CN110279895B - 一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110279895B
CN110279895B CN201910572050.XA CN201910572050A CN110279895B CN 110279895 B CN110279895 B CN 110279895B CN 201910572050 A CN201910572050 A CN 201910572050A CN 110279895 B CN110279895 B CN 110279895B
Authority
CN
China
Prior art keywords
batio
plla
composite material
powder
graphene oxide
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
CN201910572050.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110279895A (zh
Inventor
杨友文
帅词俊
戚方伟
彭淑平
杨文静
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.)
Jiangxi Huahu High Tech Co ltd
Jiangxi University of Science and Technology
Original Assignee
Jiangxi Huahu High Tech Co ltd
Jiangxi University of Science and Technology
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 Jiangxi Huahu High Tech Co ltd, Jiangxi University of Science and Technology filed Critical Jiangxi Huahu High Tech Co ltd
Priority to CN201910572050.XA priority Critical patent/CN110279895B/zh
Publication of CN110279895A publication Critical patent/CN110279895A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110279895B publication Critical patent/CN110279895B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/025—Other specific inorganic materials not covered by A61L27/04 - A61L27/12
    • 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
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/18—Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • 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
    • 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
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料，其中PLLA的质量分数为80～90wt％，BaTiO3的质量分数为9.5～19.9wt％，GO的质量分数为0.1～0.5wt％。复合材料中的GO可为纳米BaTiO3在其表面附着沉积提供活性位点和载体，而夹杂在GO层间的纳米BaTiO3可对其起到支撑作用，进而促进BaTiO3和GO在PLLA基体中的均匀分散，增强PLLA的力学性能；另一方面，GO具有优异的导电性能，作为导电颗粒可有效提高支架的介电常数，从而促进BaTiO3中偶极子的偏转，进而增强支架的压电性能并在电刺激作用下促进成骨细胞的增殖和分化，使复合支架具有良好的生物活性。

Description

一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料及 其制备方法
技术领域
本发明属于生物材料技术领域，尤其涉及一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料及其制备方法。
背景技术
人工骨因其能有效缓解自体骨或异体骨存在的骨量有限、植入体内易发生免疫反应以及难以个性化制造等问题得到国内外研究学者的广泛关注。由于聚合物材料具有良好的生物性能被广泛应用于人工移植材料，其中左旋聚乳酸(poly(L-lacticacid)，PLLA)具有良好的生物相容性和生物降解性，已被美国食品与药品监督管理局(FDA)批准用于植入材料。然而，PLLA用作骨移植材料存在力学强度不足、细胞活性低及亲水性差等问题，不利于细胞在支架上的粘附、增殖和分化，这在一定程度上限制了它的应用。
纳米钛酸钡(BariumTitanate，BaTiO3)作为一种压电陶瓷，具有良好的生物相容性并能在外源机械应力作用下诱导产生表面电荷，因此将纳米BaTiO3掺杂至PLLA基体中，可在骨支架中构建骨生长所需的电学微环境，使得支架在骨修复过程中能对细胞产生电刺激，激活细胞信号通路，调节与骨生长相关的基因表达，从而促进骨的再生与重建。同时，BaTiO3具有良好的亲水性可有效改善支架的亲水能力，并且BaTiO3作为一种纳米颗粒可有效提高骨支架的力学性能。然而，在制备PLLA/BaTiO3骨支架过程中面临两方面的挑战：(1)纳米BaTiO3具有高的比表面能，在PLLA基体中易发生团聚，难以均匀分散；(2)纳米BaTiO3的介电常数远远大于PLLA基体，导致极化过程中加载至BaTiO3压电陶瓷颗粒上的电压不足以使其偶极子完全偏转产生理想的压电效果。
