酸四乙酯、0.539g硝酸鈣、0.2082g磷酸三乙酯溶解在20ml乙醇溶液中，加入0.3mL醋酸O 99%)作為催化劑，攪拌得到溶液A ；
2)將0.1543g FeCl3固體溶解在7ml乙醇和3ml氮氮二甲基甲酰胺的混合溶劑中，加入0.35g P123攪拌得到溶液B ；
3)將IgPVP (Mw=1300000)粉末慢慢加入B溶液，攪拌均勻后得到溶液C，將A溶液在攪拌條件下緩緩的滴加到C溶液，攪拌均勻后得到紡絲液
4)然后取出紡絲液溶膠注入注射器中，并將注射器放置于注射泵上，流速控制在
0.l_0.20ml/h之間。將金屬針頭通過醫(yī)用硅膠軟管與注射器相連，輕輕推動注射器以排出空氣。以接地的帶有鋁箔的平板或轉(zhuǎn)鼓作為接收裝置，將潔凈的收集襯底固定在接收裝置上，并且使金屬針頭與高壓電源相連，調(diào)節(jié)電壓值范圍為8-10 kV，配以鹵鎢燈和高速攝像機觀察紡絲過程，將紡出的復(fù)合纖維在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)80°C干燥12h。
[0012]5)將干燥好的復(fù)合纖維放入坩堝在燒結(jié)爐中熱處理，以5°C /min升溫速率到500°C，在空氣中保溫3h去除有機成分，從而得到Fe摻雜的生物玻璃納米纖維。
[0013]下面對實施例1得到的Fe摻雜的生物活性玻璃纖維進行表征。
[0014]1.形貌表征
Fe摻雜的生物玻璃納米纖維如圖1所示，圖1 (a)為500°C燒結(jié)前的纖維形貌，表面光滑尺寸分布均勻，平均尺寸為141nm，圖1 (b)為500°C燒結(jié)纖維的形貌特點，同燒結(jié)前區(qū)別是纖維尺寸變小，平均尺寸為95nm
2.XPS元素分析
將制備出的Fe摻雜的生物玻璃納米纖維用XPS進行元素分析以及Fe元素化學(xué)價態(tài)分析。如圖2所以，XPS全譜中，生物玻璃纖維的元素Si，O, Ca, P, Fe四種元素都有，表明Fe元素順利摻入生物活性玻璃納米纖維，而且Fe元素的分譜為典型的Fe3O4圖譜。
[0015]3.磁化飽和強度測試
將制備出的Fe摻雜的生物玻璃納米纖維用磁學(xué)測量系統(tǒng)(MPSM)，測量結(jié)果如圖3所示，磁化飽和強度(MS)為0.18 emu/g，在圖3中幾乎沒有觀察到明顯的磁滯回線，說明制備出的磁性生物玻璃纖維超順磁特性，這也許歸結(jié)于在生物玻璃纖維支架材料中形成了非常小的Fe3O4顆粒。
[0016]4.礦化性能表征
將Fe摻雜的生物玻璃納米纖維進行模擬體液(SBF)的浸泡實驗，取等量的Fe摻雜的生物玻璃納米纖維分別浸泡在等量的SBF溶液中，到5h，10h，Id后分別取出，通過SEM觀察其形貌的變化，如圖4所示表面生成的磷灰石的量隨著浸泡時間的增加而增加，表明磁性生物玻璃纖維具有較強的生物活性。
【權(quán)利要求】
1.一種具有磁性功能的生物玻璃納米纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將1.666g正硅酸四乙酯、0.539g硝酸鈣、0.2082g磷酸三乙酯溶解在20ml乙醇溶液中，加入0.3mL醋酸(質(zhì)量分數(shù)> 99%)作為催化劑，攪拌得到溶液A ； (2)將0.1543g FeCl3固體溶解在由7ml乙醇和3ml氮氮二甲基甲酰胺組成的混合溶劑中，加入0.35g分子量為5800的P123(聚環(huán)氧乙燒-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙燒三嵌段共聚物)攪拌得到溶液B ； (3)將Ig分子量1300000的PVP(聚乙烯吡咯烷酮)粉末加入B溶液，攪拌均勻后得到溶液C，將A溶液滴加到攪拌條件下的C溶液中，攪拌均勻后得到紡絲液； (4)用注射器吸取5mL紡絲液，并將注射器放置于注射泵上，流速控制在0.1-0.20ml/h之間；將金屬針頭通過醫(yī)用硅膠軟管與注射器相連，輕輕推動注射器以排出空氣；以接地的帶有鋁箔的平板作為接收裝置，將潔凈的收集襯底固定在接收裝置上，并且使金屬針頭與高壓電源相連，調(diào)節(jié)電壓值范圍為8-10 kV，配以鹵鎢燈和高速攝像機觀察紡絲過程，將紡出的復(fù)合纖維在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)80°C干燥12h ； (5)將干燥好的復(fù)合纖維放入坩堝在燒結(jié)爐中熱處理，在空氣中以5°C/min升溫速率到500°C，保溫3h ，得到具有磁性功能的Fe摻雜的生物玻璃納米纖維。
【文檔編號】A61L27/50GK104069543SQ201410289905
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】李翔, 李楊楊, 韓高榮 申請人:浙江大學(xué)