CN110585485A - 一种竹纤维/羟基磷灰石/壳聚糖新型复合膜及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竹纤维/羟基磷灰石/壳聚糖新型复合膜及制备方法，该复合膜是指首先将纳米羟基磷灰石与壳聚糖制备成均匀复合液，然后将表面羧基化的天然竹纤维加入上述复合液中，超声分散搅拌均匀后直接在玻璃平板上流延成新型复合膜，利用竹纤维表面的羧基对壳聚糖进行离子交联，使得该复合膜相比于比纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合膜力学性能及降解性能大有改善。该新型复合膜所用原料来源丰富，制备方法简单，且可通过复合膜组分含量来调控复合膜的力学性能、降解性能、骨传导性及抗菌性能，有望获得性能优异的复合膜用于引导骨组织再生膜。

Description

一种竹纤维/羟基磷灰石/壳聚糖新型复合膜及制备方法

技术领域

本发明涉及一种竹纤维/羟基磷灰石/壳聚糖新型复合膜及制备方法，属于生物医用材料领域。

背景技术

在牙周病的治疗、牙种植区骨量不足、其它骨缺损的修复、骨折的愈合等方面的治疗中，将一种理想的膜置于缺损处作为一种机械屏障膜，是一种新的治疗手段，它可以选择性地将周围软组织隔开，阻止上皮细胞和成纤维细胞向缺损处生长，同时能在膜下产生特殊的再生空间，从而使骨生成细胞优先生长，产生新骨组织，进而达到促进骨性愈合的目的，这种能引导骨组织再生的膜目前是牙科、骨科领域的研究热点之一。

在膜材料的研制中，制备出机械强度高、具有较高的促进新骨的生长能力且能在体内自行降解吸收的引导骨组织再生膜是众多材料科学家追求的目标。为此，天然的壳聚糖膜、胶原膜、蚕丝蛋白等，以及合成的聚氨酯及聚乳酸类膜等相继出现，尤其是壳聚糖基膜，是甲壳素的脱乙酰化产物，它的化学名称为(1-4)-2-氨基-2-脱氧- β-D-葡萄糖，是自然界中少见的一种带正电荷的碱性多糖，其降解产物为氨基葡萄糖，有一定的碱性，对人体及组织无毒、无害、无刺激、生物相容性好，对多种组织细胞的黏附和增殖具有促进作用，因而可用于引导骨组织再生膜的研制。为进一步提高其性能，添加与自然骨无机成分类似的纳米羟基磷灰石有利于提高其引导骨组织再生的能力，因而纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合膜已广泛应用于引导骨组织再生膜的研究。但由于壳聚糖本身力学性能较差，因而纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合膜的力学性能有待于进一步提高，同时壳聚糖的降解性能也有待于进一步减慢。虽然添加一些如戊二醛等进行化学交联可适当提高其力学性能及减缓其降解速度，但残存的戊二醛的毒性不利于其生物相容性。随着人们对天然纤维的研究，将天然麻类、竹纤维、蚕丝等是增强聚合物是一种有效途径。

竹纤维(BF)由竹材加工而成，由纤维素、半纤维素、木质素、果胶、蜡质等组成，具有密度低、成本低、机械强度高、硬度高，可降解优势，被誉为“天然玻璃纤维”。与其他植物纤维相比，竹纤维同时它还具有一些特殊的性质，例如抗菌性、抗紫外线和防静电能力，已被应用于纺织品、纸张、建筑、包装、交通行业及生物医用等众多领域。针对竹纤维的绿色环保性、良好的透气性、瞬间吸水性、天然抗菌性以及较高的强度等，发明人曾申请过“一种竹纤维-羟基磷灰石-聚乳酸类三元复合可降解多孔材料及其制备方法”的发明专利，证明竹纤维的引入有利于提高其多孔结构及抗压强度，且具有良好的生物相容性，可用于骨组织工程材料。但竹纤维用于与纳米羟基磷灰石/壳聚糖聚合物膜用于引导骨组织再生的研究未见报道。

基于上述技术，针对壳聚糖力学性能较低及降解过快的问题，若将天然竹纤维表面改性成羧基基团，再利用其与壳聚糖溶液的氨基化阳离子的离子交联作用，则更有利于发挥竹纤维对壳聚糖的增强效果，同时相应的被交联后的壳聚糖，其降解性能也能相应的减弱。因而有望获得一种新型的竹纤维增强的纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合膜，即力学性能、降解性能更优越且生物相容性更好的复合膜用做引导骨组织再生膜。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种能用做引导骨组织再生膜的性能更优异的新型组合物复合膜及其制备方法。

