CN106730022B - 基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸 - Google Patents

基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸 Download PDF

Info

Publication number
CN106730022B
CN106730022B CN201611095410.4A CN201611095410A CN106730022B CN 106730022 B CN106730022 B CN 106730022B CN 201611095410 A CN201611095410 A CN 201611095410A CN 106730022 B CN106730022 B CN 106730022B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydroxyapatite
overlong nanowire
chitosan
hydroxyapatite overlong
compound bio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611095410.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106730022A (zh
Inventor
朱英杰
孙团伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Ceramics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority to CN201611095410.4A priority Critical patent/CN106730022B/zh
Publication of CN106730022A publication Critical patent/CN106730022A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106730022B publication Critical patent/CN106730022B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A61L27/46—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with phosphorus-containing inorganic fillers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)

Abstract

本发明涉及基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸，所述复合生物纸包括羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物；所述有机聚合物包括壳聚糖、胶原蛋白、聚乳酸、聚己内酯、聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。本发明以羟基磷灰石超长纳米线作为无机成分，相对于其它形貌的羟基磷灰石纳米材料，羟基磷灰石超长纳米线具有较长的长度和高柔韧性，有助于相互交织构成三维网状结构，且均匀分散在有机聚合物的有机质中；并且羟基磷灰石超长纳米线具有更好的柔韧性，可以弯曲变形，有助于羟基磷灰石超长纳米线之间相互交织、缠绕和重叠，从而形成力学增强结构。

