CN109589450A - MXene的用途、引导骨组织再生材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了MXene的用途、引导骨组织再生材料及其制备方法，涉及生物医用材料领域，MXene材料在骨组织材料的用途；引导骨组织再生材料，按照质量份包括，羟基磷灰石5~30份、MXene70~95份。引导骨组织再生材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将MXene和羟基磷灰石纳米线的水溶液混合，磁力搅拌混合均匀，形成混合物备用；步骤二、步骤一得到的混合物，经过超声波水浴处理；步骤三、抽滤，去除水分得到成品。本发明创造性的用MXene材料作为骨组织材料的原料应用，通过MXene与羟基磷灰石纳米线复合生成的材料，不仅具有的良好生物相容性和骨传导性，而且可以满足引导骨组织再生技术对材料的要求，本发明为骨组织工程材料提供了一种新型材料。

Description

MXene的用途、引导骨组织再生材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物医用材料领域，尤其是MXene的用途、引导骨组织再生材料及其制备方法。

背景技术

引导组织再生术（Guided Tissue Regeneration，GTR）是用外科的方法放置一个物理屏障来选择性地分隔不同的牙周组织，阻止牙龈上皮和牙龈结缔组织向根面生长，造成空间，诱导具有牙周组织再生潜力的牙周膜细胞冠向移动并生长分化，实现牙周膜、牙槽骨、牙骨质再生，形成牙周新附着。引导骨组织再生(GBR)技术是目前解决种植体周围骨缺损的有效方法之一，以实现牙槽嵴的垂直向和水平向的骨增量。

迄今为止，没有发现一种材料能够完全满足GBR对性能的要求，如帐篷效应，细胞屏蔽，屏障的稳定作用，引导成骨细胞优先进入，及保护血凝块等作用。临床急需寻找更理想的多功能材料，起到屏障及支撑作用的同时能够充当骨引导或诱导的支架，并且具有抗感染能力，从而能广泛的应用于骨组织工程。

羟基磷灰石（nHA）是脊椎动物骨骼和牙齿的主要无机组成成分，人的牙釉质中羟基磷灰石的含量约96wt.%(92Vol.%)，骨头中也约占到69Wt.%。羟基磷灰石具有优良的生物相容性和生物活性，并可作为一种骨骼或牙齿的诱导因子，在口腔保健领域中对牙齿具有较好的再矿化、脱敏以及美白作用。实验证明羟基磷灰石粒子与牙釉质生物相容性好，亲和性高，其矿化液能够有效形成再矿化沉积，阻止钙离子流失，解决牙釉质脱矿问题，从根本上预防龋齿病。含有HAP材料的牙膏对唾液蛋白、葡聚糖具有强吸附作用，能减少患者口腔的牙菌斑，促进牙龈炎愈合，对龋病、牙周病有较好的防治作用。

MXene材料是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料，其外形类似于片片相叠的薯片。MXene材料的化学式为M_n+1AX_n, 其中(n = 1–3)，M代表早期过渡金属，比如Sc、Ti、Zr、V、Nb、Cr或者Mo；A通常代表第三主族和第四主族化学元素；X代表C或N元素。MXene材料具有类似石墨烯的二维结构，同时兼具表面亲水性、金属导电性及优良的电化学性能等，但应用于骨组织工程研究甚少，且由于其存在机械强度不足，遇水易分散成胶体溶液，考虑血液环境中材料强度可能急剧下降，无法起到维持空间的支撑作用。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供MXene的用途、引导骨组织再生材料及其制备方法，本发明提供了一种新型材料用于骨组织材料，本发明制备得到的骨组织材料不仅有屏障及支撑作用，而且能够充当骨引导或诱导的支架，同时具有抗感染能力。

本发明采用的技术方案如下：

MXene材料在骨组织材料的用途。

一种引导骨组织再生材料，包括羟基磷灰石和MXene。

进一步的，按照质量份包括，羟基磷灰石5~30份、MXene 70~95份。

进一步的，所述羟基磷灰石为羟基磷灰石纳米线。

进一步的，所述MXene为二维Ti₃C₂T_x MXene。

MXene材料具表面亲水性、优良的电化学性能和良好的生物相容性，但其机械强度不足，遇水易溶解。羟基磷灰石具有优良的生物相容性和生物活性，并可作为一种骨骼或牙齿的诱导因子。本发明将羟基磷灰石制备成羟基磷灰石纳米线作为增强体，以MXene为基体复合，可以有效改善MXene的力学性能及成骨活性。羟基磷灰石纳米线与MXene材料制备的复合材料中，羟基磷灰石纳米线含量越大，会使其脆性变大，含量过低会影响材料的成骨活性。