本发明的复合膜的组合物为表面羧基化的竹纤维与纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合物，采用溶液浇铸得到的复合膜。

本发明中的表面羧基化的竹纤维，其特征是指将竹纤维(平均长度为0.1 mm)先用5 %的NaOH溶液和H₂O₂室温下预处理搅拌3小时，水洗至中性干燥后，然后加入到浓度为8 %（m/v）的柠檬酸溶液中，其中柠檬酸含量为竹纤维质量的4倍，同时添加35 %竹纤维质量的磷酸二氢钾，室温下搅拌1小时后再升温到120℃反应2小时，水洗至中性后干燥，即得表面羧基化的竹纤维。

本发明中羧基化的竹纤维与纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合膜的制备方法，其特征是指先将壳聚糖溶于2 %的冰醋酸保持浓度为2 %（m/v），再将纳米羟基磷灰石粉末（平均粒径为30 nm）超声分散后加入壳聚糖溶液中，其中壳聚糖和纳米羟基磷灰石质量比为（6:4~9:1），室温下搅拌4小时，即得纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合液。再将一定量的羧基化竹纤维加入纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合液，超声分散30 分钟，继续在室温下搅拌3小时后，得浓度为2~4 % g/100 ml的混合液体，静置脱泡后在玻璃平板上流延成光滑的致密膜。

本发明的引导骨组织再生膜与现有的引导骨组织再生膜相比，具有以下优势：

（1）在膜的选材上，本发明的引导骨组织再生膜选用竹纤维、壳聚糖和纳米羟基磷灰石，其中的壳聚糖和竹纤维都是天然可降解高分子，具有较好的生物相容性；同时又具有可降解性，完成骨修复后在体内可自行降解；且竹纤维表面羧基化后带负电，而壳聚糖溶液的氨基质子化后带正电，因而两者将会产生离子交联，从而提高复合膜的力学性能，且交联后的壳聚糖降解性能有所减缓，可使复合膜提供更好及更长时间的初始支撑作用；更重要的是竹纤维和壳聚糖都具有天然抗菌性，可持续缓慢防止感染；另外纳米羟基磷灰石具有骨传导性，可加速骨生长。综上所述，本发明所选用的各种材料有利于提高复合膜的力学性能、降解性能及骨传导性，同时还可赋予其抗菌性，更适合用做引导骨组织再生膜。

（2）本发明的引导骨组织再生膜的组合物原料易得，且复合膜制备方法简单，实验条件温和，且可通过复合膜组分含量的改变来调控复合膜的力学性能、降解性能、骨传导性及抗菌性能，以获得满足不同部位骨缺损修复要求的各种膜材料；同时还可添加不同药物或其他生长因子得到性能更好的引导骨组织再生膜。

附图说明

图1 为竹纤维/纳米羟基磷灰石/壳聚糖（质量比6:6:2）复合膜及其浸泡8周后的扫描电镜照片。

具体实施方式

实施例1：将1.5 g壳聚糖溶于80 ml 2 %的冰醋酸，得淡黄色透明粘液，将0.3 g纳米羟基磷灰石粉末（平均粒径为30 nm）加去离子水20 ml超声分散20分钟后高速搅拌下逐滴加入上述壳聚糖溶液中，继续室温下搅拌4小时后，加入1.0 g表面羧基化的竹纤维（平均长度为0.1 mm），超声分散40分钟，继续室温下搅拌2小时后，静置脱泡在玻璃平板上流延成光滑的致密膜。复合膜拉伸强度为36 MPa，断裂伸长率为25 %；该膜在模拟体液中浸泡8周，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖；浸泡持续至10周，膜拉伸强度为4 MPa，至12周，膜开始失去强度。

实施例2：将1.5 g壳聚糖溶于60 ml 2 %的冰醋酸，得淡黄色透明粘液，将0.5 g纳米羟基磷灰石粉末（平均粒径为30 nm）加去离子水20 ml超声分散30分钟后高速搅拌下逐滴加入上述壳聚糖溶液中，继续室温下搅拌4小时后，加入1.5 g表面羧基化的竹纤维（平均长度为0.1 mm），超声分散1小时，继续室温下搅拌2.5小时后，静置脱泡在玻璃平板上流延成光滑的致密膜。复合膜拉伸强度为52 MPa，断裂伸长率为28 %；该膜在模拟体液中浸泡8周，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖；浸泡持续至浸泡持续至10周，膜拉伸强度为10 MPa，至12周，膜开始失去强度。