Description

基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸
技术领域
本发明涉及一种羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸，属于生物材料制备领域。
背景技术
羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)具有良好的生物相容性、高的生物活性、强的机械性能、优异的可吸收性和良好的细胞粘附性，是生物硬组织中的重要无机成分之一，在生物医药领域具有广泛的应用。
羟基磷灰石与具有良好生物相容性的有机聚合物的复合材料有希望应用于生物医药领域，例如皮肤创伤修复和骨组织工程。相对于当前使用的金属植入体，羟基磷灰石与具有良好生物相容性的有机聚合物的复合材料具有良好的生物相容性和易于调控的机械性能。并且羟基磷灰石与具有良好生物相容性的有机聚合物的复合材料的力学性能可以通过改变羟基磷灰石的形状、尺寸、分散状态、含量以及与有机聚合物分子的相互作用进行调整。
一直以来，科研人员都在努力制备各种磷酸钙与有机聚合物的复合膜，并探索其在生物医学领域的应用。例如Kithva等人(Journal of Materials Chemistry 20(2010)381–389)在Ca(OH)2悬浮液中缓慢加入稀H3PO4水溶液制备合成了羟基磷灰石纳米颗粒，然后再向母液中加入壳聚糖醋酸溶液，在98℃浓缩2h，冷却后浇注到玻璃培养皿中，干燥后用NaOH水溶液处理得到磷酸钙质量含量可以达到40wt.％的磷酸钙/壳聚糖复合膜。加入的壳聚糖溶液预先用甲醛在70℃处理6h时，可以增强制备的磷酸钙/壳聚糖复合膜的力学强度，并且复合膜所含磷酸钙质量含量可以达到70wt.％。Yamaguchi等人(Journal ofBiomedical Materials Research 55(2001)20–27)在壳聚糖醋酸水溶液中加入H3PO4溶液，混合均匀后再缓慢加入Ca(OH)2悬浮液，在搅拌条件下继续陈化24h，然后过滤得到沉淀并在20MPa下压缩制备得到羟基磷灰石/壳聚糖纳米复合材料，该方法制备的羟基磷灰石/壳聚糖复合材料所含羟基磷灰石含量可以达到80wt.％。Teng等人(Journal of BiomedicalMaterials Research Part B:Applied Biomaterials 87B(2008)132-138)制备了胶原蛋白/羟基磷灰石和壳聚糖的三层复合膜用于引导骨再生，该三层膜的顶部和底部的膜是含有20wt.％羟基磷灰石的胶原复合膜，中间是纯的壳聚糖膜，壳聚糖膜起着力学增强作用。
虽然目前文献已有报道制备羟基磷灰石和有机聚合物的复合膜的方法，但所制备的羟基磷灰石和有机聚合物的复合膜普遍存在力学强度差、柔韧性差、羟基磷灰石质量含量低等缺点。
发明内容
面对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种高柔韧性高力学强度的基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸及其应用。
一方面，本发明提供了一种基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸，包括羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物。
有机聚合物包括但不局限于壳聚糖、胶原蛋白、聚乳酸、聚己内酯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮等具有良好生物相容性的有机高分子材料。
壳聚糖是一种氨基多聚糖，甲壳素进行脱乙酰化的衍生物，是第二丰富的天然高分子。壳聚糖具有良好的生物相容性和生物降解性，作为有着广泛应用前景的生物材料，已被广泛应用于药物递送、诊疗、组织工程等生物医学领域。
胶原蛋白是生物高分子，动物结缔组织中的主要成分，也是哺乳动物体内含量最多、分布最广的功能性蛋白。胶原蛋白因具有良好的生物相容性、可生物降解性以及生物活性，因此，在食品、医药、组织工程、化妆品等领域获得广泛的应用。
聚乳酸是一种新型的生物基及可生物降解材料，使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分广泛。
聚己内酯在体内与生物细胞相容性很好，细胞可在其基架上正常生长。由于其良好的生物相容性和生物降解性，已被应用于药物控释载体、手术缝合线、组织培养支架和医用造型材料。
聚乙二醇具有良好的水溶性，无毒，无刺激性，并且可以与许多有机物组份有良好的相溶性，在化妆品、制药以及食品加工等行业均有着极为广泛的应用。
聚乙烯吡咯烷酮是一种合成水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性质，胶体保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性、增溶或凝聚作用。并且聚乙烯吡咯烷酮具有优良的生理惰性，不参与人体新陈代谢，又具有优良的生物相容性，对皮肤、粘膜、眼等不形成任何刺激，被广泛应用于生物医药和食品加工领域。
本发明以羟基磷灰石超长纳米线作为无机成分、有机聚合物作为有机成分，通过搅拌使羟基磷灰石超长纳米线与有机聚合物的溶液混合均匀，二者复合制备所述复合生物纸。本发明以羟基磷灰石超长纳米线作为无机成分，相对于其它形貌的羟基磷灰石纳米材料，羟基磷灰石超长纳米线具有较长的长度和高柔韧性，有助于相互交织构成三维网状结构，且均匀分散在有机聚合物的有机质中；并且羟基磷灰石超长纳米线具有更好的柔韧性，可以弯曲变形，有助于羟基磷灰石超长纳米线之间相互交织、缠绕和重叠，从而形成力学增强结构。进而使制备的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸具有高柔韧性和优异的力学性能。例如本发明制备的羟基磷灰石超长纳米线与壳聚糖质量比2:1的复合生物纸的断裂强度为93.67MPa，杨氏模量为3.53GPa，远大于纯壳聚糖生物膜的断裂强度(59.59MPa)和杨氏模量(1.12GPa)，也远大于纯羟基磷灰石超长纳米线生物纸的断裂强度(0.39MPa)和杨氏模量(0.067GPa)。本发明制备的羟基磷灰石超长纳米线与胶原蛋白质量比为1:1的复合生物纸的断裂强度为88.4MPa，杨氏模量为3.42GPa，远大于纯胶原蛋白生物膜的断裂强度36.5MPa和杨氏模量1.16GPa。