本發(fā)明涉及一種納米生物醫(yī)用材料的制備，具體地說涉及一種介孔生物活性玻璃納米管支架的制備方法。

背景技術(shù)：

由創(chuàng)傷、感染、腫瘤切除等原因引發(fā)的有關(guān)骨疾病日趨增多，使得骨再生或骨替代產(chǎn)品的需求量增加。目前，常用的骨移植方法主要有自體骨移植和異體骨移植。自體骨移植是骨重建手術(shù)公認(rèn)的黃金標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的組織相容性、無免疫原性等特點(diǎn)。然而，自體骨數(shù)量有限，且可能會出現(xiàn)并發(fā)炎癥；而異體骨移植可能會導(dǎo)致疾病的傳播。人們普遍認(rèn)為骨組織工程支架材料是最具有前途的骨替代產(chǎn)品。

目前，被廣泛使用的骨組織工程支架材料主要分為高分子材料和無機(jī)材料兩大類，高分子材料生物活性很低，在降解過程中難以滿足人體力學(xué)性能的要求，而且降解產(chǎn)物呈酸性，容易引發(fā)炎癥等，其應(yīng)用受到一定的限制；生物活性無機(jī)材料(如生物活性玻璃)具有良好的生物活性、一定的力學(xué)強(qiáng)度以及良好的生物相容性等，作為骨組織工程材料具有一定的應(yīng)用前景?，F(xiàn)有技術(shù)中有采用預(yù)鈣化的細(xì)菌纖維素((Bacterial Cellulose,BC)為模板，制備了生物活性玻璃納米管，但所得到的生物玻璃納米管管壁沒有介孔結(jié)構(gòu)。

近年來，具有介孔結(jié)構(gòu)的生物活性玻璃(MBGs)越來越受到科研人員的高度關(guān)注。與普通生物活性玻璃相比，介孔生物活性玻璃具有規(guī)則的、分布均一的孔徑、巨大的比表面積和孔容，因而，其具有更良好的羥基磷灰石形成能力和骨性結(jié)合能力，有望成為骨組織修復(fù)與重建的替代材料以及各種藥物分子輸送的載體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種介孔生物活性玻璃納米管支架的制備方法。本發(fā)明通過簡單的工藝技術(shù)獲得了具有介孔結(jié)構(gòu)的生物活性玻璃納米管支架，能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，綠色環(huán)保，而且介孔生物活性玻璃納米管支架具有比表面積大、中空和三維空間結(jié)構(gòu)以及很大的孔容，在骨組織工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種介孔生物活性玻璃納米管支架的制備方法是：分別以硅酸酯作為硅源、四水硝酸鈣或氯化鈣作為鈣源、磷酸三乙酯作為磷源；采用預(yù)先吸附硅源的細(xì)菌纖維素以及聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物為雙模板劑；通過水浴攪拌、水解以及縮聚過程，制備得前驅(qū)體雜化材料；采用熱處理技術(shù)去除雙模板劑，獲得具有介孔、三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、壁厚均勻的生物活性玻璃納米管支架。

進(jìn)一步講，本發(fā)明提出的介孔生物活性玻璃納米管支架的制備方法，具體步驟如下：

步驟一、配制摩爾濃度為0.1～3M的硅酸酯與無水乙醇的混合溶液A，密封，備用；配制體積比為7～12:1的無水乙醇與蒸餾水的混合溶液B，備用；按照摩爾比為2:1配制含鈣源與磷源的混合溶液C，備用；

步驟二、在溫度為35～60℃的水浴攪拌條件下，將細(xì)菌纖維素浸泡于步驟一制得的混合溶液A中，其中，細(xì)菌纖維素與無水乙醇的質(zhì)量體積比為2.5mg/mL，浸泡時(shí)間為12-72h，取出產(chǎn)物后用無水乙醇清洗數(shù)次，去除產(chǎn)物表面多余的前驅(qū)體物質(zhì)，得到表面及內(nèi)部均勻吸附硅源的細(xì)菌纖維素；

步驟三、在溫度為35～60℃的水浴攪拌條件下，將步驟二獲得的表面及內(nèi)部均勻吸附硅源的細(xì)菌纖維素浸泡在步驟一制得的混合溶液B中，浸泡時(shí)間為12-72h，使前驅(qū)體發(fā)生充分的水解和縮聚，得到前驅(qū)體雜化材料，用無水乙醇清洗數(shù)次、冷凍干燥；

步驟四、將聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物加入到步驟一制得的混合溶液C中，并水浴攪拌，溫度為35～60℃，其中，聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物與所述混合溶液C中無水乙醇的質(zhì)量體積比為200mg/mL；在攪拌條件下，加入步驟三獲得的前驅(qū)體雜化材料，浸泡時(shí)間為1～3天，取出產(chǎn)物后用無水乙醇清洗數(shù)次，去除產(chǎn)物表面多余的前驅(qū)體物質(zhì)，冷凍干燥；

步驟五、對步驟四獲得的產(chǎn)物進(jìn)行煅燒處理以去除雙模板劑，從而制備得到具有介孔、三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、壁厚均勻的生物活性玻璃納米管支架。

其中，所述硅酸酯是正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯、正硅酸甲酯中的一種。

步驟一中混合溶液A是摩爾濃度為0.1～3M正硅酸乙酯與無水乙醇的混合溶液；混合溶液C中的鈣源是摩爾濃度為0.1～1M的四水硝酸鈣與無水乙醇的混合溶液，混合溶液C中的磷源是摩爾濃度為0.1～1M的磷酸三乙酯與無水乙醇的混合溶液；所述混合溶液A、混合溶液C中的作為鈣源和磷源的混合溶液的pH值均為7。

步驟二和步驟三中的浸泡時(shí)間均為2天。

步驟二、步驟三和步驟四中的水浴攪拌的溫度為40℃，攪拌速度為120r/min。

步驟三和步驟四中的冷凍干燥的工藝條件為：冷凍溫度為-20～-50℃，真空度為5MPa，冷凍時(shí)間為12～24h。

步驟五中煅燒處理的工藝條件為：煅燒溫度為450～750℃，升溫速率為0.5～10℃/min，煅燒時(shí)間為3～6h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明首先讓BC預(yù)先吸附硅源，這是因?yàn)轭A(yù)先吸附硅源的BC凝膠為負(fù)電位，為后續(xù)鈣源和磷源吸附提供了有利的條件；另外，具有三維多孔結(jié)構(gòu)的BC又為制備具有中空結(jié)構(gòu)的介孔生物活性玻璃提供了很好的模板劑作用，然后，采用預(yù)先吸附硅源的BC和P123為雙模板劑，能夠制備具有介孔結(jié)構(gòu)的生物活性玻璃納米管支架，這種介孔生物活性玻璃納米管支架具有連續(xù)可調(diào)的介孔和中空結(jié)構(gòu)、大的比表面積、優(yōu)良的生物相容性及表面功能基團(tuán)易于被修飾等特性。因此，具有更為廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1(a)和圖1(b)分別為本發(fā)明實(shí)施例1制備的介孔生物活性玻璃納米管支架的TEM和HRTEM照片；

圖2(a)和圖2(b)分別為本發(fā)明實(shí)施例2制備的介孔生物活性玻璃納米管支架的TEM和HRTEM照片；

圖3(a)和圖3(b)分別為本發(fā)明實(shí)施例3制備的介孔生物活性玻璃納米管支架的TEM和HRTEM照片。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的一種介孔生物活性玻璃納米管支架的制備方法，是以硅酸酯作為硅源、四水硝酸鈣或氯化鈣作為鈣源、磷酸三乙酯作為磷源；以預(yù)先吸附硅源的細(xì)菌纖維素(Bacterial Cellulose,BC)以及聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物(P123)為雙模板劑，通過水浴攪拌、水解以及縮聚過程，制備得前驅(qū)體雜化材料，最后，采用熱處理技術(shù)去除BC和P123雙模板劑，獲得介孔生物活性玻璃納米管支架。該方法實(shí)現(xiàn)了介孔生物活性玻璃納米管支架的可控制備，所獲產(chǎn)物具有介孔、三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、壁厚均勻且可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。制備過程包括前驅(qū)體溶液配制、吸附階段、冷凍干燥處理及煅燒處理，具體步驟如下：

步驟一、配制摩爾濃度為0.1～3M的硅酸酯與無水乙醇的混合溶液A，密封，備用，所述硅酸酯是正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯、正硅酸甲酯中的一種；

配制體積比為7～12:1的無水乙醇與蒸餾水的混合溶液B，備用；

按照摩爾比為2:1配制含鈣源與磷源的混合溶液C，其中，混合溶液C中的鈣源是摩爾濃度為0.1～1M的四水硝酸鈣與無水乙醇的混合溶液，混合溶液C中的磷源是摩爾濃度為0.1～1M的磷酸三乙酯與無水乙醇的混合溶液；所述混合溶液A、混合溶液C中的作為鈣源和磷源的混合溶液的pH值均為7。

步驟二、在水浴溫度為35～60℃，優(yōu)選為40℃，攪拌速度為120r/min的水浴攪拌條件下，將BC浸泡于步驟一制得的混合溶液A中，其中，BC與無水乙醇的質(zhì)量體積比為2.5mg/mL，浸泡時(shí)間為12-72h，優(yōu)選的浸泡時(shí)間為48h，取出產(chǎn)物后用無水乙醇清洗數(shù)次，去除產(chǎn)物表面多余的前驅(qū)體物質(zhì)，得到表面及內(nèi)部均勻吸附硅源的BC。

