CN105013018B - 一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其步骤是：A纳米晶体纤维素羧基化改性，得到羧基化纳米晶体纤维素悬浮液；B复合粉体的制备：在羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中按Ca与P的摩尔比1.67：1，依次加入可溶性的钙盐和可溶性磷酸盐溶液；在羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中原位合成羟基磷灰石，通过洗涤、抽滤、干燥等操作，即得到羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体；C、支架的制备：将羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体单独作为支架固相粉末，或跟其他钙盐粉末混合均匀作为支架固相粉末；加入支架成型液，成型后水浴固化，即得。该方法制备的羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架具有较高的抗压强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种磷酸钙支架，尤其涉及一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备，属于复合材料领域。
背景技术
磷酸钙支架(Calcium phosphate scaffold，CaP-S)是指由磷酸钙类材料(磷酸氢钙、磷酸四钙粉末、α-磷酸三钙、β-磷酸三钙、羟基磷灰石等)制备的骨组织工程支架，具有良好的生物相容性和可生物降解性，已被用于临床骨修复材料。但CaP-S属于无机非金属材料，呈脆性，机械强度较低，如抗压强度仅与松质骨相当，限制了其临床应用。因此，有必要提高CaP-S的机械强度，满足临床对骨缺损填充材料机械强度的要求。
近年来已有大量关于提高CaP-S机械强度的研究报道。除了改变制备CaP-S的配方、降低起始原料的颗粒尺寸和CaP-S中孔隙率等方法外，添加增强剂是改善CaP-S机械强度最常用的方法之一。Xu等将不同比例的碳化硅和氮化硅晶须加入磷酸钙骨水泥(Calciumphosphate cement，CPC)，结果表明晶须的加入同时提高了CPC的抗压强度、弹性模量和刚度(Xu H H K.Whisker-reinforced bioactive composites containing calciumphosphate cement filber:effects of filler ratio and surface treatments onmechanical properties.J Biomed Mater Res A.2001,57(2):165-174)。但这些增强剂缺乏优良的生物相容性，在人体内不会降解，植入后会残留在机体，会对人产生不利的影响，若通过再次手术取出，则增加了患者的感染几率、二次手术痛苦和经济负担。CN201410137741.4公开了一种电纺纤维增强磷酸钙骨水泥复合材料及其应用，提高了CPC的初期抗压强度，后期电纺纤维发生降解，增大了CPC的孔隙率，有利于组织的生长，但纤维的制备过程较复杂，且很难获得单分散的纤维，团聚的纤维在CPC中容易造成应力集中。通过现有的制备方法制备的增强CaP-S的抗压强度一般在40MPa以下，且不能够兼容机械强度、生物相容性和可生物降解性等支架需要的特性。因此，寻找一种新的增强效果好、能在体内降解且生物相容性好的增强剂成为增强CaP-S的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法。该方法制备的增强磷酸钙支架中增强相(羧基化纳米晶体纤维素)分散性好，增强相与基体相(磷酸钙支架)间的结合强度高，因此最终得到的羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架具有较高的抗压强度。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其步骤是：
A、纳米晶体纤维素羧基化改性
A1、将纳米晶体纤维素加入去离子水中，配制得到浓度为0.5～5wt.％的纳米晶体纤维素悬浮液；
A2、在100份重的纳米晶体纤维素悬浮液中加入0.1～10份重的NaBr和0.01～0.5份重的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物，搅拌溶解后，加入10～60份重的浓度为5～14wt.％的NaClO溶液并不断搅拌，搅拌过程中调节溶液的pH值，使pH值稳定在9.0～11.5；再加入10～50份重的无水乙醇，得到分散液；
A3、将A2步的分散液的pH值调节至2.5～3.0，静置24～36h；离心、洗涤并使用透析袋滤除分子量小于1000的小分子物质，得到羧基化纳米晶体纤维素悬浮液。
B、复合粉体的制备