可见，羟基磷灰石超长纳米线与有机聚合物复合可以显著提升复合生物纸的力学性能。并且制备的羟基磷灰石超长纳米线与有机聚合物的复合生物纸具有高柔韧性，可以弯曲、缠绕、折叠等。而对照样用羟基磷灰石纳米棒与壳聚糖或者胶原蛋白制备的复合生物纸显示出较差的力学性能，例如羟基磷灰石纳米棒与壳聚糖或者胶原蛋白的质量比超过7:3，很难制备出完整的复合生物纸，这是由于羟基磷灰石纳米棒长度较短，不能相互缠绕和交织形成三维网状结构。羟基磷灰石纳米棒与壳聚糖质量比1:1的复合生物纸的断裂强度为11.74MPa，杨氏模量为0.435GPa，明显低于纯壳聚糖生物膜和相同羟基磷灰石超长纳米线含量的羟基磷灰石纳米线与壳聚糖的复合生物纸的力学强度。可见羟基磷灰石超长纳米线相对于传统使用的羟基磷灰石颗粒、纳米棒等，具有显著的力学增强优势。此外，羟基磷灰石和所使用的有机聚合物都具有良好的生物相容性和环境友好特性。例如细胞在纯壳聚糖生物膜和羟基磷灰石超长纳米线与壳聚糖质量比2:1的复合生物纸上培养3天后，细胞在壳聚糖生物膜表面呈现出球状，并且难以粘附到壳聚糖生物膜的表面；而细胞在所制备的羟基磷灰石超长纳米线与壳聚糖质量比2:1的复合生物纸上呈现出伸展状态，伸出大量的丝状伪足和板状伪足，显示出更好的细胞粘附性和细胞铺展状态。说明本发明制备的羟基磷灰石超长纳米线与壳聚糖复合生物纸相对于纯壳聚糖生物膜显示出更好的细胞粘附性，更有助于细胞的铺展。并且相对于纯胶原蛋白生物膜、和羟基磷灰石纳米棒与胶原蛋白复合生物纸，细胞在所制备的羟基磷灰石超长纳米线与胶原蛋白质量比7:3的复合生物纸上粘附和铺展更快，伸展出更多的丝状伪足和片状伪足。与细胞共培养3天后，在纯胶原蛋白生物膜、和羟基磷灰石纳米棒与胶原蛋白质量比7:3的复合膜上依然有球形的细胞存在，而在所制备的羟基磷灰石超长纳米线与胶原蛋白质量比7:3的复合生物纸上却没发现球形的细胞，所有细胞呈现出伸展状态，显示出更好的细胞粘附和铺展状态。因此，本发明制得的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸具有高柔韧性、优异的力学性能、良好的生物相容性和环境友好性，可广泛应用于生物医学以及组织工程等领域。
较佳地所述羟基磷灰石超长纳米线与有机聚合物的质量比为1:1000～1000:1，优选为1:100～100:1，更优选为1:4～4:1。
较佳地，所述有机聚合物为壳聚糖、胶原蛋白、聚乳酸、聚己内酯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
较佳地，所述羟基磷灰石超长纳米线的直径为5～100纳米、长度为20～2000微米。
较佳地，所述复合生物纸的厚度≥10微米，优选为10～3000微米。
另一方面，本发明还提供了一种基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸在生物医学领域中的应用。
本发明采用制备的羟基磷灰石超长纳米线代替传统使用的羟基磷灰石纳米颗粒、纳米棒、晶须等作为无机成分，通过与有机聚合物复合制备合成了具有高柔韧性、良好生物相容性、优异力学性能、物理化学性质可调控、可书写打印的基于羟基磷灰石超长纳米线的多功能复合生物纸。
附图说明
图1为不同羟基磷灰石超长纳米线含量的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸的数码照片；
图2为不同羟基磷灰石超长纳米线含量的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸的X-射线衍射图；
图3为实施例3中羟基磷灰石含量为66.7wt.％的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸顶部(a)和底部(b)的扫描电镜(SEM)照片；
图4为不同羟基磷灰石超长纳米线含量的羟基磷灰石超长纳米线/胶原蛋白复合生物纸的数码照片；
图5为不同羟基磷灰石超长纳米线含量的羟基磷灰石超长纳米线/胶原蛋白复合生物纸的X-射线衍射图。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明以羟基磷灰石超长纳米线作为无机成分，以有机聚合物作为有机成分，通过搅拌混合均匀、干燥，得到羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸(基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸)。所述有机聚合物包括但不局限于壳聚糖、胶原蛋白、聚乳酸、聚己内酯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮。
上述羟基磷灰石超长纳米线的直径可为5～100纳米、长度可为20～2000微米。本发明所述羟基磷灰石超长纳米线具有优异的力学增强效果、良好的生物相容性和环境友好等特性。
上述有机聚合物包括但不局限于壳聚糖、胶原蛋白、聚乳酸、聚己内酯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮。
上述羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸中羟基磷灰石超长纳米线与有机聚合物的质量比可为1:1000～1000:1。较佳的，其质量比可为1:100～100:1。进一步更优选为1:4～4:1。
本发明制备的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸具有高柔韧性、良好的生物相容性、优异的力学性能、可调控的物理化学性质、可书写打印等优点，具有良好的应用前景。本发明所制备的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸的厚度可为10～3000微米。
以下示例性地说明本发明提供的基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸的制备方法。
羟基磷灰石超长纳米线的制备。本发明所述羟基磷灰石超长纳米线可以采用溶剂热法制备，可参考文献和专利报道的方法制备：朱英杰,路丙强,陈峰,高柔韧性耐高温不燃的羟基磷灰石纸及其制备方法,专利号ZL201310687363.2；Ying-Ying Jiang,Ying-JieZhu,Feng Chen,Jin Wu,Ceramics International,41,6098-6102(2015)；Yong-GangZhang,Ying-Jie Zhu Feng Chen,Jin Wu,Materials Letters,144,135-137(2015)。也可采用其它合适的制备方法，所用方法只要能够制备出所述羟基磷灰石超长纳米线即可。本发明所述羟基磷灰石超长纳米线的直径可为5～100纳米、长度可为20～2000微米。