一种引导骨组织再生材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将MXene和羟基磷灰石纳米线的水溶液混合，磁力搅拌混合均匀，形成混合物备用；

步骤二、将MXene与羟基磷灰石纳米线的混合物，经过超声波水浴处理，得到初产物；

步骤三、将初产物经过抽滤去除水分，得到成品。

进一步的，其特征在于，所述步骤二中的水浴温度为-10~15℃。

进一步的，所述步骤三中的过滤方法为真空抽滤，所用的滤膜为水相膜。

一种羟基磷灰石纳米线的制备方法：

（1）将CaCl₂、NaOH、NaH₂PO₄溶液依次滴入油酸及乙醇的混合溶液中，混合搅拌均匀；

（2）将混合物加入聚四氟乙烯内衬反应釜中，180℃加热18 h~24 h，得到羟基磷灰石纳米线初产物；

（3）将步骤（2）制备的羟基磷灰石纳米线初产物，用无水乙醇及去离子水分别进行清洗，去除表面有机相，然后过滤，干燥得到产品羟基磷灰石纳米线。

一种二维Ti₃C₂T_x MXene的制备方法，包括以下步骤：

S1、蚀刻剂的制备：将LiF加入到HCl溶液中，搅拌得到蚀刻剂；

S2、蚀刻反应：将Ti₃AlC₂粉末逐渐加入蚀刻剂中，在35℃下反应至完全分层，得到酸性混合物；

S3、洗涤：向酸性混合物中加入去离子水，搅拌混合后离心，去除上层上清液，取下层沉淀；重复洗涤离心，直至上清液的pH 4-5，取下层酸性混合物备用；

S4、分离Ti3C₂T_x：从酸性混合物中分离出黑色的Ti₃C₂T_x，备用；

S5、干燥：将分离得到的Ti₃C₂T_x进行干燥，形成柔韧厚膜，即成品二维Ti₃C₂T_x MXene。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明创造性的用MXene材料在骨组织材料原料的应用，通过MXene与羟基磷灰石纳米线复合生成的材料，具有的良好生物相容性和骨传导性，可以满足引导骨组织再生技术对材料的要求，为骨组织工程材料提供了一种新型材料。

2、本发明以MXene为基体，以羟基磷灰石纳米线为增强体复合的方式制备形成的材料，克服了MXene由于机械强度不足，遇水易分散成胶体溶液的特性，而不能应用于骨组织工程中的问题。本发明制备的材料不仅可以起到较好的屏障及支撑作用，而且能够充当骨引导或诱导的支架，同时具有抗感染能力，从而能广泛的应用于骨组织工程。

3、本发明制备方法简单，可以用于工业化生产和推广使用。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是引导骨组织再生材料的结构示意图；

图2是引导骨组织再生材料的扫描电镜图；

图3是引导骨组织再生材料的X射线衍射图；

图4是引导骨组织再生材料的红外光谱图；

图5是不同引导骨组织再生材料强度测试图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

一种引导骨组织再生材料，按照质量份包括，羟基磷灰石纳米线30份、MXene 70份，制备得到30wt%的nHA/Ti₃C₂T_x。

实施例2

一种引导骨组织再生材料，按照质量份包括，羟基磷灰石纳米线20份、MXene 80份，制备得到20wt%的nHA/Ti₃C₂T_x。

实施例3

一种引导骨组织再生材料，按照质量份包括，羟基磷灰石纳米线10份、MXene 90份，制备得到10wt%的nHA/Ti₃C₂T_x。

实施例4

一种引导骨组织再生材料，按照质量份包括，羟基磷灰石纳米线5份、MXene 95份，制备得到5wt%的nHA/Ti₃C₂T_x。

由图5所示，0wt%的nHA/Ti₃C₂T_x为对照组实验，引导骨组织再生材料随羟基磷灰石纳米线含量增大，其脆性变大。而羟基磷灰石纳米线含量过低，其生物活性降低。因此，引导骨组织再生材料在5~30 wt%的范围内强度和生物活性最佳。

实施例5

本实施例为实施例1~4提供了一种引导骨组织再生材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将干燥的MXene和1mg/mL羟基磷灰石纳米线的水溶液（在其他实施例中可采用其他浓度）混合，0℃的超声波水浴处理及震荡使其分散后混合，磁力搅拌2-4h至混合均匀，形成混合物备用；

步骤二、将步骤一得到的混合物，在0℃的超声波水浴中处理15min；（在其他实施例中可以为-10~15℃任温度，如-10℃、-7℃、-4℃、2℃、6℃、9℃、12℃）

步骤三、将混合物通过真空抽滤去除水分，真空抽滤装置中的滤膜为直径大小为0.22mm的Celgard膜（在其他实施例中可采用其他材质的水相膜），得到成品。

实施例6

本实施例为实施例1~4提供了一种羟基磷灰石纳米线的制备方法：

（1）溶液的配制：称取0.220g 的CaCl₂、0.700g的NaOH和0.290g的NaH₂PO₄与10mL去离子水混合配制成水溶液；

（2）将CaCl₂、NaOH和NaH₂PO₄水溶液依次滴入油酸及乙醇的混合溶液中，油酸及乙醇的混合溶液为按照质量比1:1混合，混合搅拌均匀；

（3）将混合物加入加热至180℃保持24h；

（4）分别用无水乙醇及去离子水多次清洗，直至去除羟基磷灰石纳米线表面的有机相，然后采用真空抽滤进行过滤去除水分，真空抽滤装置采用的为孔径为0.22mm的聚丙烯膜，干燥得到成品羟基磷灰石纳米线。

实施例7

本实施例为实施例1~5提供了一种二维Ti₃C₂T_x MXene的制备方法包括以下步骤：

S1、蚀刻剂的制备：将0.8gLiF加入到10mL的9mol/L的HCl溶液中，不断搅拌5min得到蚀刻剂；

S2、蚀刻反应：将0.5g Ti₃AlC₂粉末逐渐加入蚀刻剂中，在35℃下反应48h至分层完全，得到酸性混合物；

S3、洗涤：向酸性混合物中加入去离子水，搅拌混合离心，去除上层上清液，取下层沉淀，离心转速为3500rpm，离心5min；重复洗涤离心直至上清液pH 为4-5，取下层酸性混合物备用；

S4、分离Ti₃C₂T_x：从酸性混合物中分离出黑色的Ti₃C₂T_x，备用；

S5、干燥：将Ti₃C₂T_x放入真空干燥机中，干燥24小时，形成柔韧厚膜，即成品二维Ti₃C₂T_xMXene。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.MXene材料在骨组织材料的用途。

2.一种引导骨组织再生材料，其特征在于，包括羟基磷灰石和MXene。

3.根据权利要求2所述引导骨组织再生材料，其特征在于，按照质量份包括，羟基磷灰石5~30份、MXene 70~95份。

4.根据权利要求2或3所述引导骨组织再生材料制备方法，其特征在于，所述羟基磷灰石为羟基磷灰石纳米线。

5.根据权利要求4所述引导骨组织再生材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将MXene和羟基磷灰石纳米线的水溶液混合，磁力搅拌混合均匀，形成混合物备用；

步骤二、将MXene与羟基磷灰石纳米线的混合物，经过超声波水浴处理，得到初产物；

步骤三、将初产物经过抽滤去除水分，得到成品。

6.根据权利要求5所述引导骨组织再生材料制备方法，其特征在于，所述步骤二中的水浴温度为-10~15℃。

7.根据权利要求5所述引导骨组织再生材料制备方法，其特征在于，所述步骤三中的抽滤方法为真空抽滤，所用的滤膜为水相膜。

8.根据权利要求4所述的引导骨组织再生材料的制备方法，其特征在于，羟基磷灰石纳米线的制备方法：

（1）将CaCl₂、NaOH、NaH₂PO₄溶液依次滴入油酸及乙醇的混合溶液中，混合搅拌均匀；

（2）将混合物加入聚四氟乙烯内衬反应釜中，180℃加热18 h~24 h，得到羟基磷灰石纳米线初产物；

（3）将步骤（2）制备得到的羟基磷灰石纳米线，用无水乙醇及去离子水分别多次清洗去除有机相，过滤，干燥得到成品羟基磷灰石纳米线。

9.根据权利要求2或3所述引导骨组织再生材料的制备方法，其特征在于，所述MXene为二维Ti₃C₂T_x MXene。

10.根据权利要求9所述引导骨组织再生材料的制备方法，其特征在于，所述二维Ti₃C₂T_x MXene的制备方法，包括以下步骤：

S1、蚀刻剂的制备：将LiF加入到HCl溶液中，搅拌得到蚀刻剂；

S2、蚀刻反应：将Ti₃AlC₂粉末逐渐加入蚀刻剂中，在35℃下反应至完全分层，得到酸性混合物；

S3、洗涤：向酸性混合物中加入去离子水，搅拌混合后离心，去除上层上清液，取下层沉淀；重复洗涤离心，直至上清液的pH 4-5，取下层酸性混合物备用；

S4、分离Ti3C₂T_x：从酸性混合物中分离出黑色的Ti₃C₂T_x，备用；

S5、干燥：将分离得到的Ti₃C₂T_x进行干燥，形成柔韧厚膜，即成品二维Ti₃C₂T_x MXene。