B1、在A3步得到的羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中加入可溶性的钙盐，定容使悬浮液中Ca2+浓度为0.1～1.0mol/L，充分搅拌10～60min，得到含Ca2+的分散液；
B2、将0.1～1.0mol/L的可溶性磷酸盐溶液滴加到B1步的含Ca2+的分散液中，并不断搅拌，同时调节溶液的pH值，使pH值稳定在8.0～11.0，直至滴定结束，分散液中Ca与P的摩尔比为1.67：1；
B3、将B2步的分散液继续搅拌1～4h，再静置陈化24～72h，然后进行洗涤、抽滤、干燥，即得到羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体；
C、支架的制备
将B3步得到的羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体单独作为支架固相粉末，或跟其他钙盐粉末混合均匀作为支架固相粉末；按照0.2～0.4mL/g的液固比加入支架成型液，将支架成型液与支架固相粉末调和为膏状体，通过磨具压制成型、注射成型或3D打印成型，成型后置于32～37℃水浴锅中固化24～48h，即得羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架。
本发明的反应机理是：
通过TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物)/NaClO/NaBr催化氧化法将纳米晶体纤维素分子中的C6伯醇羟基氧化为羧基，减弱了纳米晶体纤维素复杂的分子间氢键作用；且羧基相对羟基具有较强的负电性和较大的空间位阻，进一步减弱了分子间作用力，使得纳米晶体纤维素分子间的团聚能力减弱，在溶液中均匀的分散。
在均匀分散的羧基化纳米晶体纤维素的悬浮液中加入可溶性钙盐，因羧基化纳米晶体纤维素表面丰富的羟基和羧基对Ca2+具有较强的配位能力，可与溶液中的Ca2+配位结合；随后加入可溶性磷酸盐，羧基化纳米晶体纤维素与Ca2+配位结合处作为形核位点，原位生成羟基磷灰石。再通过陈化、洗涤、抽滤、干燥等操作，就得到增强相分散性好，增强相与基体相间结合强度高的羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体。
羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体单独作为支架固相粉末，或跟其他钙盐粉末混合均匀作为支架固相粉末；按液固比为0.2～0.4mL/g，将支架成型液与支架固相粉末调和为膏状体，并通过成型、固化等步骤，即可得到机械强度高的羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、纳米晶体纤维素(Nanocrystalline Cellulose,NCC)具有高抗张强度(7500MPa)、高杨氏模量(100-140GPa)、高长径比(70)、高比表面积(150-250m2/g)、可再生和良好的生物相容性等优点；但是，纳米晶体纤维素分子的脱水葡萄糖单元上有两个仲醇羟基和一个伯醇羟基，易形成分子间和分子内氢键，其中分子间氢键主要是由C6伯醇羟基的氢原子和氧原子形成(Sturcova A.Structural details of crystalline cellulosefrom higher plants.Biomacromolecules.2004,5(4):1333-1339)，导致纳米晶体纤维素颗粒易发生团聚，分散性较差。本发明对纳米晶体纤维素分子结构中的C6伯醇羟基进行羧基化改性，降低分子间氢键作用力；同时羧基较强的电负性和较大的空间位阻，进一步减弱了分子间作用力，使得纳米晶体纤维素分子间的团聚能力减弱，在溶液中易于分散。本发明采用羧基化纳米晶体纤维素作为磷酸钙支架的增强相，既充分利用了纳米晶体纤维素的优点，又在一定程度上避免了纳米晶体纤维素的团聚，使其在磷酸钙基体中较好分散，提高磷酸钙支架的机械强度。
二、本发明采用TEMPO/NaClO/NaBr催化氧化法对纳米晶体纤维素进行羧基化改性，这种方法对分子结构中的C6伯醇羟基具有选择性氧化作用，且氧化彻底，羧基化程度高。
三、羧基化纳米晶体纤维素表面丰富的负电性基团羟基和羧基，对Ca2+具有较强的配位能力，为原位合成羟基磷灰石提供形核位点。将原位合成羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体单独作为支架固相粉末，或跟其他钙盐粉末混合均匀作为支架固相粉末，与支架成型液混合制备的羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架极大地改善了羧基化纳米晶体纤维素(增强相)在基体相(磷酸钙)中的分散性，同时提高增强相与基体之间的结合强度，使增强相承受大部分载荷；当支架受力产生微裂纹时，羧基化纳米晶体纤维素可对裂纹具有桥接作用，阻止裂纹扩展或使断裂发生偏转，从而提高磷酸钙支架的机械强度，制备得到的羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的抗压强度高达51MPa。
四、羧基化纳米晶体纤维素具有良好的生物降解性，植入后不会在机体内残留，避免了因二次手术对患者造成的伤害和负担。
五、该制备方法步骤简便，操作简单，反应条件温和，无高温高压等苛刻的反应条件要求，有利于大规模工业应用。
进一步，本发明所述的A2步中调节溶液的pH值，使pH值稳定在9.0～11.5所用的pH值调节剂为：0.1～1.0mol/L的NaOH溶液、KOH溶液或NH3·H2O溶液。
TEMPO/NaClO/NaBr催化氧化纳米晶体纤维素的反应在碱性条件下进行，这些碱溶液均为常用的碱性pH调节剂，调节效果明显，所得副产物易除去，且不影响氧化剂NaClO的活性。
进一步，本发明所述的A3步中调节溶液的pH值至2.5～3.0所用的pH值调节剂为：0.1～1.0mol/L的HCl溶液或H2SO4溶液。
这些稀酸溶液均为常用的酸性pH调节剂，调节效果明显，所得副产物易除去，且对纳米晶体纤维素的组成和结构不会产生影响。
进一步，本发明所述B1步中在A3步得到羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中加入的可溶性的钙盐为四水硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)或氯化钙(CaCl2)。
这两种钙盐均为合成磷酸钙盐的常用钙盐，溶解性好，其阴离子对产物无影响，易除去。
进一步，本发明所述B2步中加入的可溶性磷酸盐溶液为磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)、磷酸氢二钠(Na2HPO4)、磷酸氢二钾(K2HPO4)、磷酸二氢钠(NaH2PO4)、磷酸二氢钾(KH2PO4)和磷酸二氢铵(NH4H2PO4)。
这几种磷酸盐均为合成磷酸钙盐常用的磷酸盐，溶解性好，其阳离子对产物无影响，易除去。
进一步，本发明所述的B2步中调节溶液的pH值，使pH值稳定在8.0～11.0所用的pH值调节剂为：0.1～1.0mol/L的NH3·H2O溶液。
氨水呈弱碱性，可以调节溶液的pH为碱性。同时氨水为弱电解质，可避免因OH-浓度过高而在产物中形成Ca(OH)2，且易除去。
进一步，本发明所述C步中的其他钙盐粉末为平均粒径均为1～500μm的二水磷酸氢钙粉末、一水磷酸氢钙粉末、磷酸四钙粉末、α-磷酸三钙粉末、β-磷酸三钙粉末、碳酸钙粉末中的一种或一种以上的混合物。
这些种类的钙盐粉末均为成熟的磷酸钙支架的固相原料，均具有良好的生物相容性和生物活性。
进一步，本发明所述支架成型液为去离子水、磷酸盐缓冲液(PBS)、血清、柠檬酸、生理盐水或三羟甲基氨基甲烷-盐酸(Tris-HCl)缓冲液。
这些种类的溶液均为成熟的磷酸钙支架的支架成型液，均具有良好的生物相容性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
附图说明
图1为本发明对比例一所用的纳米晶体纤维素(NCC)和实施例所用给的羧基化纳米晶体纤维素(CNCC)在溶液中的分散效果图。
图2为本发明实施例一制备的羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架(CNCC-CaP-S)和对比例一制备的纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架(NCC-CaP-S)的对比抗压强度柱状图。
图3为本发明实施例一B3步得到的羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体的100000倍扫描电镜图。
图4为本发明实施例一B3步得到的羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体的10000倍扫描电镜图。
图5为本发明对比例二制备的羟基磷灰石粉体100000倍扫描电镜图。
图6为本发明对比例二制备的羟基磷灰石粉体10000倍扫描电镜图。
具体实施方式
实施例一
一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其步骤是：
A、纳米晶体纤维素羧基化改性
A1、将纳米晶体纤维素加入去离子水中，配制得到浓度为1wt.％的纳米晶体纤维素悬浮液；
A2、在100份重的纳米晶体纤维素悬浮液中加入0.18份重的NaBr和0.07份重的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物，搅拌溶解后，加入40份重的浓度为12wt.％的NaClO溶液并不断搅拌，搅拌过程中用0.5mol/L的NaOH溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在10.5；再加入40份重的无水乙醇，得到分散液；
A3、用0.5mol/L的HCl将A2步的分散液的pH值调节至3.0，静置24h；离心、洗涤并使用透析袋滤除分子量小于1000的小分子物质，得到羧基化纳米晶体纤维素悬浮液。