本发明采用羟基磷灰石超长纳米线作为无机成分、有机聚合物作为有机成分，通过搅拌混合均匀、干燥，获得所述羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸。具体来说，将壳聚糖溶于醋酸水溶液中，壳聚糖醋酸水溶液。将羟基磷灰石超长纳米线溶于水，得到羟基磷灰石超长纳米线分散液。然后将二者混合，再用碱溶液(例如，氢氧化钠溶液)清洗、干燥后得到所述复合生物纸。该方法制备的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸中羟基磷灰石超长纳米线的质量百分比可以实现从0wt.％到100wt.％连续调控。
本发明的制备工艺简单、操作方便，不需要复杂昂贵的设备，易于实现工业化生产。本发明所述的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸作为生物医用材料可用于皮肤修复、骨折固定、硬组织修复等生物医学领域，具有良好的应用前景。本发明通过力学测试仪测得制备的复合生物纸的断裂强度为0.3～100MPa。本发明通过力学测试仪测得制备的复合生物纸的杨氏模量0.06～3.6GPa。本发明制备的基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸的厚度所述无机耐火纸的厚度可以根据需要调节，一般为≥10微米，优选为10～3000微米。
本发明具有如下优点：
(1)制备的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸具有可调控的物理化学性质，所含羟基磷灰石超长纳米线的含量可以0～100wt.％(参见图1～图5)；
(2)制备的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸具有高柔韧性和优异的力学性能；
(3)制备的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸具有良好的书写打印效果；
(4)在所制备的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸中，羟基磷灰石超长纳米线均匀的分散在有机质中；
(5)所得羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸中羟基磷灰石纳米线含量可以调控；
(6)所制备的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸可用于皮肤修复、骨折固定、硬组织修复等生物医学领域。
下面进一步举例实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
将2.000克壳聚糖粉末加入到98克1vol.％的醋酸水溶液中，在50℃水浴下剧烈搅拌形成均一的壳聚糖醋酸水溶液。该壳聚糖醋酸水溶液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干。烘干后的纯壳聚糖膜浸泡在1M NaOH水溶液中12小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到纯壳聚糖膜，表面较光滑。
实施例2
将2.000克壳聚糖粉末加入到98克1vol.％的醋酸水溶液中，在50℃水浴下剧烈搅拌形成均一的壳聚糖醋酸水溶液。羟基磷灰石超长纳米线分散在水中形成羟基磷灰石超长纳米线含量为2wt.％的分散液。将壳聚糖醋酸水溶液与羟基磷灰石超长纳米线水分散液按照质量比4:1进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干。烘干后的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸浸泡在1M NaOH水溶液中12小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到羟基磷灰石超长纳米线含量20wt.％的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸，表面变得粗糙，羟基磷灰石超长纳米线均匀分布在壳聚糖有机质中。
实施例3
将2.000克壳聚糖粉末加入到98克1vol.％的醋酸水溶液中，在50℃水浴下剧烈搅拌形成均一的壳聚糖醋酸水溶液。羟基磷灰石超长纳米线分散在水中形成羟基磷灰石超长纳米线含量为2wt.％的分散液。将壳聚糖醋酸水溶液与羟基磷灰石超长纳米线水分散液按照质量比1:2进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干。烘干后的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸浸泡在1M NaOH水溶液中12小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到如附图3所示的羟基磷灰石超长纳米线含量66.7wt.％的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸，羟基磷灰石纳米线相互交织、缠绕和重叠，从而构成三维网状结构，并且均匀分散在壳聚糖有机质中，形成力学增强结构。
实施例4
将2.000克壳聚糖粉末加入到98克1vol.％的醋酸水溶液中，在50℃水浴下剧烈搅拌形成均一的壳聚糖醋酸水溶液。羟基磷灰石超长纳米线分散在水中形成羟基磷灰石超长纳米线含量为2wt.％的分散液。将壳聚糖醋酸水溶液与羟基磷灰石超长纳米线水分散液按照质量比1:1进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干。烘干后的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸浸泡在1M NaOH水溶液中12小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到羟基磷灰石超长纳米线含量50wt.％的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸，复合纸表面变得粗糙，羟基磷灰石纳米线相互交织、缠绕和重叠，从而构成三维网状结构，并且均匀分散在壳聚糖有机质中，形成力学增强结构。