氧化石墨烯(Grapheneoxide，GO)是石墨烯的一种衍生物，具有优异的力学、电学及生物学性能。同时，GO的表面连接有大量的环氧基、羧基和羟基等含氧基团，使其具有良好的亲水性并能为钙磷的沉积提供活性位点。因此，将GO复合至PLLA/BaTiO3中不仅能进一步提高复合支架的力学性能和亲水性能，而且可利用GO的导电性提高复合支架的介电常数，赋予支架良好的压电性能，从而改善支架的生物活性。然而，GO同样面临在PLLA中易团聚，分散不均匀的难题亟需解决。
发明内容
针对现有技术中PLLA用作骨移植材料存在力学强度不足、细胞活性低及亲水性差等的问题，本发明的目的在于提供一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料及其制备方法，该复合材料中的GO较大的表面积可为纳米BaTiO3在其表面均匀附着沉积提供活性位点和载体，而夹杂在GO层间的纳米BaTiO3可对其起到支撑作用，进而促进BaTiO3和GO在PLLA基体中的均匀分散，增强PLLA的力学性能；另一方面，GO具有优异的导电性能，其作为导电颗粒可有效提高支架的介电常数，从而促进BaTiO3中偶极子的偏转，进而增强支架的压电性能并在电刺激作用下促进成骨细胞的增殖和分化，使复合支架具有良好的生物活性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料，所述复合材料中，PLLA的质量分数为80～90wt％，BaTiO3的质量分数为9.5～19.9wt％，GO的质量分数为0.1～0.5wt％。
优选的，所述钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料的极限拉伸强度为25～40MPa；极限压缩强度为30～50MPa。
优选的，所述钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料的压电常数为0.5～1.0pC/N。
本发明还提供了上述钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按设定质量配取PLLA、BaTiO3和GO，将BaTiO3和GO粉末加入到乙醇溶液中经搅拌和超声后形成BaTiO3和GO的混合悬浮液；
(2)将PLLA粉末加入到乙醇溶液中经搅拌和超声后形成PLLA悬浮液；再将PLLA悬浮液加入至步骤(1)的BaTiO3和GO的混合悬浮液中，经搅拌和超声、分离、干燥即得复合粉末；
(3)所述复合粉末经选择性激光烧结得到PLLA/BaTiO3/GO复合骨支架。
优选的方案，所述PLLA的粒径为40～70μm，熔点为175～185℃。
优选的方案，所述BaTiO3的粒径为0.1～1μm，纯度≥99％。
优选的方案，所述GO的粒径为5～15μm。
优选的方案，步骤(1)中，先将BaTiO3加入到乙醇溶液中经搅拌和超声后形成BaTiO3悬浮液；然后将GO加入到乙醇溶液中经搅拌和超声后形成GO悬浮液；再将BaTiO3悬浮液和GO悬浮液混合得到BaTiO3和GO的混合悬浮液。
发明人发现，将PLLA、BaTiO3和GO同时加入到乙醇溶液中进行机械搅拌和超声分散，所得到的复合粉末的分散效果欠佳，从而对支架的综合性能会产生一定影响。
优选的方案，步骤(1)和(2)中，搅拌和超声的时间为60～120min，转速为800～1200r/min，温度为30～60℃。
优选的方案，步骤(3)中，将复合粉末置于选择性激光烧结系统中，根据三维模型进行层层烧结，烧结完成后去除未烧结模型，即得到PLLA/BaTiO3/GO复合骨支架。
优选的方案，步骤(3)中，选择性激光烧结的工艺参数为：激光功率为2.5～5W，扫描速度为100～500mm/s，扫描间距为0.5～1.5mm，光斑直径为0.3～0.5mm，粉层厚度为0.1～0.2mm，粉床预热温度为150～170℃。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果：
(1)本发明利用BaTiO3和GO的协同作用，促进二者在PLLA中的均匀分散，从而增强PLLA支架的力学性能；GO较大的表面积可为纳米BaTiO3在其表面均匀附着沉积提供活性位点和载体。
(2)将导电颗粒GO掺杂至PLLA/BaTiO3中可有效提高支架的介电常数，增强材料的界面极化作用，促进BaTiO3中偶极子的偏转，从而增强支架的压电性能并在电刺激作用下促进成骨细胞的增殖和分化。
(3)利用BaTiO3和GO良好的亲水性来改善PLLA支架的亲水能力，促进细胞在支架上的粘附，为新骨的再生与重建提供前提基础。
(4)利用GO表面上连接有大量的环氧基、羧基和羟基等含氧基团，可为钙磷的沉积提供活性位点，从而提高支架的生物矿化能力。
附图说明
图1为实施例1制得的样品的SEM图；
图2为实施例2制得的样品的SEM图；
图3为对比例1制得的样品的SEM图；
图4为对比例2制得的样品的SEM图；
图5为对比例4制得的样品的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，但本发明之内容并不局限于此。
实施例1
(1)利用电子天平称量0.2g的GO粉末，颗粒粒径为5～15μm，加入到盛有30mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的GO悬浮液。
(2)利用电子天平称量10g的BaTiO3粉末，颗粒粒径为0.1～1μm，加入到盛有50mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的BaTiO3悬浮液。
