CN106237379A - 一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体的制备方法 - Google Patents

一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体的制备方法，属于活性玻璃粉体制备技术领域。本发明针对现有的制备的生物活性玻璃粉体由于组成多元化，导致其尺寸稳定性和分散性无法控制的问题，提供了一种通过将粉体制备并分散，通过将营养液与粉体分散液复合，使营养液成分吸附至粉体表面，随后将单细胞小球藻接种并培养，使其均匀覆盖至粉体表面，通过小球藻对营养成分的吸收，使粉体不发生团聚和凝结，随后富氧煅烧去除炭化小球藻，即可制备得一种尺寸可控活性玻璃粉体，本发明制备的活性粉体尺寸均一可控，制备的纳米纤维膜可有效促进细胞生长与增殖，且制备过程简单，绿色安全无污染。

Description

一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体的制备方法，属于活性玻璃粉体制备技术领域。
背景技术
生物活性玻璃是无机生物医用材料的一种，距今已有40多年的研究历史，其应用也从原来的硬组织修复。逐渐过渡到软硬组织等多领域修复的研究中。其主要是通过在硅氧网络基体中引入一定量的网络改性体如Ca、Na、P等，形成非晶态的、具有生物活性的玻璃体结构。其组成上与机体的无机组成相似，且能在模拟体液环境下释放一定的离子以参与调控机体的活动，从而实现一定程度的组织修复功能。生物活性玻璃因其与骨组织和软组织均有良好的结合能力，且具有优良的骨诱导性、骨传导性及生物相容性，已成为材料科学、医学以及生物科学等学科的热点，同时生物活性玻璃复合材料的研究也越来越受到人们的重视。天然骨的骨质部分是由磷灰石和胶原纤维构成的自然无机/有机复合材料，具有良好的力学性能。
生物材料在人体内的降解主要是通过所植入的材料与组织器官及体液之间发生相互作用，即以溶解、酶解以及细胞吞嚼等方式，生物活性玻璃是一种可降解的材料，随着骨组织的修复与再生，生物活性玻璃在体内不断溶解，随后被组织吸收或随体液排出体外，通过对生物玻璃的降解性能的研究结果显示，生物活性玻璃的降解过程主要是通过生物活性玻璃自身离子释放和在体液中溶解进行的，生物活性玻璃植入人体后，在体液作用下，先是玻璃内部Ca的溶出，而后玻璃中的Si-O网络结构遭到破坏，硅会迅速释放出来，在材料表面形成一层富硅膜，包裹住生物玻璃表面尖锐处，随着胶原蛋白吸附，形成层层屏障，因此，在体内巨噬细胞基本不会对材料的颗粒的产生吞暖作用，酶解一般对生物活性玻璃的降解影响不大，因此，生物玻璃的降解速度主要取决于离子的释放速度。然而如此多样化的组成，使生物活性玻璃在制备完成后，很难控制其纳米结构、形态和分散性，导致其尺寸稳定性和分散性无法控制，所以制备一种材料尺寸可控的活性玻璃粉体很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有的制备的生物活性玻璃粉体由于组成多元化，导致其尺寸稳定性和分散性无法控制的问题，提供了一种通过将粉体制备并分散，通过将营养液与粉体分散液复合，使营养液成分吸附至粉体表面，随后将单细胞小球藻接种并培养，使其均匀覆盖至粉体表面，通过小球藻对营养成分的吸收，使粉体不发生团聚和凝结，随后富氧煅烧去除炭化小球藻，即可制备得一种尺寸可控活性玻璃粉体，有效的解决了活性玻璃粉体尺寸稳定性和分散性无法控制的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别称量55～60份无水乙醇、10～15份去离子水、10～15份质量分数10%氨水溶液和8～10份硝酸钙置于三角烧瓶中，搅拌混合并滴加质量浓度15%氨水溶液，调节pH至8.5～9.0，随后静置25～30min，对三口烧瓶添加去离子水质量相同的正硅酸乙酯，搅拌混合并静置沉淀，随后过滤并收集滤渣，用冰醋酸溶液滴加至三口烧瓶中，调节pH至7.0，随后再在200～300W下超声分散10～15min，制备得粉体分散液，备用；
（2）按重量份数计，选取20～65份葡萄糖、5～15份蛋白胨、15～20份氯化钠和20～45份琼脂，搅拌混合形成培养基，加入去离子水稀释pH为7.0，随后将其置于115～120℃下灭菌10～20min，制得固体小球藻培养基，将小球藻接种至小球藻培养基中，在25～27℃下培养3～5天，制备得成熟小球藻，备用；
（3）分别称取0.25～0.28g柠檬酸、0.25～0.28g柠檬酸铁铵、0.2～0.3gKH2PO4、1.5～1.8g氯化钙、45～50g葡萄糖和225～230mL去离子水置于烧杯中，搅拌混合并置于110～120℃下油浴加热15～20min，制备得无菌营养液；
（4）按体积比1:3，将步骤（1）制备的粉体分散液与上述制备的无菌营养液搅拌混合，随后按接种量10%，将步骤（2）培养的成熟小球藻接种至上述制备的磷酸钙营养分散液中，在摇床转速为120～150r/min、温度25℃下振荡培养5～7天；
（5）待培养完成后，过滤并收集滤饼，将其置于550～600℃管式炉中，在氧气气氛下，保温煅烧1～2h，随后静置冷却至室温，即可制备的一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体。
本发明制备的活性玻璃粉体颗粒外观呈类球状，且粒径在50～100nm，观察颗粒微观形态，无明显团聚现象，按质量比1:8，将活性玻璃粉体与聚己内酯搅拌混合制备得粉体颗粒，随后按重量份数计，称量10～15份粉体颗粒、15～20份二甲基酰胺和55～60份二氯甲烷搅拌混合并在35℃，相对湿度25%下静电纺丝制备得纳米纤维膜，本发明制备的纳米纤维膜可有效促进细胞生长与增殖。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的活性粉体尺寸均一可控，制备的纳米纤维膜可有效促进细胞生长与增殖；
（2）本发明制备过程简单，绿色安全无污染。
具体实施方式
首先按重量份数计，分别称量55～60份无水乙醇、10～15份去离子水、10～15份质量分数10%氨水溶液和8～10份硝酸钙置于三角烧瓶中，搅拌混合并滴加质量浓度15%氨水溶液，调节pH至8.5～9.0，随后静置25～30min，对三口烧瓶添加去离子水质量相同的正硅酸乙酯，搅拌混合并静置沉淀，随后过滤并收集滤渣，用冰醋酸溶液滴加至三口烧瓶中，调节pH至7.0，随后再在200～300W下超声分散10～15min，制备得粉体分散液，备用；按重量份数计，选取20～65份葡萄糖、5～15份蛋白胨、15～20份氯化钠和20～45份琼脂，搅拌混合形成培养基，加入去离子水稀释pH为7.0，随后将其置于115～120℃下灭菌10～20min，制得固体小球藻培养基，将小球藻接种至小球藻培养基中，在25～27℃下培养3～5天，制备得成熟小球藻，备用；分别称取0.25～0.28g柠檬酸、0.25～0.28g柠檬酸铁铵、0.2～0.3gKH2PO4、1.5～1.8g氯化钙、45～50g葡萄糖和225～230mL去离子水置于烧杯中，搅拌混合并置于110～120℃下油浴加热15～20min，制备得无菌营养液；按体积比1:3，将粉体分散液与上述制备的无菌营养液搅拌混合，随后按接种量10%，将成熟小球藻接种至上述制备的磷酸钙营养分散液中，在摇床转速为120～150r/min、温度25℃下振荡培养5～7天；待培养完成后，过滤并收集滤饼，将其置于550～600℃管式炉中，在氧气气氛下，保温煅烧1～2h，随后静置冷却至室温，即可制备的一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体。
实例1
首先按重量份数计，分别称量55份无水乙醇、10份去离子水、10份质量分数10%氨水溶液和8份硝酸钙置于三角烧瓶中，搅拌混合并滴加质量浓度15%氨水溶液，调节pH至8.5，随后静置25min，对三口烧瓶添加去离子水质量相同的正硅酸乙酯，搅拌混合并静置沉淀，随后过滤并收集滤渣，用冰醋酸溶液滴加至三口烧瓶中，调节pH至7.0，随后再在200W下超声分散10min，制备得粉体分散液，备用；按重量份数计，选取20份葡萄糖、5份蛋白胨、15份氯化钠和20份琼脂，搅拌混合形成培养基，加入去离子水稀释pH为7.0，随后将其置于115℃下灭菌10min，制得固体小球藻培养基，将小球藻接种至小球藻培养基中，在25℃下培养3天，制备得成熟小球藻，备用；分别称取0.25g柠檬酸、0.25g柠檬酸铁铵、0.2gKH2PO4、1.5g氯化钙、45g葡萄糖和225mL去离子水置于烧杯中，搅拌混合并置于110℃下油浴加热15min，制备得无菌营养液；按体积比1:3，将粉体分散液与上述制备的无菌营养液搅拌混合，随后按接种量10%，将成熟小球藻接种至上述制备的磷酸钙营养分散液中，在摇床转速为120r/min、温度25℃下振荡培养5天；待培养完成后，过滤并收集滤饼，将其置于550℃管式炉中，在氧气气氛下，保温煅烧1h，随后静置冷却至室温，即可制备的一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体。
本发明制备的活性玻璃粉体颗粒外观呈类球状，且粒径在50nm，观察颗粒微观形态，无明显团聚现象，按质量比1:8，将活性玻璃粉体与聚己内酯搅拌混合制备得粉体颗粒，随后按重量份数计，称量10份粉体颗粒、15份二甲基酰胺和55份二氯甲烷搅拌混合并在35℃，相对湿度25%下静电纺丝制备得纳米纤维膜，本发明制备的纳米纤维膜可有效促进细胞生长与增殖。
实例2
首先按重量份数计，分别称量57份无水乙醇、12份去离子水、12份质量分数10%氨水溶液和9份硝酸钙置于三角烧瓶中，搅拌混合并滴加质量浓度15%氨水溶液，调节pH至8.7，随后静置27min，对三口烧瓶添加去离子水质量相同的正硅酸乙酯，搅拌混合并静置沉淀，随后过滤并收集滤渣，用冰醋酸溶液滴加至三口烧瓶中，调节pH至7.0，随后再在250W下超声分散12min，制备得粉体分散液，备用；按重量份数计，选取42份葡萄糖、12份蛋白胨、17份氯化钠和32份琼脂，搅拌混合形成培养基，加入去离子水稀释pH为7.0，随后将其置于117℃下灭菌15min，制得固体小球藻培养基，将小球藻接种至小球藻培养基中，在26℃下培养4天，制备得成熟小球藻，备用；分别称取0.27g柠檬酸、0.27g柠檬酸铁铵、0.2gKH2PO4、1.7g氯化钙、47g葡萄糖和227mL去离子水置于烧杯中，搅拌混合并置于115℃下油浴加热17min，制备得无菌营养液；按体积比1:3，将粉体分散液与上述制备的无菌营养液搅拌混合，随后按接种量10%，将成熟小球藻接种至上述制备的磷酸钙营养分散液中，在摇床转速为132r/min、温度25℃下振荡培养6天；待培养完成后，过滤并收集滤饼，将其置于575℃管式炉中，在氧气气氛下，保温煅烧1h，随后静置冷却至室温，即可制备的一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体。
本发明制备的活性玻璃粉体颗粒外观呈类球状，且粒径在75nm，观察颗粒微观形态，无明显团聚现象，按质量比1:8，将活性玻璃粉体与聚己内酯搅拌混合制备得粉体颗粒，随后按重量份数计，称量12份粉体颗粒、17份二甲基酰胺和57份二氯甲烷搅拌混合并在35℃，相对湿度25%下静电纺丝制备得纳米纤维膜，本发明制备的纳米纤维膜可有效促进细胞生长与增殖。
实例3
首先按重量份数计，分别称量60份无水乙醇、15份去离子水、15份质量分数10%氨水溶液和10份硝酸钙置于三角烧瓶中，搅拌混合并滴加质量浓度15%氨水溶液，调节pH至9.0，随后静置30min，对三口烧瓶添加去离子水质量相同的正硅酸乙酯，搅拌混合并静置沉淀，随后过滤并收集滤渣，用冰醋酸溶液滴加至三口烧瓶中，调节pH至7.0，随后再在300W下超声分散15min，制备得粉体分散液，备用；按重量份数计，选取65份葡萄糖、15份蛋白胨、20份氯化钠和45份琼脂，搅拌混合形成培养基，加入去离子水稀释pH为7.0，随后将其置于120℃下灭菌20min，制得固体小球藻培养基，将小球藻接种至小球藻培养基中，在27℃下培养5天，制备得成熟小球藻，备用；分别称取0.28g柠檬酸、0.28g柠檬酸铁铵、0.3gKH2PO4、1.8g氯化钙、50g葡萄糖和230mL去离子水置于烧杯中，搅拌混合并置于120℃下油浴加热20min，制备得无菌营养液；按体积比1:3，将粉体分散液与上述制备的无菌营养液搅拌混合，随后按接种量10%，将成熟小球藻接种至上述制备的磷酸钙营养分散液中，在摇床转速为150r/min、温度25℃下振荡培养7天；待培养完成后，过滤并收集滤饼，将其置于600℃管式炉中，在氧气气氛下，保温煅烧2h，随后静置冷却至室温，即可制备的一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体。
本发明制备的活性玻璃粉体颗粒外观呈类球状，且粒径在100nm，观察颗粒微观形态，无明显团聚现象，按质量比1:8，将活性玻璃粉体与聚己内酯搅拌混合制备得粉体颗粒，随后按重量份数计，称量15份粉体颗粒、20份二甲基酰胺和60份二氯甲烷搅拌混合并在35℃，相对湿度25%下静电纺丝制备得纳米纤维膜，本发明制备的纳米纤维膜可有效促进细胞生长与增殖。

Claims (1)

1.一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量55～60份无水乙醇、10～15份去离子水、10～15份质量分数10%氨水溶液和8～10份硝酸钙置于三角烧瓶中，搅拌混合并滴加质量浓度15%氨水溶液，调节pH至8.5～9.0，随后静置25～30min，对三口烧瓶添加去离子水质量相同的正硅酸乙酯，搅拌混合并静置沉淀，随后过滤并收集滤渣，用冰醋酸溶液滴加至三口烧瓶中，调节pH至7.0，随后再在200～300W下超声分散10～15min，制备得粉体分散液，备用；
（2）按重量份数计，选取20～65份葡萄糖、5～15份蛋白胨、15～20份氯化钠和20～45份琼脂，搅拌混合形成培养基，加入去离子水稀释pH为7.0，随后将其置于115～120℃下灭菌10～20min，制得固体小球藻培养基，将小球藻接种至小球藻培养基中，在25～27℃下培养3～5天，制备得成熟小球藻，备用；
（3）分别称取0.25～0.28g柠檬酸、0.25～0.28g柠檬酸铁铵、0.2～0.3gKH2PO4、1.5～1.8g氯化钙、45～50g葡萄糖和225～230mL去离子水置于烧杯中，搅拌混合并置于110～120℃下油浴加热15～20min，制备得无菌营养液；
（4）按体积比1:3，将步骤（1）制备的粉体分散液与上述制备的无菌营养液搅拌混合，随后按接种量10%，将步骤（2）培养的成熟小球藻接种至上述制备的磷酸钙营养分散液中，在摇床转速为120～150r/min、温度25℃下振荡培养5～7天；
（5）待培养完成后，过滤并收集滤饼，将其置于550～600℃管式炉中，在氧气气氛下，保温煅烧1～2h，随后静置冷却至室温，即可制备的一种小球藻生物化改性尺寸可控活性玻璃粉体。
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