实施例5
将2.000克壳聚糖粉末加入到98克1vol.％的醋酸水溶液中，在50℃水浴下剧烈搅拌形成均一的壳聚糖醋酸水溶液。羟基磷灰石超长纳米线分散在水中形成羟基磷灰石超长纳米线含量为2wt.％的分散液。将壳聚糖醋酸水溶液与羟基磷灰石超长纳米线水分散液按照质量比2:1进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干。烘干后的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸浸泡在1M NaOH水溶液中12小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到羟基磷灰石超长纳米线含量33.3wt.％的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸，羟基磷灰石纳米线相互交织、缠绕和重叠，从而构成三维网状结构，并且均匀分散在壳聚糖有机质中，形成力学增强结构。
实施例6
将2.000克壳聚糖粉末加入到98克1vol.％的醋酸水溶液中，在50℃水浴下剧烈搅拌形成均一的壳聚糖醋酸水溶液。羟基磷灰石超长纳米线分散在水中形成羟基磷灰石超长纳米线含量为2wt.％的分散液。将壳聚糖醋酸水溶液与羟基磷灰石超长纳米线水分散液按照质量比1:4进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干。烘干后的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸浸泡在1M NaOH水溶液中12小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到羟基磷灰石超长纳米线含量80wt.％的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸，羟基磷灰石纳米线相互交织、缠绕和重叠，从而构成三维网状结构，并且均匀分散在壳聚糖有机质中，形成力学增强结构。
实施例7
将2.000克壳聚糖粉末加入到98克1vol.％的醋酸水溶液中，在50℃水浴下剧烈搅拌形成均一的壳聚糖醋酸水溶液。羟基磷灰石超长纳米线分散在水中形成羟基磷灰石超长纳米线含量为2wt.％的分散液。将壳聚糖醋酸水溶液与羟基磷灰石超长纳米线水分散液按照质量比1:9进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干。烘干后的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸浸泡在1M NaOH水溶液中12小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到羟基磷灰石超长纳米线含量90wt.％的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸，复合纸表面变得粗糙，几乎看不到壳聚糖有机质，羟基磷灰石纳米线相互交织、缠绕和重叠，从而构成三维网状结构，形成力学增强结构。
实施例8
将2.000克壳聚糖粉末加入到98克1vol.％的醋酸水溶液中，在50℃水浴下剧烈搅拌形成均一的壳聚糖醋酸水溶液。羟基磷灰石超长纳米线分散在水中形成羟基磷灰石超长纳米线含量为2wt.％的分散液。将壳聚糖醋酸水溶液与羟基磷灰石超长纳米线水分散液按照质量比1:19进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干。烘干后的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸浸泡在1M NaOH水溶液中12小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到羟基磷灰石超长纳米线含量95wt.％的羟基磷灰石超长纳米线/壳聚糖复合生物纸，复合纸表面变得粗糙，几乎看不到壳聚糖有机质，羟基磷灰石纳米线相互交织、缠绕和重叠，从而构成三维网状结构，形成力学增强结构。
实施例9
将2.000克海绵状的胶原蛋白溶解到98克的水中，经过搅拌得到均一的胶原蛋白水溶液。羟基磷灰石超长纳米线分散在水中形成羟基磷灰石超长纳米线含量为2wt.％的分散液。将胶原蛋白水溶液与羟基磷灰石超长纳米线水分散液分别按照质量比4:1、1:1、3:7、1:9进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中烘干。烘干后的羟基磷灰石超长纳米线/胶原蛋白复合生物纸浸泡在20mM 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和8mM N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的80vol.％乙醇/20vol.％水混合溶液中，交联处理4小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到羟基磷灰石超长纳米线含量分别为25wt.％、50wt.％、70wt.％、90wt.％的羟基磷灰石超长纳米线/胶原蛋白复合生物纸，如图4所示。
实施例10
将羟基磷灰石超长纳米线分散在水中形成羟基磷灰石超长纳米线含量为2wt.％的均匀分散液。然后将该均一羟基磷灰石超长纳米线分散液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干后取出。得到如附图1所示的纯羟基磷灰石超长纳米线无机生物纸，复合纸表面变得粗糙多孔，羟基磷灰石超长纳米线之间互相交织在一起。
对比例1