实施例3：将1.2 g壳聚糖溶于50 ml 2 %的冰醋酸，得淡黄色透明粘液，将0.8 g纳米羟基磷灰石粉末（平均粒径为30 nm）加去离子水25 ml超声分散30分钟后高速搅拌下逐滴加入上述壳聚糖溶液中，继续室温下搅拌4小时后，加入1.0 g表面羧基化的竹纤维（平均长度为0.1 mm），超声分散1小时，继续室温下搅拌3小时后，静置脱泡在玻璃平板上流延成光滑的致密膜。复合膜拉伸强度为48 MPa，断裂伸长率为26 %；该膜在模拟体液中浸泡8周，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖；浸泡持续至浸泡持续至10周，膜拉伸强度为6 MPa，至12周，膜开始失去强度。

实施例4：将1.0 g壳聚糖溶于40 ml 2 %的冰醋酸，得淡黄色透明粘液，将0.5 g纳米羟基磷灰石粉末（平均粒径为30 nm）加去离子水25 ml超声分散30分钟后高速搅拌下逐滴加入上述壳聚糖溶液中，继续室温下搅拌4小时后，加入1.5 g表面羧基化的竹纤维（平均长度为0.1 mm），超声分散1小时，继续室温下搅拌3小时后，静置脱泡在玻璃平板上流延成光滑的致密膜。复合膜拉伸强度为46 MPa，断裂伸长率为23 %；该膜在模拟体液中浸泡8周，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖；浸泡持续至10周，膜拉伸强度为2 MPa，至12周，膜开始失去强度。

对比实施例1：将1.5 g壳聚糖溶于60 ml 2 %的冰醋酸，得淡黄色透明粘液，将0.5g纳米羟基磷灰石粉末（平均粒径为30 nm）加去离子水20 ml超声分散30分钟后高速搅拌下逐滴加入上述壳聚糖溶液中，继续室温下搅拌4小时后，加入0.5 g碱处理的竹纤维（平均长度为0.1 mm），超声分散1小时，继续室温下搅拌2.5小时后，静置脱泡在玻璃平板上流延成光滑的致密膜。复合膜拉伸强度为26 MPa，断裂伸长率为18 %；该膜在模拟体液中浸泡8周，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖；浸泡持续至10周，膜拉伸强度为4 MPa，至12周，膜开始失去强度。

对比实施例2：将1.5 g壳聚糖溶于60 ml 2 %的冰醋酸，得淡黄色透明粘液，将0.5g纳米羟基磷灰石粉末（平均粒径为30 nm）加去离子水20 ml超声分散30分钟后高速搅拌下逐滴加入上述壳聚糖溶液中，继续室温下搅拌4小时后，加入0.5 未处理的竹纤维（平均长度为0.1 mm），超声分散1小时，继续室温下搅拌2.5小时后，静置脱泡在玻璃平板上流延成光滑的致密膜。复合膜拉伸强度为22 MPa，断裂伸长率为15 %；该膜在模拟体液中浸泡8周，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖；浸泡持续至10周，膜开始失去强度。

对比实施例3：将1.5 g壳聚糖溶于60 ml 2 %的冰醋酸，得淡黄色透明粘液，将0.5g纳米羟基磷灰石粉末（平均粒径为30 nm）加去离子水20 ml超声分散30分钟后高速搅拌下逐滴加入上述壳聚糖溶液中，继续室温下搅拌4小时后，静置脱泡在玻璃平板上流延成光滑的致密膜。复合膜拉伸强度为20 MPa，断裂伸长率为14 %；该膜在模拟体液中浸泡8 周，经SEM观察其表面已被类骨磷灰石全部覆盖；此时，膜开始失去强度。

Claims (3)

1.一种竹纤维/羟基磷灰石/壳聚糖新型复合膜及制备方法，其特征是指将竹纤维与纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合液直接溶液共混成均匀混合液后，直接浇铸成流延膜。

2.根据权利要求1所说的竹纤维/羟基磷灰石/壳聚糖新型复合膜，其竹纤维特征

是指将天然竹纤维表面羧基化改性后，再粉碎成平均长度为1 mm, 直径为0.3 mm左右。

3.根据权利要求1所说的竹纤维/羟基磷灰石/壳聚糖新型复合膜，其组分特征是指引入的表面羧基化天然竹纤维含量占总复合物的10~50 wt%，羟基磷灰石含量10~30 wt %，壳聚糖占10~50 wt%。