(3)利用电子天平称量89.8g的PLLA粉末，颗粒粒径为60μm，熔点为180℃，加入到盛有250mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的PLLA悬浮液；再将PLLA悬浮液缓慢加入到BaTiO3和GO的混合悬浮液中，然后将混合溶液经机械搅拌和超声分散混合均匀，机械搅拌的时间为100min，转速为900r/min，温度为50℃，接着将混合均匀的悬浮液进行过滤并在60℃条件下真空干燥12h，最终研磨得到均匀的PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料粉体。
(4)将上述得到的复合材料粉体平铺在选择性激光烧结系统中，利用激光按照设定的轨迹融化复合材料粉体，层层叠加，三维成型，烧结完成后，采用压缩空气去除未烧结的粉体，最终构建与三维模型一致的生物压电骨支架，选择性激光烧结工艺参数为：激光功率为3.0W，扫描速度为400mm/s，扫描间距为1.0mm，光斑直径为0.3mm，粉层厚度为0.15mm，粉床预热温度为180℃。
(5)经力学性能测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架的拉伸强度和压缩强度分别为40MPa和50MPa。
(6)经测试发现PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料的压电常数为0.7pC/N。经细胞活性测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料上的细胞在培养7天后，粘附形貌、增值速率和分化能力明显优于培养在纯PLLA支架上的细胞。经CCK-8测试发现，种植在PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架上的细胞在培养7天后，吸光度值(正比于细胞数)从0.8上升至3.2。
(7)经矿化性能测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架相比纯PLLA支架表现出优异的矿化能力。
实施例2
(1)利用电子天平称量0.1g的GO粉末，颗粒粒径为5～15μm，加入到盛有30mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的GO悬浮液。
(2)利用电子天平称量10g的BaTiO3粉末，颗粒粒径为0.1～1μm，加入到盛有50mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的BaTiO3悬浮液。
(3)利用电子天平称量89.9g的PLLA粉末，颗粒粒径为60μm，熔点为180℃，加入到盛有250mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的PLLA悬浮液；再将PLLA悬浮液缓慢加入到BaTiO3和GO混合悬浮液中，然后将混合溶液经磁力搅拌和超声分散混合均匀，机械搅拌和超声分散的时间为100min，转速为900r/min，温度为50℃，接着将混合均匀的悬浮液进行过滤并在60℃条件下真空干燥12h，最终研磨得到均匀的PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料粉体。
(4)将上述得到的复合材料粉体平铺在选择性激光烧结系统中，利用激光按照设定的轨迹融化复合材料粉体，层层叠加，三维成型，烧结完成后，采用压缩空气去除未烧结的粉体，最终构建与三维模型一致的生物压电骨支架，选择性激光烧结工艺参数为：激光功率为3.0W，扫描速度为400mm/s，扫描间距为1.0mm，光斑直径为0.3mm，粉层厚度为0.15mm，粉床预热温度为150℃。
(5)经力学性能测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架的拉伸强度为31.4MPa，压缩强度为43.67MPa。
(6)经测试发现PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料的压电常数为0.6pC/N。经细胞活性测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架上的细胞在培养7天后，粘附形貌、增值速率和分化能力明显优于培养在纯PLLA支架上的细胞。经CCK-8测试发现，种植在PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架上的细胞在培养7天后，吸光度值从0.8上升至3.0。
(7)经矿化性能测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架相比纯PLLA支架表现出优异的矿化能力。
实施例3
(1)利用电子天平称量0.3g的GO粉末，颗粒粒径为5～15μm，加入到盛有30mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的GO悬浮液。
(2)利用电子天平称量10g的BaTiO3粉末，颗粒粒径为0.1～1μm，加入到盛有50mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的BaTiO3悬浮液。
(3)利用电子天平称量89.7g的PLLA粉末，颗粒粒径为60μm，熔点为180℃，加入到盛有250mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的PLLA悬浮液；再将PLLA悬浮液缓慢加入到BaTiO3和GO混合悬浮液中，然后将混合溶液经磁力搅拌和超声分散混合均匀，机械搅拌和超声分散的时间为100min，转速为900r/min，温度为50℃，接着将混合均匀的悬浮液进行过滤并在60℃条件下真空干燥12h，最终研磨得到均匀的PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料粉体。