将2.000克壳聚糖粉末加入到98克1vol.％的醋酸水溶液中，在50℃水浴下剧烈搅拌形成均一的壳聚糖醋酸水溶液。羟基磷灰石纳米棒(长度约100nm、直径约10nm)分散在水中形成羟基磷灰石纳米棒含量为2wt.％的分散液。将壳聚糖醋酸水溶液与羟基磷灰石纳米棒水分散液按照质量比4:1进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干。烘干后的羟基磷灰石纳米纳米棒/壳聚糖复合生物纸浸泡在1M NaOH水溶液中12小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到羟基磷灰石纳米棒含量20wt.％的羟基磷灰石纳米棒/壳聚糖复合生物纸。制备的羟基磷灰石纳米棒与壳聚糖质量比1:4的复合生物纸的断裂强度为25.11MPa，杨氏模量为0.576GPa，低于纯壳聚糖生物膜的断裂强度(59.59MPa)和杨氏模量(1.12GPa)，可见，羟基磷灰石纳米棒构成的复合生物纸没有力学增强效果。与实施例2相比，所制备的羟基磷灰石纳米线与壳聚糖的复合生物纸(质量比为1:4，断裂强度为74.90MPa，杨氏模量为1.714GPa)的力学强度大约是羟基磷灰石纳米棒与壳聚糖复合生物纸的3倍。可见，羟基磷灰石纳米线可以显著增强复合生物纸的力学性能。
对比例2
将2.000克壳聚糖粉末加入到98克1vol.％的醋酸水溶液中，在50℃水浴下剧烈搅拌形成均一的壳聚糖醋酸水溶液。羟基磷灰石纳米棒(长度约100nm、直径约10nm)分散在水中形成羟基磷灰石纳米棒含量为2wt.％的分散液。将壳聚糖醋酸水溶液与羟基磷灰石纳米棒水分散液按照质量比1:2进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干。烘干后的羟基磷灰石纳米棒/壳聚糖复合生物纸浸泡在1M NaOH水溶液中12小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到羟基磷灰石纳米棒含量66.7wt.％的羟基磷灰石纳米棒/壳聚糖复合生物纸，力学性能极差，极易破碎成碎片状，这是由于羟基磷灰石纳米棒长度较短，难以像羟基磷灰石超长纳米线那样具有较长的长度和柔韧性，可以相互交织和缠绕形成三维网状的力学增强结构。而实施例3所制备的羟基磷灰石超长纳米线与壳聚糖质量比2:1的复合生物纸却显示出优异的力学性能，断裂强度为93.67MPa，杨氏模量为3.53GPa。相比之下，羟基磷灰石纳米棒与壳聚糖质量比为2:1时，难以形成完整的复合生物纸，极易破碎成碎片状。
对比例3
将2.000克海绵状的胶原蛋白溶解到98克的水中，经过搅拌得到均一的胶原蛋白水溶液。羟基磷灰石纳米棒(长度约100nm、直径约10nm)分散在水中形成羟基磷灰石纳米棒含量为2wt.％的分散液。将胶原蛋白水溶液与羟基磷灰石纳米棒水分散液按照质量比3:7进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中烘干。烘干后的羟基磷灰石纳米棒/胶原蛋白复合生物纸浸泡在20mM 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和8mM N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的80vol.％乙醇/20vol.％水混合溶液中，交联处理4小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到羟基磷灰石纳米棒含量为70wt.％的羟基磷灰石纳米棒/胶原蛋白复合生物纸，表面较为粗糙，并且有很多微裂纹，这是由于羟基磷灰石纳米棒长度较短，难以相互交织形成三维网状结构。得到的羟基磷灰石纳米棒含量为70wt.％的羟基磷灰石纳米棒/胶原蛋白复合生物纸显示出较差的力学性能，由于力学强度较差，极易破裂成碎片状。而实施例9中所制备的胶原蛋白与羟基磷灰石超长纳米线质量比为3:7的复合生物纸，其断裂强度为44.02MPa，杨氏模量为3.45GPa。相比之下，羟基磷灰石纳米棒与胶原蛋白质量比为7:3时，难以形成完整的复合生物纸，极易破碎成碎片状。
对比例4
将2.000克壳聚糖粉末加入到98克1vol.％的醋酸水溶液中，在50℃水浴下剧烈搅拌形成均一的壳聚糖醋酸水溶液。羟基磷灰石纳米棒(长度约100nm、直径约10nm)分散在水中形成羟基磷灰石纳米棒含量为2wt.％的分散液。将壳聚糖醋酸水溶液与羟基磷灰石纳米棒水分散液按照质量比1:1进行混合，室温下磁搅拌2小时混合均匀，该均一混合液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中48小时烘干。烘干后的羟基磷灰石纳米纳米棒/壳聚糖复合生物纸浸泡在1M NaOH水溶液中12小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到羟基磷灰石纳米棒含量50wt.％的羟基磷灰石纳米棒/壳聚糖复合生物纸。制备的羟基磷灰石纳米棒与壳聚糖质量比1:1的复合生物纸的断裂强度为11.74MPa，杨氏模量为0.435GPa，低于纯壳聚糖生物膜的断裂强度(59.59MPa)和杨氏模量(1.12GPa)，可见，羟基磷灰石纳米棒构成的复合生物纸没有力学增强效果。与实施例4相比，所制备的羟基磷灰石纳米线与壳聚糖的复合生物纸(质量比为1:1，断裂强度为98.93MPa，杨氏模量为2.807GPa)的力学强度大约是羟基磷灰石纳米棒与壳聚糖复合生物纸的7倍。可见，羟基磷灰石纳米线可以显著增强复合生物纸的力学性能。
对比例5
将2.000克海绵状的胶原蛋白溶解到98克的水中，经过搅拌得到均一的胶原蛋白水溶液。将胶原蛋白水溶液移至到玻璃培养皿中(0.3克每平方厘米)，然后在37℃烘箱中烘干。烘干后的胶原蛋白生物膜浸泡在20mM 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和8mM N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的80vol.％乙醇/20vol.％水混合溶液中，交联处理4小时，然后取出用水和乙醇洗涤至中性，再放至37℃烘箱烘干。得到纯胶原蛋白生物膜。而实施例9所制备的羟基磷灰石超长纳米线与胶原蛋白质量比为1:1的复合生物纸显出优异的力学性能，断裂强度为88.4MPa，杨氏模量为3.42GPa，远大于纯胶原蛋白生物膜的断裂强度36.5MPa和杨氏模量1.16GPa。
表1为上述实施例1-10和对比例1-5制备的复合生物纸的性能参数
产业应用性：本发明的制备工艺简单、操作方便，不需要复杂昂贵的设备，易于实现工业化生产。通过本发明所述方法制备的羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物的复合生物纸在皮肤修复、骨折固定、硬组织修复等生物医学领域具有广泛的应用前景，是一种良好的生物医用材料。