B、复合粉体的制备
B1、在A3步得到的羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中加入Ca(NO3)2·4H2O，定容使悬浮液中Ca2+浓度为0.5mol/L，充分搅拌30min，得到含Ca2+的分散液；
B2、将0.5mol/L的(NH4)2HPO4溶液滴加到B1步的含Ca2+的分散液中，并不断搅拌，同时用0.5mol/L的NH3·H2O溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在8.0；直至滴定结束，分散液中Ca与P的摩尔比为1.67：1；
B3、将B2步的分散液继续搅拌2h，再静置陈化24h，然后进行洗涤、抽滤、干燥，即得到羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体；
C、支架的制备
将B3步得到的羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体(8.5份)与二水磷酸氢钙(25份)、α-磷酸三钙(58份)和碳酸钙(8.5份)混合均匀，制备固相粉末。按液固比为0.3mL/g，将磷酸盐缓冲液与固相粉末调和为膏状体，使用自制不锈钢磨具压制成型。然后置于37℃水浴锅中固化24h，即得所述羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架。
测试表明本例制得的CaP-S的抗压强度为51MPa。
对比例一
A、复合粉体的制备
A1、在1wt％的纳米晶体纤维素悬浮液中加入Ca(NO3)2·4H2O，定容使悬浮液中Ca2+浓度为0.5mol/L，充分搅拌30min，得到含Ca2+的分散液；
A2、将0.5mol/L的(NH4)2HPO4溶液滴加到A1步的含Ca2+的分散液中，并不断搅拌，同时用0.5mol/L的NH3·H2O溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在8.0；直至滴定结束，分散液中Ca与P的摩尔比为1.67：1；
A3、将A2步的分散液继续搅拌2h，再静置陈化24h，然后进行洗涤、抽滤、干燥，即得到纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体；
B、支架的制备
将A3步得到的纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体(8.5份)与二水磷酸氢钙(25份)、α-磷酸三钙(58份)和碳酸钙(8.5份)混合均匀，制备固相粉末。按液固比为0.3mL/g，将磷酸盐缓冲液与固相粉末调和为膏状体，使用自制不锈钢磨具压制成型。然后置于37℃水浴锅中固化24h，即得所述纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架。
测试表明本例制得的CaP-S的抗压强度为27MPa。
对比例二
羟基磷灰石粉体的制备
配制浓度为0.5mol/L的Ca(NO3)2·4H2O溶液。按Ca与P的摩尔比为1.67：1，将0.5mol/L的(NH4)2HPO4溶液缓慢滴加到上述溶液中，并不断搅拌，同时用0.5mol/L的NH3·H2O溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在8.0，直至滴定结束；继续搅拌2h，再静置陈化24h，然后进行洗涤、抽滤、干燥，即得到羟基磷灰石粉体。
实施例二
一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其步骤是：
A、纳米晶体纤维素羧基化改性
A1、将纳米晶体纤维素加入去离子水中，配制得到浓度为0.5wt.％的纳米晶体纤维素悬浮液；
A2、在100份重的纳米晶体纤维素悬浮液中加入0.1份重的NaBr和0.01份重的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物，搅拌溶解后，加入10份重的浓度为5wt.％的NaClO溶液并不断搅拌，搅拌过程中用0.1mol/L的KOH溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在9.0；再加入10份重的无水乙醇，得到分散液；
A3、用0.1mol/L的H2SO4溶液将A2步的分散液的pH值调节至2.5，静置36h；离心、洗涤并使用透析袋滤除分子量小于1000的小分子物质，得到羧基化纳米晶体纤维素悬浮液。
B、复合粉体的制备
B1、在A3步得到的羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中加入CaCl2，定容使悬浮液中Ca2 +浓度为0.1mol/L，充分搅拌10min，得到含Ca2+的分散液；
B2、将0.1mol/L的Na2HPO4溶液滴加到B1步的含Ca2+的分散液中，并不断搅拌，同时用0.1mol/L的NH3·H2O溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在11.0；直至滴定结束，分散液中Ca与P的摩尔比为1.67：1；
B3、将B2步的分散液继续搅拌1h，再静置陈化72h，然后进行洗涤、抽滤、干燥，即得到羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体；
C、支架的制备
将B3步得到的羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体(10份)与二水磷酸氢钙(25份)和α-磷酸三钙(65份)混合均匀，制备固相粉末。按液固比为0.2mL/g，将去离子水与固相粉末调和为膏状体，使用注射器注射成型。然后置于32℃水浴锅中固化48h，即得所述羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架。
实施例三
一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其步骤是：
A、纳米晶体纤维素羧基化改性
A1、将纳米晶体纤维素加入去离子水中，配制得到浓度为5wt.％的纳米晶体纤维素悬浮液；
A2、在100份重的纳米晶体纤维素悬浮液中加入10份重的NaBr和0.5份重的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物，搅拌溶解后，加入60份重的浓度为14wt.％的NaClO溶液并不断搅拌，搅拌过程中用1mol/L的NaOH溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在11.5；再加入50份重的无水乙醇，得到分散液；
A3、用1.0mol/L的HCl将A2步的分散液的pH值调节至3.0，静置24h；离心、洗涤并使用透析袋滤除分子量小于1000的小分子物质，得到羧基化纳米晶体纤维素悬浮液。
B、复合粉体的制备
B1、在A3步得到的羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中加入CaCl2，定容使悬浮液中Ca2 +浓度为1.0mol/L，充分搅拌60min，得到含Ca2+的分散液；
B2、将1.0mol/L的K2HPO4溶液滴加到B1步的含Ca2+的分散液中，并不断搅拌，同时用1.0mol/L的NH3·H2O溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在10.0；直至滴定结束，分散液中Ca与P的摩尔比为1.67：1；
B3、将B2步的分散液继续搅拌4h，再静置陈化48h，然后进行洗涤、抽滤、干燥，即得到羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体；
C、支架的制备
将B3步得到的羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体(15份)与β-磷酸三钙(45份)和一水磷酸氢钙(40份)混合均匀，制备固相粉末。按液固比为0.4mL/g，将生理盐水与固相粉末调和为膏状体，使用3D打印成型。然后置于35℃水浴锅中固化36h，即得所述羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架。
实施例四
一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其步骤是：
A、纳米晶体纤维素羧基化改性
A1、将纳米晶体纤维素加入去离子水中，配制得到浓度为2wt.％的纳米晶体纤维素悬浮液；
A2、在100份重的纳米晶体纤维素悬浮液中加入5份重的NaBr和0.2份重的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物，搅拌溶解后，加入30份重的浓度为12wt.％的NaClO溶液并不断搅拌，搅拌过程中用1mol/L的NH3·H2O溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在10.0；再加入30份重的无水乙醇，得到分散液；
A3、用1.0mol/L的H2SO4将A2步的分散液的pH值调节至2.8，静置30h；离心、洗涤并使用透析袋滤除分子量小于1000的小分子物质，得到羧基化纳米晶体纤维素悬浮液。
B、复合粉体的制备
B1、在A3步得到的羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中加入Ca(NO3)2·4H2O，定容使悬浮液中Ca2+浓度为0.6mol/L，充分搅拌40min，得到含Ca2+的分散液；
B2、将0.6mol/L的NaH2PO4溶液滴加到B1步的含Ca2+的分散液中，并不断搅拌，同时用1.0mol/L的NH3·H2O溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在9.0；直至滴定结束，分散液中Ca与P的摩尔比为1.67：1；
