CN112169021B - 一种改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法 - Google Patents

一种改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112169021B
CN112169021B CN202011083749.9A CN202011083749A CN112169021B CN 112169021 B CN112169021 B CN 112169021B CN 202011083749 A CN202011083749 A CN 202011083749A CN 112169021 B CN112169021 B CN 112169021B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phbv
mxene
modified
preparation
powder
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
CN202011083749.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112169021A (zh
Inventor
戚方伟
帅词俊
杨友文
王陈
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 University of Science and Technology
Original Assignee
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 University of Science and Technology filed Critical Jiangxi University of Science and Technology
Priority to CN202011083749.9A priority Critical patent/CN112169021B/zh
Publication of CN112169021A publication Critical patent/CN112169021A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112169021B publication Critical patent/CN112169021B/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
    • A61L27/446—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with other specific inorganic fillers other than those covered by A61L27/443 or A61L27/46
    • 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
    • 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
    • A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • 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
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/10—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing inorganic materials
    • A61L2300/102—Metals or metal compounds, e.g. salts such as bicarbonates, carbonates, oxides, zeolites, silicates
    • 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
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/404—Biocides, antimicrobial agents, antiseptic agents
    • 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)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明提供了一种改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法，所述复合支架由PHBV基体及分散于PHBV基体中的改性MXene颗粒组成，所述制备方法通过HF蚀刻制备法从MAX相(Ti3AlC2)中去除中间元素Al来合成MXene颗粒，然后通过氨基硅烷偶联剂进行改性，使MXene氨基化，将PHBV粉体与改性MXene颗粒通过液相混合后，MXene上的氨基和PHBV上的羟基发生脱水缩合反应，然后固液分离，得到改性MXene/PHBV复合粉体；改性MXene/PHBV复合粉体通过选择性激光烧结得到改性MXene/PHBV复合支架；该方法利用改性MXene在PHBV基体中的分散，赋予复合支架优异的力学性能、生物活性及抗菌性能。

Description

一种改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法，属于人工骨支架材料技术领域。
背景技术
3-羟基丁酸酯和-3-羟基戊酸酯(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate,PHBV)作为一种新型人工合成高分子材料，具有良好的生物可降解、生物相容的聚合物，因此在生物医学领域具有巨大的应用潜力。并且它可以在体内降解为羟丁酸，这是人类血液的正常成分。然而，PHBV的力学强度不足，难以满足骨支架的使用强度要求，同时PHBV不具有生物活性且亲水性差，导致其对细胞的亲和力较低，以上存在的问题限制了其在骨修复领域的应用。
MXene是一个新兴的二维族金属碳化物或氮化物，通过选择性蚀刻“A”从相应的母体MAX相衍生材料并进一步分层，合成新的二维材料，称为MXene。
MXene是一种二维过渡金属层状六边形三元碳化物和/或氮化物，具有类手风琴的二维层状结构，同时MXene表面形成大量亲水基团，如羟基(-OH)，氧(-O)或氟(-F)。这些表面基团使其具有优异的亲水性，又由于其较大的表面积，使其为磷酸盐的沉积提供成核位点，有利于矿化的形成，促进成骨，是一种可以用来改善骨支架材料力学、亲水性和骨诱导性的理想无机相，另外MXene还具有一定的抗菌性，其表面的亲水性和阴离子性质增强细胞膜通透性，细菌膜脂多糖分子和MXene官能团之间的氢键键合，防止营养物质的摄入，从而导致细菌失活。其次锋利边缘导致膜破裂和DNA破坏，抑制了细菌的生长。另外由脂质双分子层上的导电桥的形成引起的反应性电子从细菌细胞到外部环境的转移导致细胞死亡。然而，由于MXene层层之间存在较强的范德华力，容易形成团聚，导致力学增强性能减弱，并且MXene和PHBV之间存在界面结合差的问题。
因此到目前为止，没有MXene与PHBV复合的报道。
发明内容
针对现有技术中PHBV骨支架力学强度不足、亲水性差以及生物活性低的问题，本发明的目的在于提供一种力学性能好，生物活性高、且具有抗菌性的改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法。
为了实现上述技术目的，本发明提供如下技术方案：
本发明一种改性MXene/PHBV复合骨支架，所述复合复支架由PHBV基体以及分散于PHBV基体中的改性MXene颗粒组成，所述改性MXene颗粒由MXene颗粒经氨基化改性获得。
发明人发现，通过将MXene颗粒进行氨基化改性，所得改性MXene颗粒上的氨基可以与PHBV上的羟基进行氨羟基化，发生脱水缩合反应，从而促进MXene和PHBV的界面结合，进而提高获得具有优异力学性能的改性MXene/PHBV复合支架。
优选的方案，所述复合骨支架中，改性MXene颗粒的质量分数为0.5～2％。
本发明一种改性MXene/PHBV复合骨支架的制备方法，包括如下步骤：将MXene颗粒进行氨基化改性，获得改性MXene颗粒，再将改性MXene颗粒加入含PHBV的溶液中，搅拌、超声分散获得悬浮液，固液分离，得到改性MXene/PHBV复合粉体；改性MXene/PHBV复合粉体通过选择性激光烧结得到改性MXene/PHBV复合骨支架。
优选的方案，所述氨基化改性的过程为：将氨基硅烷偶联剂加入含MXene颗粒的乙醇溶液中，静态反应，洗涤、离心、干燥即得改性MXene颗粒。
进一步的优选，所述氨基硅烷偶联剂的加入量为改性MXene颗粒的质量的2～3倍。
进一步的优选，所述静态反应的时间为2-3h。在本发明中，静态反应在室温下进行。
进一步的优选，所述离心的转速为3000～4000r/min，所述离心的时间为5～10min。
优选的方案，所述MXene颗粒的制备过程为：将Ti3AlC2粉末在搅拌下加入到含HF的溶液中，静态反应，固液分离，即得MXene颗粒。
通过采用HF蚀刻制备法从MAX相(Ti3AlC2)中去除中间元素Al来所得Ti3C2即为MXene颗粒。
进一步的优选，所述含HF的溶液中，HF的质量分数为40～50％。
进一步的优选，所述搅拌的转速为500～1000r/min。
进一步的优选，所述静态反应时间为10～24h。在本发明中，静态反应在室温下进行。
进一步的优选，所述固液分离的过程为：先过滤获得固相粉体，用去离子水洗涤固相粉体，再离心、干燥即得MXene颗粒，所述离心的速度为5000～10000rpm，所述离心的时间为5～10min。
优选的方案，所述搅拌的转速为500～1200r/min，时间为50～120min，温度为30～60℃。
优选的方案，所述超声分散的时间为50～100min，温度为30～60℃。
优选的方案，所述含PHBV的溶液中，溶剂为无水乙醇，所述含PHBV的溶液的pH为3～5。
发明人发现，含PHBV的溶液的pH值需要有效控制，的pH值过大过小都将影响到所得改性MXene颗粒与PHBV进行氨羟基化的效果。
在实际操作过程中，将PHBV粉末分散于无水乙醇中，即得含PHBV的溶液，所述PHBV粉末的粒径为20～100μm。
发明人发现，将PHBV粉末预先在无水乙醇中分散，再加入改性MXene颗粒，同时在液相混合时，采用强烈的机械搅拌(搅拌速度快)和超声分散，可有效实现MXene颗粒均匀掺杂在PHBV粉体中。
在实际操作过程中，固液分离后，通过干燥、研磨获得改性MXene/PHBV复合粉体，所述干燥的温度为50～70℃，时间为10～12h。
优选的方案，所述改性MXene/PHBV复合粉体中，改性PHBV与MXene的质量比为0.5～2：9.8～9.95。
优选的方案，所述选择性激光烧结的工艺参数：激光功率为5～10W，扫描速度为500～800mm/min，扫描间距为0.1～1mm，光斑直径为0.5～0.8mm，粉层厚度为0.1～0.2mm，粉床预热温度为40～60℃。
将选择性激光烧结的工艺参数控制在上述选优范围，可以使最终所得改性MXene/PHBV复合骨支架的性能最佳。
本发明一种改性MXene/PHBV复合骨支架的制备方法，包括以下主要步骤：
(1)将Ti3AlC2的颗粒在搅拌下加入到含HF的溶液中，所述搅拌的转速为500～1000r/min，在静态条件下反应10～24小时，过滤，获得MXene粉体，采用去离子水清洗粉体，再用速度为5000～10000rpm的离心设备上离心5～10min，直至上清液的pH值达到6，干燥后得到MXene颗粒；
(2)将硅烷偶联剂加入到含MXene的乙醇溶液中，控制所述氨基硅烷偶联剂加入量为MXene颗粒的质量的2～3倍，静止反应2～3h，洗涤至少3次，再采用3000～4000r/min的转速离心，控制离心的时间为5～10min；真空干燥，得到改性MXene粉颗粒，
(3)将PHBV粉体加入无水乙醇中，通过机械搅拌和超声分散实现其预分散；获得含PHBV的溶液，并控制含PHBV的溶液的pH为3～5。
(4)将步骤(2)所得改性MXene颗粒，加入到含PHBV的溶液中获得混合溶液，保证混合溶液中，MXene颗粒与PHBV粉体的质量比为0.5～2：98～99.5，混合溶液于30～60℃，先在500～1000r/min的转速下机械搅拌50～120min，然后再进行超声分散50～100min，接着将混合溶液进行过滤并在30～60℃条件下真空干燥10～12h，得到改性MXene/PHBV复合粉体。
(5)将改性MXene/PHBV复合粉体置于选择性激光烧结成型系统中，根据三维模型进行层层烧结，烧结完成后去除未烧结的粉末，即得改性MXene/PHBV复合骨支架，选择性激光烧结工艺参数为：激光功率为5～10W，扫描速度为500～800mm/min，扫描间距为0.1～1mm，光斑直径为0.5～0.8mm，粉层厚度为0.1～0.2mm，粉床预热温度为40～60℃。
发明的优点及积极效果：
(1)基于MXene层层之间存在较强的范德华力，容易形成团聚，导致力学增强性能减弱，并且MXene和PHBV之间存在界面结合差的问题，本发明巧妙的将MXene颗粒进行氨基化改性，其与PHBV上的羟基进行氨羟基化，发生脱水缩合反应，防止了MXene的团聚，同时加强了MXene与PHBV之间的界面结合，从而提高PHBV骨支架的力学性能，
(2)本发明利用MXene表面形成大量亲水基团，如羟基(-OH)，氧(-O)或氟(-F)，这些表面基团使其具有优异的亲水性，又由于其较大的表面积，使其为磷酸盐的沉积提供成核位点，有利于矿化的形成，促进成骨，提高PHBV骨支架的生物活性，进一步增强PHBV骨支架的细胞粘附能力和成骨能力；
(3)本发明利用MXene其表面的亲水性和阴离子性质增强细胞膜通透性，细菌膜脂多糖分子和MXene官能团之间的氢键键合，防止营养物质的摄入，从而导致细菌失活。其次锋利边缘导致膜破裂和DNA破坏，抑制了细菌的生长。另外由脂质双分子层上的导电桥的形成引起的反应性电子从细菌细胞到外部环境的转移导致细胞死亡，提高PHBV骨支架的抗菌性。
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)采用电子天平称量2g，颗粒尺寸为50μm的Ti3AlC2的颗粒，在搅拌下加入到含HF的溶液中，所述搅拌的转速为500r/min。在静态条件下反应24小时，过滤，获得MXene粉体，采用去离子水清洗粉体，再用速度为5000rpm的离心设备上离心5min，直至上清液的pH值达到6，干燥后得到MXene颗粒；
(2)将氨基硅烷偶联剂加入到MXene乙醇溶液中，其质量比为2，静止反应2小时，反应完成后将悬浮液洗涤3遍，多次离心去除未反应的硅烷偶联剂和MXene，所述离心的转速为3500r/min，所述离心的时间为8min；真空干燥，得到改性MXene粉末。
(3)采用电子天平称量9.95g，颗粒尺寸为40μm的PHBV粉体，将其加入到盛有无水乙醇溶液的三口烧瓶中，获得含PHBV的溶液，并保持溶液pH为3～5，通过机械搅拌和超声分散实现其预分散；
(4)利用电子天平称量0.05g的改性MXene粉体加入到PHBV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60min，转速为600r/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改性MXene/PHBV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，主要烧结工艺参数为：激光功率为8W，扫描速度为600mm/min，扫描间距为0.15mm，光斑直径为0.5mm，粉层厚度为0.15mm，粉床预热温度为50℃。
(4)经力学测试表明，在实施例1的实验条件下，改性MXene/PHBV复合材料支架的压缩和拉伸强度分别为11.26和13.66MPa，相比纯PHBV支架分别提高了76％和102％。
(5)经水接触角测试表明，改性MXene/PHBV复合材料支架的水接触角从91°降低至42°。同时，经过MTT和ALP测试表明，改性MXene/PHBV复合材料支架上细胞的增殖和分化能力显著增强，证明该材料能有效加速骨的再生与重建。
(6)经大肠杆菌培养实验发现，改性MXene/PHBV复合支架的抗菌率达到90％，同时支架具有良好的细胞粘附、增殖和分化能力。
实施例2
(1)采用电子天平称量2g，颗粒尺寸为50μm的Ti3AlC2的颗粒，在搅拌下加入到含HF的溶液中，所述搅拌的转速为500r/min。在静态条件下反应24小时，过滤，获得MXene粉体，采用去离子水清洗粉体，再用速度为5000rpm的离心设备上离心5min，直至上清液的pH值达到6，干燥后得到MXene颗粒；
(2)将氨基硅烷偶联剂加入到MXene乙醇溶液中，其质量比为2：1，静止反应2小时，反应完成后将悬浮液洗涤3遍，多次离心去除未反应的硅烷偶联剂和MXene，所述离心的转速为3500r/min，所述离心的时间为8min；真空干燥，得到改性MXene粉末。
(3)采用电子天平称量9.9g，颗粒尺寸为40μm的PHBV粉体，将其加入到盛有无水乙醇溶液的三口烧瓶中，并保持溶液pH为3～5，通过机械搅拌和超声分散实现其预分散；
(4)利用电子天平称量0.1g的改性MXene粉体加入到PHBV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60min，转速为600r/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改性MXene/PHBV复合材料粉体；
(5)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，主要烧结工艺参数为：激光功率为8W，扫描速度为600mm/min，扫描间距为0.15mm，光斑直径为0.5mm，粉层厚度为0.15mm，粉床预热温度为50℃。
(6)经力学测试表明，在实施例2的实验条件下，改性MXene/PHBV复合材料支架的压缩和拉伸弯曲强度分别为16.42和19.38MPa，相比纯PHBV支架分别提高了157％和187％。
(7)经水接触角测试表明，改性MXene/PHBV复合材料支架的水接触角从91°降低至38°。同时，经过MTT和ALP测试表明，改性MXene/PHBV复合材料支架上细胞的增殖和分化能力显著增强，证明该材料能有效加速骨的再生与重建。
(8)经大肠杆菌培养实验发现，改性MXene/PHBV复合支架的抗菌率达到96％，同时支架具有良好的细胞粘附、增殖和分化能力。
实施例3
(1)采用电子天平称量2g，颗粒尺寸为50μm的Ti3AlC2的颗粒，在搅拌下加入到含HF的溶液中，所述搅拌的转速为500r/min。在静态条件下反应24小时，过滤，获得MXene粉体，采用去离子水清洗粉体，再用速度为5000rpm的离心设备上离心5min，直至上清液的pH值达到6，干燥后得到MXene颗粒；
(2)将氨基硅烷偶联剂加入到MXene乙醇溶液中，其质量比为2：1，静止反应2小时，反应完成后将悬浮液洗涤3遍，多次离心去除未反应的硅烷偶联剂和MXene，所述离心的转速为3500r/min，所述离心的时间为8min；真空干燥，得到改性MXene粉末。
(3)采用电子天平称量9.5g，颗粒尺寸为40μm的PHBV粉体，将其加入到盛有无水乙醇溶液的三口烧瓶中，并保持溶液pH为3～5，通过机械搅拌和超声分散实现其预分散；
(4)利用电子天平称量0.5g的改性MXene粉体加入到PHBV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60min，转速为600r/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改性MXene/PHBV复合材料粉体；
(5)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，主要烧结工艺参数为：激光功率为8W，扫描速度为600mm/min，扫描间距为0.15mm，光斑直径为0.5mm，粉层厚度为0.15mm，粉床预热温度为50℃。
(6)经力学测试表明，在实施例3的实验条件下，改性MXene/PHBV复合材料支架的压缩和拉伸弯曲强度分别为13.11和15.26MPa，相比纯PHBV支架分别提高了105％和126％。
(7)经水接触角测试表明，改性MXene/PHBV复合材料支架的水接触角从91°降低至34°。同时，经过MTT和ALP测试表明，改性MXene/PHBV复合材料支架上细胞的增殖和分化能力显著增强，证明该材料能有效加速骨的再生与重建。
(8)经大肠杆菌培养实验发现，改性MXene/PHBV复合支架的抗菌率达到89％，同时支架具有良好的细胞粘附、增殖和分化能力。
对比例1
(1)其他条件均与实施例1相同，仅是含PHBV的溶液的pH值达到6，经力学测试表明，对比例1所得改性MXene/PHBV复合材料支架的压缩和拉伸弯曲强度分别为5.26和4.66MPa，相比纯PHBV支架明显降低，这主要pH调节的不好，导致两者结合的不好，，从而使力学性能劣化。
对比例2
(1)采用电子天平称量9.9g，颗粒尺寸为40μm的PHBV粉体，将其加入到盛有无水乙醇溶液的三口烧瓶中，并保持溶液pH为3～5，通过机械搅拌和超声分散实现其预分散；
(2)利用电子天平称量0.1g的未改性MXene粉体加入到PHBV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60min，转速为600r/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未改性MXene/PHBV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，主要烧结工艺参数为：激光功率为8W，扫描速度为600mm/min，扫描间距为0.15mm，光斑直径为0.5mm，粉层厚度为0.15mm，粉床预热温度为50℃。
(4)经力学测试表明，在对比例2的实验条件下，未改性MXene/PHBV复合材料支架的压缩和拉伸弯曲强度分别为4.26和3.66MPa，相比纯PHBV支架力学强度明显减弱，由于MXene没有改性，两者之间不存在结合力，影响力学性能的增强。
(5)经水接触角测试表明，未改性MXene/PHBV复合材料支架的水接触角从91°降低至84°。此外，经过MTT和ALP测试表明，改性MXene/PHBV复合材料支架上细胞的增殖和分化能力稍有提高，但未改性MXene对细胞的影响促进作用较弱。
(6)经大肠杆菌培养实验发现，改性MXene/PHBV复合支架的抗菌率达到95％，但未改性MXene达不到85％，使得抗菌性能降低。
对比例3
(1)其他条件均与实施例1相同，仅是将氨基硅烷偶联剂改成钛酸酯偶联剂，通过选择性激光烧结制备MXene/PHBV支架，实验结果表明：
(2)经力学测试表明，对比例3所得MXene/PHBV复合材料支架的压缩和拉伸弯曲强度分别为4.36和3.76MPa，相比纯PHBV支架力学强度明显减弱，虽然MXene用其他偶联剂改性，但是改性的结果显然没有硅烷偶联剂好，影响力学性能的增强。
(3)经水接触角测试表明，改性MXene/PHBV复合材料支架的水接触角从91°降低至74°。此外，经过MTT和ALP测试表明，改性MXene/PHBV复合材料支架上细胞的增殖和分化能力稍有提高，但该MXene对细胞的影响促进作用较弱，改性效果差。
(4)经大肠杆菌培养实验发现，改性MXene/PHBV复合支架的抗菌率达到95％，但该MXene达不到85％，使得抗菌性能降低。

Claims (7)

1.一种改性MXene/PHBV复合骨支架的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将MXene颗粒进行氨基化改性，获得改性MXene颗粒，再将改性MXene颗粒加入含PHBV的溶液中，搅拌、超声分散获得悬浮液，固液分离，得到改性MXene/PHBV复合粉体；改性MXene/PHBV复合粉体通过选择性激光烧结得到改性MXene/PHBV复合骨支架；
所述氨基化改性的过程为：将氨基硅烷偶联剂加入含MXene颗粒的乙醇溶液中，静态反应，洗涤、离心、干燥即得改性MXene颗粒；
所述含PHBV的溶液中，溶剂为无水乙醇，所述含PHBV的溶液的pH为3~5；所述改性MXene/PHBV复合粉体中，改性PHBV与MXene的质量比为0.5~2：98~99.5；
所述复合骨支架由PHBV基体以及分散于PHBV基体中的改性MXene颗粒组成，所述改性MXene颗粒由MXene颗粒经氨基化改性获得。
2.根据权利要求1所述的一种改性MXene/PHBV复合骨支架的制备方法，其特征在于：所述氨基硅烷偶联剂的加入量为改性MXene颗粒的质量的2~3倍，所述静态反应的时间为2-3h。
3.根据权利要求1所述的一种改性MXene/PHBV复合骨支架的制备方法，其特征在于：所述MXene颗粒的制备过程为：将Ti3AlC2粉末在搅拌下加入到含HF的溶液中，静态反应，固液分离，即得MXene颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种改性MXene/PHBV复合骨支架的制备方法，其特征在于：所述含HF的溶液中，HF的质量分数为40~50％；
所述搅拌的转速为500~1000 r/min；
所述静态反应时间为10~24 h；
所述固液分离的过程为：先过滤获得固相粉体，用去离子水洗涤固相粉体，再离心、干燥即得MXene颗粒，所述离心的速度为5000~10000 rpm，所述离心的时间为5~10 min。
5.根据权利要求1所述的一种改性MXene/PHBV复合骨支架的制备方法，其特征在于：所述搅拌转速为500~1200 r/min，时间为50~120 min，温度为30~60 ºC，所述超声分散的时间为50~100 min，温度为30~60ºC。
6.根据权利要求1所述的一种改性MXene/PHBV复合骨支架的制备方法，其特征在于：所述选择性激光烧结的工艺参数：激光功率为5~10W，扫描速度为500~800 mm/min，扫描间距为0.1~1 mm，光斑直径为0.5~0.8 mm，粉层厚度为0.1~0.2 mm，粉床预热温度为40~60 ºC。
7.根据权利要求1所述的一种改性MXene/PHBV复合骨支架的制备方法，其特征在于：所述复合骨支架中，改性MXene颗粒的质量分数为0.5~2%。
CN202011083749.9A 2020-10-12 2020-10-12 一种改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法 Active CN112169021B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011083749.9A CN112169021B (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011083749.9A CN112169021B (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112169021A CN112169021A (zh) 2021-01-05
CN112169021B true CN112169021B (zh) 2022-11-04

Family

ID=73949204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011083749.9A Active CN112169021B (zh) 2020-10-12 2020-10-12 一种改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112169021B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113262081A (zh) * 2021-06-17 2021-08-17 四川大学 三维打印的MXene复合支架及制备方法和应用

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10399041B2 (en) * 2014-11-17 2019-09-03 Qatar Foundation For Education, Science And Community Development Two-dimensional metal carbide antimicrobial membrane and antimicrobial agent
CN108744049B (zh) * 2018-06-29 2021-03-02 江西理工大学 一种利用多巴胺修饰氧化石墨烯制备go-pda/phbv复合骨支架的方法
CN109603556A (zh) * 2018-12-12 2019-04-12 浙江工业大学 一种基于MXene材料的混合基质膜的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112169021A (zh) 2021-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107753949B (zh) 黑磷纳米片、复合水凝胶及其制备方法与应用
CN112457740B (zh) 一种偶联剂改性纳米纤维素接枝环氧树脂复合水性涂料及其制备方法
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
CN112169021B (zh) 一种改性MXene/PHBV复合骨支架及其制备方法
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
CN111040205A (zh) 一种基于聚乙二醇/明胶颗粒的双网络水凝胶及其制备方法和应用
CN111592693B (zh) 一种高强度甲壳素复合水凝胶材料及其制备方法与应用
CN115636986B (zh) 一种纳米纤维素复合填料及其制备方法与应用
Ding et al. Study on the surface-modification of nano-hydroxyapatite with lignin and the corresponding nanocomposite with poly (lactide-co-glycolide)
US8445641B2 (en) Nanocomposites of repeat sequence proteins and phyllosilicate clays and their preparation
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
CN105733109B (zh) 氨基化淀粉基纳米复合材料及其制备方法
CN112625148B (zh) 一种甲壳素晶须液晶弹性体材料及其制备方法与应用
CN113416383B (zh) 柔性线型高分子及无机纳米颗粒复合改性的氧化石墨烯-环氧树脂复合材料及其制备方法
JP5300056B2 (ja) 反復配列タンパク質複合体及びその調製
CN113209377B (zh) 一种丝素蛋白/二氧化硅复合材料及其制备方法
CN107670114A (zh) 一种基于桉木纳米微晶纤维素增强的医用生物复合材料及其制备方法
CN115073768A (zh) 一种负载功能成分双网络水凝胶的制备方法
CN110218237B (zh) 负电荷蛋白质偶联3-氨丙基三乙氧基硅烷的方法
CN109096391B (zh) 一种多肽介导的仿生二氧化硅纳米粒子的制备方法及应用
CN110755692A (zh) 一种聚乙烯醇复合骨支架的制备方法
CN113855856B (zh) 一种改性纤维素纳米纤维增质pdms-bg骨修复材料的制备方法
CN118079087B (zh) 一种羟基磷灰石材料在提高羟基磷灰石与细胞界面结合中的应用
CN1657488A (zh) 陶瓷部件的生产方法
CN112442200B (zh) 一种细菌纤维素复合胶原蛋白自组装材料的制备方法

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