Claims (3)

1.一种基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸，其特征在于，所述复合生物纸包括羟基磷灰石超长纳米线和有机聚合物；所述有机聚合物包括壳聚糖、胶原蛋白、聚乳酸、聚己内酯和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，所述羟基磷灰石超长纳米线的直径为5～100纳米、长度为20～2000微米；所述有机聚合物与羟基磷灰石超长纳米线的质量比为3:7～4:1。
2.根据权利要求1所述的复合生物纸，其特征在于所述复合生物纸的厚度≥10微米。
3.一种如权利要求1或2所述基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸在制备生物医用材料中的应用。
CN201611095410.4A 2016-12-02 2016-12-02 基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸 Active CN106730022B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611095410.4A CN106730022B (zh) 2016-12-02 2016-12-02 基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611095410.4A CN106730022B (zh) 2016-12-02 2016-12-02 基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106730022A CN106730022A (zh) 2017-05-31
CN106730022B true CN106730022B (zh) 2019-11-19

Family

ID=58883411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611095410.4A Active CN106730022B (zh) 2016-12-02 2016-12-02 基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106730022B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107638594A (zh) * 2017-08-14 2018-01-30 中国科学院上海硅酸盐研究所 羟基磷灰石超长纳米线/胶原复合多孔生物支架及其应用
CN113679877B (zh) * 2021-08-13 2022-10-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 羟基磷灰石超长纳米线止血气凝胶及其制备方法与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102276879A (zh) * 2010-06-11 2011-12-14 中国科学院合肥物质科学研究院 纤维状纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料及其制备方法
CN103626144A (zh) * 2013-12-13 2014-03-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 高柔韧性耐高温不燃的羟基磷灰石纸及其制备方法
CN104013997A (zh) * 2014-05-06 2014-09-03 重庆大学 一种具有生物仿生多层结构界面的医用钛合金制备方法
CN106012677A (zh) * 2016-05-31 2016-10-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 纳米银复合羟基磷灰石超长纳米线抗菌纸