B3、将B2步的分散液继续搅拌3h，再静置陈化36h，然后进行洗涤、抽滤、干燥，即得到羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体；
C、支架的制备
将B3步得到的羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体(8.5份)与α-磷酸三钙(25份)、碳酸钙(8.5份)和磷酸四钙(58份)混合均匀，制备固相粉末。按液固比为0.3mL/g，将Tris-HCl缓冲液与固相粉末调和为膏状体，使用注射器注射成型。然后置于37℃水浴锅中固化24h，即得所述羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架。
实施例五
一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其步骤是：
A、纳米晶体纤维素羧基化改性
A1、将纳米晶体纤维素加入去离子水中，配制得到浓度为0.8wt.％的纳米晶体纤维素悬浮液；
A2、在100份重的纳米晶体纤维素悬浮液中加入0.5份重的NaBr和0.1份重的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物，搅拌溶解后，加入30份重的浓度为12wt.％的NaClO溶液并不断搅拌，搅拌过程中用0.5mol/L的KOH溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在10.0；再加入30份重的无水乙醇，得到分散液；
A3、用0.5mol/L的HCl将A2步的分散液的pH值调节至3.0，静置24h；离心、洗涤并使用透析袋滤除分子量小于1000的小分子物质，得到羧基化纳米晶体纤维素悬浮液。
B、复合粉体的制备
B1、在A3步得到的羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中加入Ca(NO3)2·4H2O，定容使悬浮液中Ca2+浓度为0.5mol/L，充分搅拌30min，得到含Ca2+的分散液；
B2、将0.5mol/L的KH2PO4溶液滴加到B1步的含Ca2+的分散液中，并不断搅拌，同时用0.7mol/L的NH3·H2O溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在9.5；直至滴定结束，分散液中Ca与P的摩尔比为1.67：1；
B3、将B2步的分散液继续搅拌2h，再静置陈化52h，然后进行洗涤、抽滤、干燥，即得到羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体；
C、支架的制备
取B3步得到的羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体作为固相，按液固比为0.35mL/g，将柠檬酸与固相调和为膏状体，使用自制不锈钢模具压制成型。然后置于37℃水浴锅中固化24h，即得所述羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架。
实施例六
一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其步骤是：
A、纳米晶体纤维素羧基化改性
A1、将纳米晶体纤维素加入去离子水中，配制得到浓度为0.8wt.％的纳米晶体纤维素悬浮液；
A2、在100份重的纳米晶体纤维素悬浮液中加入0.5份重的NaBr和0.1份重的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物，搅拌溶解后，加入30份重的浓度为12wt.％的NaClO溶液并不断搅拌，搅拌过程中用0.1mol/L的NH3·H2O溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在9.0；再加入20份重的无水乙醇，得到分散液；
A3、用0.5mol/L的H2SO4将A2步的分散液的pH值调节至3.0，静置24h；离心、洗涤并使用透析袋滤除分子量小于1000的小分子物质，得到羧基化纳米晶体纤维素悬浮液。
B、复合粉体的制备
B1、在A3步得到的羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中加入Ca(NO3)2·4H2O，定容使悬浮液中Ca2+浓度为0.5mol/L，充分搅拌30min，得到含Ca2+的分散液；
B2、将0.5mol/L的NH4H2PO4溶液滴加到B1步的含Ca2+的分散液中，并不断搅拌，同时用0.3mol/L的NH3·H2O溶液调节溶液的pH值，使pH值稳定在8.5；直至滴定结束，分散液中Ca与P的摩尔比为1.67：1；
B3、将B2步的分散液继续搅拌2h，再静置陈化72h，然后进行洗涤、抽滤、干燥，即得到羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体；
C、支架的制备
取B3步得到的羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体作为固相，按液固比为0.35mL/g，将血清与固相调和为膏状体，使用自制不锈钢模具压制成型。然后置于37℃水浴锅中固化24h，即得所述羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架。
Claims (8)
1.一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其步骤是：
A、纳米晶体纤维素羧基化改性
A1、将纳米晶体纤维素加入去离子水中，配制得到浓度为0.5～5wt.％的纳米晶体纤维素悬浮液；
A2、在100份重的纳米晶体纤维素悬浮液中加入0.1～10份重的NaBr和0.01～0.5份重的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物，搅拌溶解后，加入10～60份重的浓度为5～14wt.％的NaClO溶液并不断搅拌，搅拌过程中调节溶液的pH值，使pH值稳定在9.0～11.5；再加入10～50份重的无水乙醇，得到分散液；
A3、将A2步的分散液的pH值调节至2.5～3.0，静置24～36h；离心、洗涤并使用透析袋滤除分子量小于1000的小分子物质，得到羧基化纳米晶体纤维素悬浮液；
B、复合粉体的制备
B1、在A3步得到的羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中加入可溶性的钙盐，定容使悬浮液中Ca2+浓度为0.1～1.0mol/L，充分搅拌10～60min，得到含Ca2+的分散液；
B2、将0.1～1.0mol/L的可溶性磷酸盐溶液滴加到B1步的含Ca2+的分散液中，并不断搅拌，同时调节溶液的pH值，使pH值稳定在8.0～11.0；直至滴定结束，分散液中Ca与P的摩尔比为1.67：1；
B3、将B2步的分散液继续搅拌1～4h，再静置陈化24～72h，然后进行洗涤、抽滤、干燥，即得到羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体；
C、支架的制备
将B3步得到的羧基化纳米晶体纤维素羟基磷灰石复合粉体单独作为支架固相粉末，或跟其他钙盐粉末混合均匀作为支架固相粉末；按照0.2～0.4mL/g的液固比加入支架成型液，将支架成型液与支架固相粉末调和为膏状体，通过磨具压制成型、注射成型或3D打印成型，成型后置于32～37℃水浴锅中固化24～48h，即得羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架。
2.根据权利要求1所述的一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其特征在于：所述的A2步中调节溶液的pH值，使pH值稳定在9.0～11.5所用的pH值调节剂为：0.1～1.0mol/L的NaOH溶液、KOH溶液或NH3·H2O溶液。
3.根据权利要求1所述的一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其特征在于：所述的A3步中调节溶液的pH值至2.5～3.0所用的pH值调节剂为：0.1～1.0mol/L的HCl溶液或H2SO4溶液。
4.根据权利要求1所述的一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其特征在于：所述B1步中在A3步得到羧基化纳米晶体纤维素悬浮液中加入的可溶性的钙盐为Ca(NO3)2·4H2O或CaCl2。
5.根据权利要求1所述的一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其特征在于：所述B2步中加入的可溶性磷酸盐溶液为(NH4)2HPO4、Na2HPO4、K2HPO4、NaH2PO4、KH2PO4或NH4H2PO4。
6.根据权利要求1所述的一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其特征在于：所述的B2步中调节溶液的pH值，使pH值稳定在8.0～11.0所用的pH值调节剂为：0.1～1.0mol/L的NH3·H2O溶液。
7.根据权利要求1所述的一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其特征在于：所述C步中的其他钙盐粉末为平均粒径均为1～500μm的二水磷酸氢钙粉末、一水磷酸氢钙粉末、磷酸四钙粉末、α-磷酸三钙粉末、β-磷酸三钙粉末、碳酸钙粉末中的一种以上的粉末。
8.根据权利要求1所述的一种羧基化纳米晶体纤维素增强磷酸钙支架的制备方法，其特征在于：所述支架成型液为去离子水、磷酸盐缓冲液、血清、柠檬酸、生理盐水或三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液。
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