(4)将上述得到的复合材料粉体平铺在选择性激光烧结系统中，利用激光按照设定的轨迹融化复合材料粉体，层层叠加，三维成型，烧结完成后，采用压缩空气去除未烧结的粉体，最终构建与三维模型一致的生物压电骨支架，选择性激光烧结工艺参数为：激光功率为3.0W，扫描速度为400mm/s，扫描间距为1.0mm，光斑直径为0.3mm，粉层厚度为0.15mm，粉床预热温度为150℃。
(5)经力学性能测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架的拉伸强度为34.2MPa，压缩强度为39.8MPa。
(6)经测试发现PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料的压电常数为0.5pC/N。经细胞活性测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架上的细胞在培养7天后，粘附形貌、增值速率和分化能力明显优于培养在纯PLLA支架上的细胞。经CCK-8测试发现，种植在PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架上的细胞在培养7天后，吸光度值从0.8上升至2.8。
(7)经矿化性能测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架相比纯PLLA支架表现出优异的矿化能力。
对比例1
(1)利用电子天平称量0.6g的GO粉末，颗粒粒径为5～15μm，加入到盛有30mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的GO悬浮液。
(2)利用电子天平称量10g的BaTiO3粉末，颗粒粒径为0.1～1μm，加入到盛有50mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的BaTiO3悬浮液。
(3)利用电子天平称量89.4g的PLLA粉末，颗粒粒径为60μm，熔点为180℃，加入到盛有250mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的PLLA悬浮液；再将PLLA悬浮液缓慢加入到BaTiO3和GO混合悬浮液中，然后将混合溶液经磁力搅拌和超声分散混合均匀，机械搅拌和超声分散的时间为100min，转速为900r/min，温度为50℃，接着将混合均匀的悬浮液进行过滤并在60℃条件下真空干燥12h，最终研磨得到均匀的PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料粉体。
(4)将上述得到的复合材料粉体平铺在选择性激光烧结系统中，利用激光按照设定的轨迹融化复合材料粉体，层层叠加，三维成型，烧结完成后，采用压缩空气去除未烧结的粉体，最终构建与三维模型一致的生物压电骨支架，选择性激光烧结工艺参数为：激光功率为3.0W，扫描速度为400mm/min，扫描间距为1.0mm，光斑直径为0.3mm，粉层厚度为0.15mm，粉床预热温度为150℃。
(5)经力学性能测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架的拉伸强度和压缩强度分别为23.5MPa和29.8MPa。经扫描电镜发现，复合支架表面出现大量GO团聚体(图3)。
(6)经测试发现PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料的压电常数为0.4pC/N。经细胞活性测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架上的细胞在培养7天后，粘附形貌、增值速率和分化能力明显优于培养在纯PLLA支架上的细胞，但相比本发明实施例1-3的PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架有所降低，主要是GO含量过高会造成材料的漏电流过大，极化过程无法顺利进行，从而使其压电系数降低，对细胞的电刺激作用减弱。
对比例2
(1)利用电子天平称量0.2g的GO粉末，颗粒粒径为5～15μm，加入到盛有30mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的GO悬浮液。
(2)利用电子天平称量20g的BaTiO3粉末，颗粒粒径为0.1～1μm，加入到盛有50mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的BaTiO3悬浮液。
(3)利用电子天平称量79.8g的PLLA粉末，颗粒粒径为60μm，熔点为180℃，加入到盛有250mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的PLLA悬浮液；再将PLLA悬浮液缓慢加入到BaTiO3和GO混合悬浮液中，然后将混合溶液经磁力搅拌和超声分散混合均匀，机械搅拌和超声分散的时间为100min，转速为900r/min，温度为50℃，接着将混合均匀的悬浮液进行过滤并在60℃条件下真空干燥12h，最终研磨得到均匀的PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料粉体。
(4)将上述得到的复合材料粉体平铺在选择性激光烧结系统中，利用激光按照设定的轨迹融化复合材料粉体，层层叠加，三维成型，烧结完成后，采用压缩空气去除未烧结的粉体，最终构建与三维模型一致的生物压电骨支架，选择性激光烧结工艺参数为：激光功率为3.0W，扫描速度为400mm/s，扫描间距为1.0mm，光斑直径为0.3mm，粉层厚度为0.15mm，粉床预热温度为150℃。