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130274892A1 (en) * 2010-10-07 2013-10-17 Drexel University Electrospun Mineralized Chitosan Nanofibers Crosslinked with Genipin for Bone Tissue Engineering

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102276879A (zh) * 2010-06-11 2011-12-14 中国科学院合肥物质科学研究院 纤维状纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料及其制备方法
CN103626144A (zh) * 2013-12-13 2014-03-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 高柔韧性耐高温不燃的羟基磷灰石纸及其制备方法
CN104013997A (zh) * 2014-05-06 2014-09-03 重庆大学 一种具有生物仿生多层结构界面的医用钛合金制备方法
CN106012677A (zh) * 2016-05-31 2016-10-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 纳米银复合羟基磷灰石超长纳米线抗菌纸

Also Published As

Publication number Publication date
CN106730022A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Benwood et al. Natural biomaterials and their use as bioinks for printing tissues
Choi et al. Bacterial cellulose and its applications
Brito-Pereira et al. Silk fibroin-magnetic hybrid composite electrospun fibers for tissue engineering applications
Cheng et al. Sustainable cellulose and its derivatives for promising biomedical applications
Maganti et al. Structure–process–property relationship of biomimetic chitosan‐based nanocomposite scaffolds for tissue engineering: biological, physico‐chemical, and mechanical functions
Wongpanit et al. Preparation and characterization of chitin whisker-reinforced silk fibroin nanocomposite sponges
Cai et al. Bacterial cellulose/poly (ethylene glycol) composite: characterization and first evaluation of biocompatibility
Klemm et al. Nanocellulose materials–different cellulose, different functionality
Yang et al. Gelatin-based nanocomposites: a review
Lahiri et al. Carbon nanotube reinforced polylactide− caprolactone copolymer: mechanical strengthening and interaction with human osteoblasts in vitro
Montalbano et al. Collagen hybrid formulations for the 3d printing of nanostructured bone scaffolds: An optimized genipin-crosslinking strategy
Wan et al. Mechanical properties and cytotoxicity of nanoplate-like hydroxyapatite/polylactide nanocomposites prepared by intercalation technique
Jing et al. Laser patterning of bacterial cellulose hydrogel and its modification with gelatin and hydroxyapatite for bone tissue engineering
Erdal et al. Construction of bioactive and reinforced bioresorbable nanocomposites by reduced nano-graphene oxide carbon dots
Kanimozhi et al. Salt leaching synthesis, characterization and in vitro cytocompatibility of chitosan/poly (vinyl alcohol)/methylcellulose–ZnO nanocomposites scaffolds using L929 fibroblast cells
Zhijiang et al. Soy protein nanoparticles modified bacterial cellulose electrospun nanofiber membrane scaffold by ultrasound-induced self-assembly technique: Characterization and cytocompatibility
Ghomi et al. A novel investigation on characterization of bioactive glass cement and chitosan-gelatin membrane for jawbone tissue engineering
Gao et al. Polylysine coated bacterial cellulose nanofibers as novel templates for bone-like apatite deposition
Kaur et al. Effect of carboxylated graphene nanoplatelets on mechanical and in-vitro biological properties of polyvinyl alcohol nanocomposite scaffolds for bone tissue engineering
Dai et al. Improved thermostability and cytocompatibility of bacterial cellulose/collagen composite by collagen fibrillogenesis
CN106730022B (zh) 基于羟基磷灰石超长纳米线的复合生物纸
Yang et al. Ultrasound-assisted air-jet spinning of silk fibroin-soy protein nanofiber composite biomaterials
Sun et al. Combined application of graphene‐family materials and silk fibroin in biomedicine
Campodoni et al. Mimicking natural microenvironments: Design of 3D-aligned hybrid scaffold for dentin regeneration
Golshayan et al. Evaluation of the effects of glucosamine sulfate on poly (3-hydroxybutyrate)-chitosan/carbon nanotubes electrospun scaffold for cartilage tissue engineering applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant