CN114566589A - 一种兼具磁电效应的生物材料及其制备方法 - Google Patents
一种兼具磁电效应的生物材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114566589A CN114566589A CN202210085472.6A CN202210085472A CN114566589A CN 114566589 A CN114566589 A CN 114566589A CN 202210085472 A CN202210085472 A CN 202210085472A CN 114566589 A CN114566589 A CN 114566589A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetostrictive
- magnetic field
- pvdf
- piezoelectric
- cofe
- 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.)
- Granted
Links
- 239000012620 biological material Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 230000005690 magnetoelectric effect Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000011263 electroactive material Substances 0.000 claims abstract description 43
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 87
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 75
- 229910002518 CoFe2O4 Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 23
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 15
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 15
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 13
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 13
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 11
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims description 10
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 claims description 4
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 57
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 abstract description 30
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 15
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 14
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 abstract 1
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 25
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 12
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 10
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 8
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 7
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 6
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 6
- SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 4
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 229960004106 citric acid Drugs 0.000 description 3
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000520 microinjection Methods 0.000 description 3
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 3
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 description 2
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 2
- 241000242142 Jenkinsia lamprotaenia Species 0.000 description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 230000024245 cell differentiation Effects 0.000 description 2
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 2
- SCNCIXKLOBXDQB-UHFFFAOYSA-K cobalt(3+);2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylate Chemical compound [Co+3].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O SCNCIXKLOBXDQB-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 229960002413 ferric citrate Drugs 0.000 description 2
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 2
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 2
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 2
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 2
- NPFOYSMITVOQOS-UHFFFAOYSA-K iron(III) citrate Chemical compound [Fe+3].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NPFOYSMITVOQOS-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 210000002901 mesenchymal stem cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 2
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 2
- 235000016425 Arthrospira platensis Nutrition 0.000 description 1
- 240000002900 Arthrospira platensis Species 0.000 description 1
- YASYEJJMZJALEJ-UHFFFAOYSA-N Citric acid monohydrate Chemical compound O.OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O YASYEJJMZJALEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000009524 Vascular Endothelial Growth Factor A Human genes 0.000 description 1
- 108010073929 Vascular Endothelial Growth Factor A Proteins 0.000 description 1
- AWWAHRLLQMQIOC-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Sm] Chemical compound [Fe].[Sm] AWWAHRLLQMQIOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000033115 angiogenesis Effects 0.000 description 1
- 239000002870 angiogenesis inducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 1
- 230000022131 cell cycle Effects 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 230000012292 cell migration Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 229960002303 citric acid monohydrate Drugs 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RDTHZIGZLQSTAG-UHFFFAOYSA-N dysprosium iron Chemical compound [Fe].[Dy] RDTHZIGZLQSTAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- JSUSQWYDLONJAX-UHFFFAOYSA-N iron terbium Chemical compound [Fe].[Tb] JSUSQWYDLONJAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QZRHHEURPZONJU-UHFFFAOYSA-N iron(2+) dinitrate nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QZRHHEURPZONJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HVENHVMWDAPFTH-UHFFFAOYSA-N iron(3+) trinitrate hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HVENHVMWDAPFTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 230000004118 muscle contraction Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000007830 nerve conduction Effects 0.000 description 1
- 210000001178 neural stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 229910000623 nickel–chromium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XPGDBEXDXZQNFP-UHFFFAOYSA-N nitrate tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[O-][N+]([O-])=O XPGDBEXDXZQNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001432 poly(L-lactide) Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 210000003497 sciatic nerve Anatomy 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 description 1
- 229940082787 spirulina Drugs 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 210000003537 structural cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N35/00—Magnetostrictive devices
- H10N35/80—Constructional details
- H10N35/85—Magnetostrictive active materials
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
- D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
- H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
- H10N30/092—Forming composite materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/852—Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/857—Macromolecular compositions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种兼具磁电效应的生物材料及其制备方法，涉及磁电复合材料技术领域，所述生物材料包括具有压电性质的电活性材料和既具有磁性、又具有在外磁场作用下尺度会发生变化的磁致伸缩材料，本发明将具有电信号刺激以及压电性质的电活性材料与在外磁场刺激下尺度能够发生伸长或缩短的磁致伸缩材料复合，使复合材料在外磁场作用下，磁致伸缩材料尺度沿磁化方向发生伸长或缩短，出现磁致伸缩效应，电活性材料因磁致伸缩效应发生电位极化，其压电效应增强，使得该材料能通过外磁场调控产生电信号刺激，从而提高现有压电电活性材料的压电性能，解决了现有压电电活性材料仅受机械刺激而难以调控的问题。
Description
技术领域
本发明涉及磁电复合材料技术领域，具体涉及一种兼具磁电效应的生物材料及其制备方法。
背景技术
生物电是器官、组织和细胞在生命活动过程中发生的电位和极性变化，同时也是生物体的重要组成部分。在细胞水平上，细胞膜电位对细胞周期、迁移、增殖和分化具有重要的调控作用。电活性材料可对细胞提供电信号，从而诱导细胞分化和组织再生。ShangSong等人在导电聚合物聚吡咯(PPy)溶液中掺杂了十二烷基苯磺酸钠，然后将其电镀在镍铬合金丝状物上，剥离后获得内径为1.63mm、长度为15mm的聚吡咯(PPy)管，并在管的末端连接电极，制得可以进行电刺激的导电神经引导物。将人神经祖细胞与具有电刺激的导电神经引导物材料进行电刺激操作后，细胞活死染色检测的结果表明，受到电刺激的神经细胞，其存活率高于未受电信号刺激细胞的存活率，且存在显著性差异(p<0.05)。进一步，在大鼠坐骨神经上植入聚吡咯(PPy)管，电信号刺激12周后，具有电信号刺激的试验组与无电信号刺激的对照组相比，大鼠的肌肉握力最强，且具有极显著性差异(p＜0.01)(参见SongS,Mcconnell K W,Amores D,et al.Electrical stimulation of human neural stemcells via conductive polymer nerve guides enhances peripheral nerve recovery[J].Biomaterials,2021,275:120982.)。这说明电活性材料可以调节细胞增殖、神经传导和肌肉收缩。Jin-Young So等人将两根间距为18mm、厚度为3mm的碳电极置于细胞培养板并施加180mV的电压，研究电信号刺激对小鼠胚胎成纤维细胞(NIH-3T 3细胞)行为的影响。结果表明，在受电刺激48h后，有电信号刺激的试验组与无电信号刺激的对照组相比，细胞的增殖率提高了158％。(参见So J Y,Lee J,Ahn Y,et al.The synergistic effect ofbiomimetic electrical stimulation and extracellular-matrix-mimeticnanopattern for upregulating cell activities[J].Biosens Bioelectron,2020,167:112470.)。虽然电活性材料可对细胞提供电信号，但是在材料设计方面，单一电活性材料需外接导线或电极并连通外部电源，结构较为繁杂，未来的实际应用也将向有源植入式医疗器械发展。这会提高技术标准和增加临床应用风险，限制了其应用范围。而具有压电性能的电活性材料是可以考虑的新型电活性材料，然而在应用中，现有压电电活性材料如果仅受机械刺激而难以调控电信号的强弱。
磁场刺激具有非侵入式的独特优点，这也为磁场刺激细胞释放生长因子提供了潜能。Ana C.Manjua等人采用化学共沉淀法，将FeCl3和FeCl2合成为磁性Fe3O4颗粒。在明胶和聚乙烯醇(PVA)的水溶液中将磁性Fe3O4颗粒超声分散后浇注在玻璃板上制成明胶基质的磁性复合材料。在复合材料上接种人骨髓间充质干细胞并施加0.08T的外磁场，进行刺激。酶联免疫吸附试验(ELISA)结果显示，有磁场刺激的试验组可以检测到较高水平的血管生成因子VEGF-A，说明磁场对骨髓间充质干细胞促进血管生成具有积极作用。(参见Manjua AC,Cabral J M S,Portugal C A M,et al.Magnetic stimulation of the angiogenicpotential of mesenchymal stromal cells in vascular tissue engineering[J].SciTechnol Adv Mater,2021,22(1):461-80.)
基于生物电、磁场刺激对器官、组织和细胞的影响，为了更好地刺激器官、组织和细胞，将电活性材料和磁性材料结合使用形成磁电复合材料，是当今生物材料的热点，如何将电活性材料和磁性材料更好地合二为一发挥作用是众多研究者的研究方向。
现有的电活性材料和磁性材料都只是在电信号刺激或磁场刺激下调控细胞的增殖、分化和迁移等行为，单一电活性材料或磁性能材料并不具备同时为细胞提供电信号刺激与磁场刺激的功能。尽管目前已有报道将生物电活性材料与磁性材料复合，例如Lu Liu等人将Fe3O4和BaTiO3纳米颗粒包覆在螺旋藻的表面，制备出一种微型电机[参照Liu L,Chen B,Liu K,et al.Wireless Manipulation of Magnetic/PiezoelectricMicromotors for Precise Neural Stem-Like Cell Stimulation[J].AdvancedFunctional Materials,2020,30(11)]。但是，在材料的设计方面，磁电复合材料中的磁性材料仅起到靶向定位或提供动力的作用，并没有对电活性材料的电信号产生起到促进或扩大的作用。因此，本质上，磁电复合材料的作用仍然是电活性材料与磁性材料的功能各自独立，并无融合；从功能上讲，磁电复合材料的设计还存在磁、电作用分离的不足。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种兼具磁电效应的生物材料及其制备方法，以解决现有磁电复合材料中电活性材料与磁性材料的功能依然各自独立的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种兼具磁电效应的生物材料，所述生物材料包括具有压电性质的电活性材料和既具有磁性、又具有在外磁场作用下尺度会发生变化的磁致伸缩材料。
作为优选地，所述压电性质的电活性材料为钛酸钡、钛酸铅、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯以及左旋聚乳酸材料中的一种或多种。
更为优选地，所述电活性材料为聚偏二氟乙烯。
作为优选地，所述磁致伸缩性材料为Tb-Fe、Dy-Fe、Sm-Fe、Fe100-xGax(0＜x＜100)、Fe85Ga15-yAly(0＜y＜15)、Fe80Ga20-zAlz(0＜z＜20)、Fe100-mAlm(0＜m＜100)、ConFe3-nO4(0＜n＜3)材料中的一种或多种。
更为优选地，所述磁致伸缩性材料为CoFe2O4。
兼具磁电效应的生物材料的制备方法采用高压静电纺丝法，包括如下步骤：
(1)制备磁致伸缩性材料悬浮液；
(2)将电活性材料在溶剂中分散，形成分散液；
(3)将磁致伸缩性材料悬浮液和电活性材料分散液混合，非磁力搅拌2～8h，得到静电纺丝前驱液；
(4)对静电纺丝前驱液纺丝操作，纺丝电压8～22kV、注射泵推进速率15～35mL/h、收集距离15cm，将收集到的薄膜置于温度为60℃的鼓风干燥箱内烘干24h，即得到兼具磁电效应的生物材料。
综上所述，相比于现有技术，本发明具有如下优点及益效果：
本发明将具有电信号刺激以及压电性质的电活性材料与在外磁场刺激下尺度能够发生伸长或缩短的磁致伸缩材料复合，使复合材料既具有电信号刺激功能，同时在外磁场作用下，磁致伸缩材料尺度沿磁化方向发生伸长或缩短，出现磁致伸缩效应，电活性材料因磁致伸缩效应发生电位极化，其压电效应增强，使得该材料能通过外磁场调控产生电信号刺激，从而提高现有压电电活性材料的压电性能，解决了现有压电电活性材料仅受机械刺激而难以调控的问题。
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为磁电效应生物材料的组分设计与磁场促进电信号示意图，图中标号为：①电活性材料；②磁致伸缩材料。
图2为CoFe2O4磁致伸缩性材料的磁致伸缩应变曲线图，磁致伸缩应变曲线是由新科高测BKT2600磁学特性测量仪测量描绘，该曲线反映了磁致伸缩材料CoFe2O4的长度的伸长量与长度的比值λ随外磁场H增大的变化曲线。
图3为PVDF、Fe3O4-PVDF和CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的力电耦合测试曲线，力电耦合测试曲线由线性马达测量系统与LabView计算机数据收集系统测试得出，每组样品测试时间均为25s，测试次数大于5次。
图4为PVDF、Fe3O4-PVDF和CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的压电系数直方图。压电系数直方图由图3测得的极化电荷值与压力值作商获得。
图5(a)、(b)和(c)分别为CoFe2O4-PVDF磁电复合材料、Fe3O4-PVDF与PVDF在外磁场大小为273Oe时的应力模拟结果图。该模拟结果图由计算机模拟计算软件Abaqus根据图2与图3的数据结果模拟计算获得。按照图片左侧的云图图例，图上颜色为白色，说明材料在外磁场中受到应力；图上颜色为黑色，说明材料在外磁场中未受到应力。由于压电效应是指在材料受应力时内部出现电荷极化并通过累加导致材料两表面分别出现正、负极化电荷的现象，因此，该图的黑、白颜色变化可反映出材料在273Oe磁场下产生电信号的能力。图上显示白色，则证明材料出现应力变化，具有产生电信号的能力；图上显示黑色，则证明材料未出现应力变化，不具有产生电信号的能力。
图6为CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在273～1000Oe连续变化的外磁场中的压电系数变化模拟曲线。该模拟结果曲线由计算机模拟计算软件Abaqus根据图2、3与图5数据结果模拟计算获得。该图说明：CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的压电系数随外磁场的增大而增大，证明了CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在外磁场作用下可以产生电信号。
图7为CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在不同磁场大小下的压电系数直方图。该图由说明书附图6中曲线取点绘制，柱状图上方数值表示CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在该磁场大小下的压电系数。该图说明：CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的压电系数随外磁场的增大而增大，证明了CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在外磁场作用下可以产生电信号。
图8为CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在不同大小的外磁场中所产生的电荷量。
具体实施方式
本发明提供的兼具磁电效应的生物材料，所述生物材料包括具有压电性质的电活性材料和既具有磁性、又具有在外磁场作用下尺度会发生变化的磁致伸缩材料，其中电活性材料具有压电性质，磁致伸缩材料既具有磁性、又能在外磁场作用下会发生尺度变化，其制备方法以高压静电纺丝法为例，包括如下步骤：
(1)制备磁致伸缩性材料悬浮液；
(2)将电活性材料在溶剂中分散，形成分散液；
(3)将磁致伸缩性材料悬浮液和电活性材料分散液混合，非磁力搅拌2～8h，得到静电纺丝前驱液；
(4)对静电纺丝前驱液纺丝操作，纺丝电压8～22kV、注射泵推进速率15～35mL/h、收集距离15cm，将收集到的薄膜置于温度为60℃的鼓风干燥箱内烘干24h，即得到兼具磁电效应的生物材料。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，其中实施例1为本发明的具体实施方式，对比例1/2为对照组。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，比如电活性材料不限于聚偏二氟乙烯，只要具有压电性能即可，比如为钛酸钡、钛酸铅、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯以及左旋聚乳酸材料中的一种或多种；磁致伸缩性材料也不局限于CoFe2O4，只要既具有磁性、又能在外磁场作用下会发生尺度变化就可以满足要求，比如铽铁(Tb-Fe)、镝铁(Dy-Fe)、钐铁(Sm-Fe)、Fe100-xGax(0＜x＜100)、Fe85Ga15-yAly(0＜y＜15)、Fe80Ga20-zAlz(0＜z＜20)、Fe100- mAlm(0＜m＜100)、ConFe3-nO4(0＜n＜3)材料中的一种或多种。
实施例1
本实施例提供了一种利用电活性材料聚偏二氟乙烯、磁致伸缩性材料CoFe2O4制备的兼具磁电效应的生物材料，其制备方法包括如下步骤：
S1.分别称量六水硝酸钴、九水硝酸铁和一水柠檬酸36.3793g、100.9990g和72.0463g，分别溶解于250mL、500mL和250mL的蒸馏水中。配制成0.5mol/L的硝酸钴、0.5mol/L的硝酸铁和1.5mol/L的柠檬酸水溶液；
S2.分别取硝酸钴、硝酸铁和柠檬酸溶液100mL、200mL和120mL，混合，制成硝酸钴、硝酸铁和柠檬酸摩尔比为1:2:3.6的混合水溶液。在温度为80℃的条件下，将混合溶液磁力搅拌至暗红色粘稠状，收集凝胶；
S3.将暗红色凝胶置于鼓风干燥箱内，温度为80℃条件下干燥24h，得到干燥的暗红色凝胶块；
S4.使用玛瑙研钵将干燥的暗红色凝胶块研磨成粉，通过目数为200目的标准筛，筛选出粒径小于0.075mm的凝胶粉末。使用酒精灯加热凝胶粉，至棕黑色，得到柠檬酸铁与柠檬酸钴混合物；
S5.使用箱式烧结炉将10g柠檬酸铁与柠檬酸钴的混合物在空气气氛中烧结，烧结温度600℃、升温速率5℃/min、保温60min，随炉冷却至室温，得到CoFe2O4磁致伸缩性材料；
S6.表面改性CoFe2O4分散性。称量2g CoFe2O4，倒入400mL无水乙醇中，70℃加热超声30min。机械搅拌，搅拌速度500r/min，搅拌温度70℃。搅拌过程中逐滴加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷，滴加体积16mL；
S7.静置，沉淀。使用无水乙醇洗涤沉淀3次，收集沉淀；
S8.将收集的沉淀置于鼓风干燥箱内，温度为60℃条件下干燥24h，得到表面接枝3-氨基丙基三甲氧基硅烷的CoFe2O4磁致伸缩材料；
S9.将0.8g表面接枝3-氨基丙基三甲氧基硅烷的CoFe2O4磁致伸缩性材料加入2mL的N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散4h，得到CoFe2O4的悬浮液；
S10.将8g聚偏二氟乙烯与42mL N,N-二甲基甲酰胺混合，先使聚偏二氟乙烯溶胀24h，然后磁力搅拌12h，制成浓度为16wt.％的聚偏二氟乙烯的N,N-二甲基甲酰胺溶液；
S11.将S9中超声后的CoFe2O4悬浮液倒入S10中的聚偏二氟乙烯的N,N-二甲基甲酰胺溶液，非磁力搅拌4h，制成静电纺丝前驱液；
S12.将纺丝前驱液注入型号为20mL的注射器中，并配备21G注射针头，使用WZ-50C6型微量注射泵和高压直流电源装置对纺丝前驱液进行高压电纺；
S13.注射针头与收集板间的电压为16kV、注射泵推进速度为30mL/h、注射针头与收集板间距离为15cm，相对空气湿度为70％；
S14.经高压电纺后，将收集到的复合材料置于鼓风干燥箱内，在温度为80℃的条件下干燥24h，获得CoFe2O4-PVDF磁致伸缩性材料-电活性材料。
如图1所示，为本实施例磁电效应生物材料的组分设计与磁场促进电信号示意图。材料包括电活性材料①和磁致伸缩材料②。在有外磁场作用材料时，随磁场强度的增大，磁致伸缩材料②的尺寸会沿磁化方向发生伸长，产生机械信号，由此具有压电性质的电活性材料①的电位发生极化，产生电信号，因此，从材料设计上，磁电效应生物材料不需要连接电极、导线和外接电源就能产生电信号刺激。电活性材料①因磁致伸缩材料②产生的磁致伸缩效应发生电位极化，其压电效应增强，使得该材料能通过外磁场调控产生电信号刺激，从而提高压电性能。
对比例1
本对比例提供了一种利用电活性材料聚偏二氟乙烯、Fe3O4制备的生物材料，其制备方法包括如下步骤：
S1.分别称量六水硝酸铁和四水硝酸亚铁6.7572g和4.9701g分别溶解于500mL的蒸馏水中。分别配制成0.5mol/L的硝酸铁与硝酸亚铁的水溶液。
S2.分别取20mL硝酸铁溶液和40mL硝酸亚铁溶液混合，搅拌加热至80℃。
S3.将浓度为25～28％的氨水逐滴滴加到S2中的混合溶液中，调节溶液pH值至11时，停止滴加氨水，陈化30min。
S4.倾去上清液，使用蒸馏水反复洗涤，至溶液pH值约为7时停止洗涤并离心。离心转速为5000r/min，离心时间20min，收集沉淀。
S5.将收集的沉淀置于鼓风干燥箱内，温度为80℃条件下干燥24h，得到Fe3O4。
S6.表面改性Fe3O4分散性。称量2g Fe3O4，倒入400mL无水乙醇中，70℃加热超声30min。机械搅拌，搅拌速度500r/min，搅拌温度70℃。搅拌过程中逐滴加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷，滴加体积16mL。
S7.静置，沉淀。使用无水乙醇洗涤沉淀3次，收集沉淀。
S8.将收集的沉淀置于鼓风干燥箱内，温度为60℃条件下干燥24h，得到表面接枝3-氨基丙基三甲氧基硅烷的Fe3O4。
S9.将0.8g的Fe3O4加入2mL的N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散4h，得到Fe3O4的悬浮液。
S10.将8g聚偏二氟乙烯与42mLN,N-二甲基甲酰胺混合，先使聚偏二氟乙烯溶胀24h，然后磁力搅拌12h，制成浓度为16wt.％的聚偏二氟乙烯的N,N-二甲基甲酰胺溶液。
S11.将S9中超声后的Fe3O4悬浮液倒入S10中的聚偏二氟乙烯的N,N-二甲基甲酰胺溶液，非磁力搅拌4h，制成静电纺丝前驱液。
S12.将纺丝前驱液注入型号为20mL的注射器中，并配备21G注射针头，使用WZ-50C6型微量注射泵和高压直流电源装置对纺丝前驱液进行高压电纺
S13.注射针头与收集板间的电压为16kV、注射泵推进速度为30mL/h、注射针头与收集板间距离为15cm，相对空气湿度为70％。
S14.经高压电纺后，将收集到的复合材料置于鼓风干燥箱内，在温度为80℃的条件下干燥24h，获得Fe3O4-PVDF复合材料。
对比例2
本对比例提供了一种PVDF压电材料，其制备方法包括如下步骤：
S1.将8g聚偏二氟乙烯与42mL N,N-二甲基甲酰胺混合，先使聚偏二氟乙烯溶胀24h，然后磁力搅拌12h，制成浓度为16wt.％的聚偏二氟乙烯的N,N-二甲基甲酰胺溶液；
S2.将聚偏二氟乙烯的N,N-二甲基甲酰胺溶液注入型号为20mL的注射器中，并配备21G注射针头，使用WZ-50C6型微量注射泵和高压直流电源装置对纺丝前驱液进行高压电纺；
S3.注射针头与收集板间的电压为16kV、注射泵推进速度为30mL/h、注射针头与收集板间距离为15cm，相对空气湿度为70％；
S4.经高压电纺后，将收集的复合材料置于鼓风干燥箱内，在温度为80℃的条件下干燥24h，获得PVDF压电材料。
实施例对比：
1、CoFe2O4磁致伸缩性材料的磁致伸缩应变性能
由新科高测BKT2600磁学特性测量仪测量描绘CoFe2O4磁致伸缩性材料的磁致伸缩应变曲线，该曲线反映了磁致伸缩材料CoFe2O4的长度的伸长量与长度的比值λ随外磁场H增大的变化曲线。如图2所示，磁致伸缩应变曲线证明了CoFe2O4磁性材料具有磁致伸缩特性，其长度会随外磁场的增大或减小出现伸长或缩短的现象。
2、磁电复合材料的力电耦合性能
该性能由线性马达测量系统与LabView计算机数据收集系统测试得出，其结果如图3所示，其中图a1、b1和c1分别是测量所得的PVDF、Fe3O4-PVDF和CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的极化电荷量随时间变化的曲线；a2、b2和c2分别是测量所得的PVDF、Fe3O4-PVDF和CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的压力随时间变化的曲线，极化电荷量与压力的比值，即为材料的压电系数。
由图3测得的极化电荷值与压力值作商获得压电系数，最终得到PVDF、Fe3O4-PVDF和CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的压电系数直方图如图4所示。
最后，对实施例1、对比例1和2的极化电荷量、压力、压电系数进行汇总，其结果如表1所示。
表1 PVDF、Fe3O4-PVDF和CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的极化电荷量、压力及压电系数
对比例1为Fe3O4-PVDF复合材料，由于Fe3O4不具有磁致伸缩特性，掺入Fe3O4会破坏PVDF的压电效应，因此对比例1的压电系数低于对比例2单纯PVDF的压电系数，仅为5.5pC/N。实施例1为CoFe2O4-PVDF磁电复合材料，由于CoFe2O4具有磁致伸缩特性，因此其压电系数最大，达到49.3pC/N，分别与Fe3O4-PVDF复合材料和PVDF复合材料存在极显著性差异。
3、在外磁场下的磁电复合材料产生电信号
以图2、3和4提供的磁致伸缩应变数据以及压电系数等为模拟基础，结合计算机模拟法计算磁电复合材料在外磁场中积累电荷量的结果。
具体模拟思路方法如下：
依托计算机模拟计算软件Abaqus，首先，依据图2CoFe2O4磁致伸缩性材料的磁致伸缩应变曲线图，取其纵坐标伸长量比值，标记为L；依据图3(c2)CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的力电耦合测试曲线，取其纵坐标压力，标记为F。由此可得模拟计算出CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的受力F与其伸长量比值L的关系，记作：
因模拟计算思路是模型构建，因此，本思路方法中的关系仅为逻辑关系，不存在具体的数学表达式，下同。实际的模拟计算过程，是为计算机提供图2、3和4的数据结果。以上数据均为实际、重复测量所得，具有科学性与真实性。因此，最终的模拟计算结果可靠性高。
同时，图2CoFe2O4磁致伸缩性材料的磁致伸缩应变曲线图本身反映出外磁场H与CoFe2O4的伸长量比值L之间的关系，记作：
其次，图3(a1)与(a2)PVDF的力电耦合测试曲线本身反映出PVDF在单位面积所产生的极化电荷量Q与单位面积受到压力F之间的关系，记作：
此时，将(关系1)与(关系3)联立，可抵消压力F，得到伸长量L与极化电荷Q之间的关系，记作：
再次，将(关系1)与(关系4)联立，可抵消伸长量L，得到压力F与极化电荷Q之间的关系，记作：
最后，将(关系1)、(关系2)与(关系5)联立，得到磁场H与极化电荷Q之间的关系，记作：
即计算出实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在外磁场中所产生的电信号大小。
按照上述模拟思路方法，分别模拟实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料、对比例1Fe3O4-PVDF和对比例2 PVDF在外磁场大小为273Oe时，材料出现的应力情况。图5(a)、(b)和(c)分别是实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料、对比例1 Fe3O4-PVDF和对比例2 PVDF的应力模拟结果。根据云图图例，图上颜色为白色时，说明材料在外磁场中出现应力变化；图上颜色为黑色时，说明材料在外磁场中未受出现应力变化。图5(b)和(c)的材料均显示黑色，证明PVDF与Fe3O4-PVDF材料在外磁场中无任何应力，因此两者在外磁场中不产生电信号。图5(a)的材料出现黑、白相间的变化，证明CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在外磁场中由于CoFe2O4出现磁致伸缩效应，复合材料产生应力变化，因此在外磁场中产生电信号。
按照上述模拟思路方法，模拟计算实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在273～1000Oe连续变化的外磁场中的压电系数。获得实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的压电系数随外磁场增大的变化曲线，见图6。由图6中的曲线变化趋势可得：实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的压电系数随外磁场的增大而增大，证明实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在外磁场作用下可以产生电信号。
根据图6，分别选取实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在外磁场为273Oe、400Oe、500Oe、600Oe、700Oe、800Oe、900Oe和1000Oe的压电系数，绘制出实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在不同磁场大小下压电系数直方图，见图7，柱状图上方的数值表示实施例1CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在该磁场大小下的压电系数值。由图7可得出：实施例1CoFe2O4-PVDF磁电复合材料的压电系数随外磁场的增大而增大。
图6与7的压电系数结果是以图3(c1)和(c2)中实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在受到大小为12N压力所产生的极化电荷量为依据模拟计算获得。因此，按照图7中的实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料压电系数与图3(c1)实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料所受压力大小，可以计算出实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料在不同大小的外磁场作用时，所产生的电荷量。结果见图8。由图8可得到：外磁场越大，实施例1 CoFe2O4-PVDF磁电复合材料所产生的的电荷量越多。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (6)
1.一种兼具磁电效应的生物材料，其特征在于：所述生物材料包括具有压电性质的电活性材料和既具有磁性、又具有在外磁场作用下尺度会发生变化的磁致伸缩材料。
2.如权利要求1所述的兼具磁电效应的生物材料，其特征在于：所述压电性质的电活性材料为钛酸钡、钛酸铅、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯以及左旋聚乳酸材料中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的兼具磁电效应的生物材料，其特征在于：所述电活性材料为聚偏二氟乙烯。
4.如权利要求1所述的兼具磁电效应的生物材料，其特征在于：所述磁致伸缩性材料为Tb-Fe、Dy-Fe、Sm-Fe、Fe100-xGax(0＜x＜100)、Fe85Ga15-yAly(0＜y＜15)、Fe80Ga20-zAlz(0＜z＜20)、Fe100-mAlm(0＜m＜100)、ConFe3-nO4(0＜n＜3)材料中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的兼具磁电效应的生物材料，其特征在于：所述磁致伸缩性材料为CoFe2O4。
6.如权利要求1～5任意一项所述的兼具磁电效应的生物材料的制备方法，其特征在于，采用高压静电纺丝法，包括如下步骤：
(1)制备磁致伸缩性材料悬浮液；
(2)将电活性材料在溶剂中分散，形成分散液；
(3)将磁致伸缩性材料悬浮液和电活性材料分散液混合，非磁力搅拌2～8h，得到静电纺丝前驱液；
(4)对静电纺丝前驱液纺丝操作，纺丝电压8～22kV、注射泵推进速率15～35mL/h、收集距离15cm，将收集到的薄膜置于温度为60℃的鼓风干燥箱内烘干24h，即得到兼具磁电效应的生物材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210085472.6A CN114566589B (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种兼具磁电效应的生物材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210085472.6A CN114566589B (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种兼具磁电效应的生物材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114566589A true CN114566589A (zh) | 2022-05-31 |
| CN114566589B CN114566589B (zh) | 2024-03-12 |
Family
ID=81714539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210085472.6A Active CN114566589B (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种兼具磁电效应的生物材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114566589B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117599334A (zh) * | 2023-10-27 | 2024-02-27 | 北京航空航天大学 | 一种基于磁电材料的无线脉冲电刺激器 |
Citations (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1060235A (ja) * | 1996-08-19 | 1998-03-03 | Ajinomoto Co Inc | 磁性材料 |
| US20040018226A1 (en) * | 1999-02-25 | 2004-01-29 | Wnek Gary E. | Electroprocessing of materials useful in drug delivery and cell encapsulation |
| CN1489227A (zh) * | 2003-07-04 | 2004-04-14 | �Ϻ���ͨ��ѧ | 一种磁电复合材料及其制法 |
| JP2009155545A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Nippon Zeon Co Ltd | 磁性複合材料の製造方法及び成形体 |
| US20110274832A1 (en) * | 2010-05-06 | 2011-11-10 | International Business Machines Corporation | Method for silica encapsulation of magnetic particles |
| WO2013155488A2 (en) * | 2012-04-12 | 2013-10-17 | Harvard Bioscience, Inc. | Elastic scaffolds for tissue growth |
| JP2014133677A (ja) * | 2013-01-09 | 2014-07-24 | Shimane Univ | 水溶性超常磁性ナノ粒子 |
| WO2016112071A2 (en) * | 2015-01-06 | 2016-07-14 | The University Of Florida Research Foundation, Inc. | Magnetically triggerable electroactive composites, method of making the magnetically triggerable electroactive composites, and method of using the magnetically triggerable electroactive composites |
| CN105949683A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-09-21 | 武汉理工大学 | 一种兼具铁电与铁磁性能的聚合物基柔性复合材料及其制备方法 |
| CN106751248A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-05-31 | 陕西科技大学 | 一种铁酸钴/pvdf复合吸波材料及其制备方法 |
| CN107321052A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-11-07 | 肇庆高新区飞越信息科技有限公司 | 一种汽车空调抗菌滤芯材质及制备方法 |
| KR20170132419A (ko) * | 2016-05-24 | 2017-12-04 | 전자부품연구원 | 내산화성이 우수한 전자파 차폐 조성물 및 그를 이용한 전자파 차폐재의 제조방법 |
| CN107442085A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-12-08 | 苏州科技大学 | 一种巯基改性二氧化硅钴铁氧体核壳结构磁性纳米复合材料及其制备方法和应用 |
| EP3257579A1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-12-20 | Univerza v Mariboru Fakulteta za strojnistvo | Preparation process of functionalized superparamagnetic adsorbents with methyltrimethoxysilane (m3ms) as precursor |
| EP3257577A1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-12-20 | Univerza v Mariboru Fakulteta za strojnistvo | Preparation process of functionalized superparamagnetic adsorbents with trimethoxy (1h, 1h, 2h, 2h-nonafluorohexyl)silane (nfhtms) as precursor |
| CN110079883A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-08-02 | 西北工业大学 | 一种金纳米粒子聚合物复合材料及其制备方法和应用 |
| WO2020176382A1 (en) * | 2019-02-26 | 2020-09-03 | University Of Florida Research Foundation | Magnetoelectric nanowire based antennas |
| CN111690220A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-22 | 中国科学技术大学 | 一种多功能多铁陶瓷聚合物复合材料以及应用 |
| CN112076345A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-15 | 江西理工大学 | 一种CoFe2O4/PVDF复合骨支架及其制备方法 |
| WO2021109858A1 (zh) * | 2019-12-03 | 2021-06-10 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 铁酸镓纳米纤维、铁酸镓纳米纤维的制造方法和用途 |
| JP6894571B1 (ja) * | 2020-03-27 | 2021-06-30 | 積水化学工業株式会社 | スラリー組成物 |
| EP3896149A1 (en) * | 2020-04-16 | 2021-10-20 | Fundacion BCMaterial Basque Center for Materials, Applications and Nanostructures | Modular magnetically driven bioreactor for cellular cultures and biomedical applications |
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202210085472.6A patent/CN114566589B/zh active Active
Patent Citations (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1060235A (ja) * | 1996-08-19 | 1998-03-03 | Ajinomoto Co Inc | 磁性材料 |
| US20040018226A1 (en) * | 1999-02-25 | 2004-01-29 | Wnek Gary E. | Electroprocessing of materials useful in drug delivery and cell encapsulation |
| CN1489227A (zh) * | 2003-07-04 | 2004-04-14 | �Ϻ���ͨ��ѧ | 一种磁电复合材料及其制法 |
| JP2009155545A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Nippon Zeon Co Ltd | 磁性複合材料の製造方法及び成形体 |
| US20110274832A1 (en) * | 2010-05-06 | 2011-11-10 | International Business Machines Corporation | Method for silica encapsulation of magnetic particles |
| WO2013155488A2 (en) * | 2012-04-12 | 2013-10-17 | Harvard Bioscience, Inc. | Elastic scaffolds for tissue growth |
| JP2014133677A (ja) * | 2013-01-09 | 2014-07-24 | Shimane Univ | 水溶性超常磁性ナノ粒子 |
| WO2016112071A2 (en) * | 2015-01-06 | 2016-07-14 | The University Of Florida Research Foundation, Inc. | Magnetically triggerable electroactive composites, method of making the magnetically triggerable electroactive composites, and method of using the magnetically triggerable electroactive composites |
| CN105949683A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-09-21 | 武汉理工大学 | 一种兼具铁电与铁磁性能的聚合物基柔性复合材料及其制备方法 |
| KR20170132419A (ko) * | 2016-05-24 | 2017-12-04 | 전자부품연구원 | 내산화성이 우수한 전자파 차폐 조성물 및 그를 이용한 전자파 차폐재의 제조방법 |
| EP3257579A1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-12-20 | Univerza v Mariboru Fakulteta za strojnistvo | Preparation process of functionalized superparamagnetic adsorbents with methyltrimethoxysilane (m3ms) as precursor |
| EP3257577A1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-12-20 | Univerza v Mariboru Fakulteta za strojnistvo | Preparation process of functionalized superparamagnetic adsorbents with trimethoxy (1h, 1h, 2h, 2h-nonafluorohexyl)silane (nfhtms) as precursor |
| CN106751248A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-05-31 | 陕西科技大学 | 一种铁酸钴/pvdf复合吸波材料及其制备方法 |
| CN107321052A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-11-07 | 肇庆高新区飞越信息科技有限公司 | 一种汽车空调抗菌滤芯材质及制备方法 |
| CN107442085A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-12-08 | 苏州科技大学 | 一种巯基改性二氧化硅钴铁氧体核壳结构磁性纳米复合材料及其制备方法和应用 |
| CN110079883A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-08-02 | 西北工业大学 | 一种金纳米粒子聚合物复合材料及其制备方法和应用 |
| WO2020176382A1 (en) * | 2019-02-26 | 2020-09-03 | University Of Florida Research Foundation | Magnetoelectric nanowire based antennas |
| WO2021109858A1 (zh) * | 2019-12-03 | 2021-06-10 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 铁酸镓纳米纤维、铁酸镓纳米纤维的制造方法和用途 |
| JP6894571B1 (ja) * | 2020-03-27 | 2021-06-30 | 積水化学工業株式会社 | スラリー組成物 |
| EP3896149A1 (en) * | 2020-04-16 | 2021-10-20 | Fundacion BCMaterial Basque Center for Materials, Applications and Nanostructures | Modular magnetically driven bioreactor for cellular cultures and biomedical applications |
| CN111690220A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-22 | 中国科学技术大学 | 一种多功能多铁陶瓷聚合物复合材料以及应用 |
| CN112076345A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-15 | 江西理工大学 | 一种CoFe2O4/PVDF复合骨支架及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ELAHEH ESMAEILI.ET AL: ""Magnetoelectric nanocomposite scaffold for high yield differentiation of mesenchymal stem cells to neural‐like cells"", vol. 234, pages 13617 - 13628 * |
| 张玉龙: "纳米复合材料手册", 中国石化出版社, pages: 589 - 596 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117599334A (zh) * | 2023-10-27 | 2024-02-27 | 北京航空航天大学 | 一种基于磁电材料的无线脉冲电刺激器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114566589B (zh) | 2024-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shi et al. | Imparting functionality to the hydrogel by magnetic-field-induced nano-assembly and macro-response | |
| Chauhan et al. | Electrochemical immunosensor based on magnetite nanoparticles incorporated electrospun polyacrylonitrile nanofibers for Vitamin-D3 detection | |
| Esmaeili et al. | Magnetoelectric nanocomposite scaffold for high yield differentiation of mesenchymal stem cells to neural‐like cells | |
| US6569654B2 (en) | Electroactive materials for stimulation of biological activity of stem cells | |
| Tiwari et al. | Influence of poly (n‐isopropylacrylamide)–CNT–polyaniline three‐dimensional electrospun microfabric scaffolds on cell growth and viability | |
| Kougkolos et al. | Hydrogels with electrically conductive nanomaterials for biomedical applications | |
| Qi et al. | Magnetic-driven wireless electrical stimulation in a scaffold | |
| CN114566589A (zh) | 一种兼具磁电效应的生物材料及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Magnetic-field-synchronized wireless modulation of neural activity by magnetoelectric nanoparticles | |
| Qi et al. | An electrical microenvironment constructed based on electromagnetic induction stimulates neural differentiation | |
| Liang et al. | Magnetically controlled bioelectrocatalytic system based on ferrocene-tagged magnetic nanoparticles by thiol-ene reaction | |
| CN108982625A (zh) | 一种基于静电纺丝技术制备TiO2-碳纤维复合材料的方法及修饰电极的制备与应用 | |
| CN104931562A (zh) | 一种FTO-ZnO/CuO电极的制备方法 | |
| CN110802903B (zh) | 一种可拉伸的柔性透明电致变色薄膜的制备方法 | |
| CN114032673B (zh) | 一种超灵敏度电阻响应型可拉伸导电复合纤维及其制备方法与应用 | |
| CN115060399A (zh) | 可穿戴压电传感器的制备方法及压电测试实验装置及应用 | |
| Wang et al. | Electrospun magnetic-electrically conductive-fluorescent polyfunctional Janus nanofiber@ fiber typed microfibers and array | |
| CN114577877A (zh) | 基于NiCo2O4@Ni-MOF@MnO2的丝素蛋白检测用柔性电容型免疫传感器 | |
| CN211346832U (zh) | 多功能柔性传感器 | |
| CN115998946B (zh) | 一种磁电响应仿生取向纤维水凝胶及其制备方法和应用 | |
| CN110184619A (zh) | 导电高分子膜的膜电位的产生方法 | |
| CN115590476B (zh) | 一种柔性压力传感器的制备方法 | |
| Zheng et al. | Magnetoelectric Composites for Bionics Applications: Magnetoelectric Composites for Bionics Applications | |
| Shi et al. | Construction of polyacrylamide/chitosan quaternary ammonium salt/ferric oxide-tannic acid-polyaniline hydrogels with high detection sensitivity and electromagnetic dual function | |
| CN107987532A (zh) | 一种用于制作复合材料的方法 |
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 |