(5)经力学性能测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架的拉伸强度和压缩强度分别为23.2MPa和27.1MPa。经扫描电镜发现，复合支架表面出现大量BaTiO3团聚体(图4)。
(6)经测试发现PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料的压电常数为1.4pC/N。经细胞活性测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架上的细胞在培养7天后，粘附形貌、增值速率和分化能力明显优于培养在纯PLLA支架上的细胞，但相比本发明实施例1-3的PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架有所降低，主要是BaTiO3含量过高会造成材料力电耦合效率降低，支架对细胞的电刺激作用减弱。
对比例3
(1)利用电子天平称量10g的BaTiO3粉末，颗粒粒径为0.1～1μm，加入到盛有50mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的BaTiO3悬浮液。
(2)利用电子天平称量80g的PLLA粉末，颗粒粒径为60μm，熔点为180℃，加入到盛有250mL无水乙醇溶液的烧杯中，在机械搅拌和超声作用下，得到均匀稳定的PLLA悬浮液；再将PLLA悬浮液缓慢加入到BaTiO3和GO混合悬浮液中，然后将混合溶液经磁力搅拌和超声分散混合均匀，机械搅拌和超声分散的时间为100min，转速为900r/min，温度为50℃，接着将混合均匀的悬浮液进行过滤并在60℃条件下真空干燥12h，最终研磨得到均匀的PLLA/BaTiO3压电复合材料粉体。
(3)将上述得到的复合材料粉体平铺在选择性激光烧结系统中，利用激光按照设定的轨迹融化复合材料粉体，层层叠加，三维成型，烧结完成后，采用压缩空气去除未烧结的粉体，最终构建与三维模型一致的生物压电骨支架，选择性激光烧结工艺参数为：激光功率为3.0W，扫描速度为400mm/s，扫描间距为1.0mm，光斑直径为0.3mm，粉层厚度为0.15mm，粉床预热温度为150℃。
(4)经力学性能测试发现，PLLA/BaTiO3压电复合材料支架的拉伸强度和压缩强度分别为18.6MPa和22.3MPa。
(5)经测试发现PLLA/BaTiO3压电复合材料的压电常数为1.1pC/N。经细胞活性测试发现，PLLA/BaTiO3压电复合材料支架上的细胞在培养7天后，粘附形貌、增值速率和分化能力明显优于培养在纯PLLA支架上的细胞，但相比本发明实施例1-3的PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架有所降低。
对比例4
(1)利用电子天平别分称量0.2g的GO粉末，10g的BaTiO3粉末和89.8g的PLLA粉末，加入到加入到盛有50mL无水乙醇溶液的烧杯中。然后将混合溶液经磁力搅拌和超声分散混合均匀，机械搅拌和超声分散的时间为100min，转速为900r/min，温度为50℃，接着将混合均匀的悬浮液进行过滤并在60℃条件下真空干燥12h，最终研磨得到均匀的PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料粉体。
(4)将上述得到的复合材料粉体平铺在选择性激光烧结系统中，利用激光按照设定的轨迹融化复合材料粉体，层层叠加，三维成型，烧结完成后，采用压缩空气去除未烧结的粉体，最终构建与三维模型一致的生物压电骨支架，选择性激光烧结工艺参数为：激光功率为3.0W，扫描速度为400mm/s，扫描间距为1.0mm，光斑直径为0.3mm，粉层厚度为0.15mm，粉床预热温度为150℃。
(5)经力学性能测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架的拉伸强度和压缩强度分别为23.4MPa和28.9MPa。经扫描电镜发现，复合支架表面出现部分BaTiO3团聚体(图5)。
(6)经测试发现PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料的压电常数为0.4pC/N。经细胞活性测试发现，PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架上的细胞在培养7天后，粘附形貌、增值速率和分化能力明显优于培养在纯PLLA支架上的细胞，但相比本发明实施例1-3的PLLA/BaTiO3/GO压电复合材料支架有所降低，主要是复合材料粉体在制备过程分散不均导致部分BaTiO3团聚，从而造成材料力电耦合效率降低，支架对细胞的电刺激作用减弱。

Claims (6)

1.一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)先将BaTiO3加入到乙醇溶液中经搅拌和超声后形成BaTiO3悬浮液；然后将GO加入到乙醇溶液中经搅拌和超声后形成GO悬浮液；再将BaTiO3悬浮液和GO悬浮液混合得到BaTiO3和GO的混合悬浮液；搅拌和超声的时间为60～120min，转速为800～1200r/min，温度为30～60℃；
(2)将PLLA粉末加入到乙醇溶液中经搅拌和超声后形成PLLA悬浮液；再将PLLA悬浮液加入至步骤(1)的BaTiO3和GO的混合悬浮液中，经搅拌和超声、分离、干燥即得复合粉末；搅拌和超声的时间为60～120min，转速为800～1200r/min，温度为30～60℃；
(3)所述复合粉末经选择性激光烧结得到PLLA/BaTiO3/GO复合骨支架；
所述复合材料中，PLLA的质量分数为80～90wt％，BaTiO3的质量分数为9.5～19.9wt％，GO的质量分数为0.1～0.5wt％。
2.根据权利要求1所述的钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述PLLA的粒径为40～70μm，熔点为175～185℃；BaTiO3的粒径为0.1～1μm，纯度≥99％；GO的粒径为5～15μm。
3.根据权利要求1所述的钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，将复合粉末置于选择性激光烧结系统中，根据三维模型进行层层烧结，烧结完成后去除未烧结模型，即得到PLLA/BaTiO3/GO复合骨支架。
4.根据权利要求1所述的钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，选择性激光烧结的工艺参数为：激光功率为2.5～5W，扫描速度为100～500mm/s，扫描间距为0.5～1.5mm，光斑直径为0.3～0.5mm，粉层厚度为0.1～0.2mm，粉床预热温度为150～170℃。
5.根据权利要求1所述的钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料的极限拉伸强度为25～40MPa；极限压缩强度为30～50MPa。
6.根据权利要求1所述的钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料的制备方法，其特征在于：所述钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料的压电常数为0.5～1.0pC/N。
CN201910572050.XA 2019-06-28 2019-06-28 一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料及其制备方法 Active CN110279895B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910572050.XA CN110279895B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910572050.XA CN110279895B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110279895A CN110279895A (zh) 2019-09-27
CN110279895B true CN110279895B (zh) 2022-03-11

Family

ID=68019442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910572050.XA Active CN110279895B (zh) 2019-06-28 2019-06-28 一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110279895B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111569156A (zh) * 2020-05-19 2020-08-25 中南大学 一种纳米金刚石和氧化石墨烯协同增强的聚乳酸复合骨支架及其制备方法
CN112755004A (zh) * 2020-12-04 2021-05-07 广东省医疗器械研究所 载药复合微球及其制备方法和应用
CN114984311B (zh) * 2022-05-11 2023-05-26 上海市第六人民医院 一种压电导电复合支架及其制备方法
CN115025284B (zh) * 2022-05-11 2023-08-29 江西理工大学 一种氧化石墨烯改善钛酸钡/聚(乳酸-乙醇酸)生物支架及其制备方法
CN115382013B (zh) * 2022-08-19 2024-01-30 南京医科大学附属口腔医院 一种压电纳米颗粒及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103721297A (zh) * 2014-01-07 2014-04-16 东南大学 能促进骨组织生长的可吸收骨科器械材料及其制备方法
CN104211962A (zh) * 2014-09-10 2014-12-17 北京化工大学常州先进材料研究院 一种高介电聚酰亚胺复合材料及其制备方法
CN105297168A (zh) * 2014-05-26 2016-02-03 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 掺杂氧化石墨烯纳米纤维、其制备方法及应用
WO2018085936A1 (en) * 2016-11-10 2018-05-17 Polyvalor, Limited Partnership Piezoelectric composite, ink and ink cartridge for 3d printing, bifunctional material comprising the piezoelectric composite, manufacture and uses thereof
CN109575595A (zh) * 2017-09-29 2019-04-05 肖干凤 一种聚醚酰亚胺/钛酸钡/石墨烯介电复合材料的制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103721298B (zh) * 2014-01-07 2015-02-04 东南大学 具有压电效应的可吸收骨科器械材料及其制备方法
CN108943700B (zh) * 2018-07-18 2020-10-02 中南大学 一种聚左旋乳酸/四氧化三铁复合骨支架的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103721297A (zh) * 2014-01-07 2014-04-16 东南大学 能促进骨组织生长的可吸收骨科器械材料及其制备方法
CN105297168A (zh) * 2014-05-26 2016-02-03 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 掺杂氧化石墨烯纳米纤维、其制备方法及应用
CN104211962A (zh) * 2014-09-10 2014-12-17 北京化工大学常州先进材料研究院 一种高介电聚酰亚胺复合材料及其制备方法
WO2018085936A1 (en) * 2016-11-10 2018-05-17 Polyvalor, Limited Partnership Piezoelectric composite, ink and ink cartridge for 3d printing, bifunctional material comprising the piezoelectric composite, manufacture and uses thereof
CN109575595A (zh) * 2017-09-29 2019-04-05 肖干凤 一种聚醚酰亚胺/钛酸钡/石墨烯介电复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Preparation, characterization and in vitro testing of poly(lactic-co-glycolic) acid/barium titanate nanoparticle composites for enhanced cellular proliferation;Gianni Ciofani et al.;《Biomed Microdevices》;20101028;第255-266页 *
Use of graphene nanosheets and barium titanate as fillers in PMMA for;Mobeen Haneef et al.;《Synthetic Metals》;20170131;第101-106页 *
氧化石墨烯/聚乳酸复合材料的制备及其性能研究;李发亮;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;中国学术期刊（光盘版）电子杂志社;20170315;第29-35页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110279895A (zh) 2019-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110279895B (zh) 一种钛酸钡和氧化石墨烯协同增强的左旋聚乳酸复合材料及其制备方法
CN110538350B (zh) 一种plla/zif-8复合骨支架及其制备方法
CN108943700B (zh) 一种聚左旋乳酸/四氧化三铁复合骨支架的制备方法
CN1169874C (zh) 生物活性聚乙烯醇／羟基磷灰石纳米复合水凝胶及制备方法
CN111991614B (zh) 一种缓释锌离子的左旋聚乳酸羟基磷灰石支架及其制备方法
CN110694116A (zh) 一种纳米银/氧化石墨烯/可降解聚合物的复合骨支架材料、抗菌骨支架及其制备
CN111184916B (zh) 一种制备羟基磷灰石/左旋聚乳酸复合骨支架的方法
CN110302429B (zh) 一种Ag-DBT/PVDF复合骨支架及其制备方法
KR102316879B1 (ko) 말뼈 나노세라믹 및 pcl을 포함하는 치주조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법
CN110314250A (zh) 一种pvdf/dbt复合骨支架的制备方法
CN110801536A (zh) 一种有机包裹的磁纳米粒子复合骨支架及其制备方法
CN107982579A (zh) 3d打印载药型纳米复合人工骨的制备方法及其产品和应用
CN113368303A (zh) 磷烯功能化改性的3d打印聚乳酸仿生纳米纤维支架的制备方法
CN113582680A (zh) 一种羟基磷灰石陶瓷及其制备方法和应用
CN117679560A (zh) 一种负载黑磷可活性氧消除并缓释药物的骨缺损修复多孔支架及其制备方法
Tang et al. Surface Modification of Nano-Hydroxyapatite/Polymer Composite for Bone Tissue Repair Applications: A Review
CN108411495B (zh) 骨诱导膜及其制备方法
Li et al. Bioactivity of a Novel Nano—composite of Hydroxyapatite and Chitosan—Phosphorylated Chitosan Polyelectrolyte Complex
CN110624131A (zh) 可降解椎间融合器表面生物活性涂层的制备方法及其产品
CN115252892A (zh) 一种改性生物活性玻璃骨填充材料及其制备方法和应用
CN112169021B (zh) 一种改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法
CN112076345B (zh) 一种CoFe2O4/PVDF复合骨支架及其制备方法
CN115245602B (zh) 一种结合原位生长技术制备磁纳米骨支架的方法
CN106417279A (zh) 一种多巴胺蚕沙复合炭材料及其制备方法与应用
CN110755692A (zh) 一种聚乙烯醇复合骨支架的制备方法

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