步驟三、在溫度為35～60℃的水浴攪拌條件下，將步驟二獲得的表面及內(nèi)部均勻吸附硅源的BC浸泡在步驟一制得的混合溶液B中，浸泡時(shí)間為12～72h，使前驅(qū)體發(fā)生充分的水解和縮聚，得到前驅(qū)體雜化材料(SiO₂@BC)，用無水乙醇清洗數(shù)次后進(jìn)行冷凍干燥處理，其冷凍干燥處理的工藝條件為冷凍溫度為-20～-50℃，真空度為5MPa，冷凍時(shí)間為12～24h。

步驟四、將P123加入到步驟一制得的混合溶液C中，并水浴攪拌，溫度為35～60℃，其中，P123與所述混合溶液C中無水乙醇的質(zhì)量體積比為20mg/mL；在攪拌條件下，加入步驟三獲得的前驅(qū)體雜化材料(SiO₂@BC)，其中，吸附硅源的BC與P123的質(zhì)量比為1：12.5～500，浸泡時(shí)間為1～3天，取出產(chǎn)物后用無水乙醇清洗數(shù)次，去除產(chǎn)物表面多余的前驅(qū)體物質(zhì)，冷凍干燥處理，其冷凍干燥處理的工藝條件同步驟三中的一樣。

步驟五、對步驟四獲得的產(chǎn)物進(jìn)行煅燒處理以去除雙模板劑，煅燒溫度為450～750℃，升溫速率為0.5～10℃/min，煅燒時(shí)間為3～6h；從而制備得到具有介孔、三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、壁厚均勻的生物活性玻璃納米管支架。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對本發(fā)明進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本發(fā)明。

實(shí)施例1：制備壁厚約為6nm的介孔生物活性玻璃納米管支架，具體步驟如下：

1)配制摩爾濃度為0.5M正硅酸乙酯和無水乙醇的混合溶液A，并水浴攪拌，溫度為40℃，攪拌速度為120r/min；在攪拌條件下，將BC浸泡于上述混合溶液A中，其中，10mL無水乙醇對應(yīng)25mg BC，2天后取出產(chǎn)物，用無水乙醇清洗數(shù)次，去除產(chǎn)物表面多余的前驅(qū)體物質(zhì)，得到表面及內(nèi)部均勻吸附硅源的BC。

2)配制體積比為9:1的無水乙醇與蒸餾水的混合溶液B，并水浴攪拌，溫度為40℃，攪拌速度為120r/min；在攪拌條件下，將上述步驟1)獲得的表面及內(nèi)部吸附硅源的BC浸泡在混合溶液B中，浸泡時(shí)間為2天，使前驅(qū)體發(fā)生充分的水解和縮聚，得到前驅(qū)體雜化材料(SiO₂@BC)；將得到的前驅(qū)體雜化材料(SiO₂@BC)用蒸餾水清洗數(shù)次，冷凍干燥，冷凍溫度為-40℃，真空度為5MPa，冷凍時(shí)間為18h。

3)按摩爾比為2:1配制四水硝酸鈣與磷酸三乙酯混合溶液C，將P123按照10mL無水乙醇對應(yīng)200mg的加入量向混合溶液C中加入P123，并水浴攪拌，溫度為40℃，攪拌速度為120r/min；在攪拌條件下，將步驟2)冷凍干燥后的雜化材料(SiO₂@BC)浸泡在混合溶液C中，2天后取出產(chǎn)物，用無水乙醇清洗數(shù)次，去除產(chǎn)物表面多余的前驅(qū)體物質(zhì)，冷凍干燥，冷凍溫度為-40℃，真空度為5MPa，冷凍時(shí)間為18h。

4)對步驟3)獲得的產(chǎn)物進(jìn)行煅燒處理以去除BC和P123模板，煅燒溫度為600℃，升溫速率為5℃/min，煅燒時(shí)間為4h，從而制備得到具有介孔、三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、壁厚6nm的生物活性玻璃納米管支架。

圖1(a)和圖1(b)分別為本實(shí)施例1制備得到的介孔生物活性玻璃納米管支架的TEM和HRTEM照片，從圖1(a)可以得出該介孔生物活性玻璃納米管支架的壁厚為6nm(白色直線區(qū)域所示)，其壁厚均勻，結(jié)構(gòu)清晰。

實(shí)施例2：制備壁厚約為10nm的介孔生物活性玻璃納米管支架，具體包括以下步驟：

與實(shí)施例1基本相同，不同僅為在步驟1)中所配制的混合溶液A為摩爾濃度為0.7M正硅酸乙酯和無水乙醇的混合溶液A；最終，制備得到具有介孔、三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、壁厚10nm的生物活性玻璃納米管支架。

圖2(a)和圖2(b)分別為本實(shí)施例2制備得到的介孔生物活性玻璃納米管支架的TEM和HRTEM照片，從圖2(a)可以得出該介孔生物活性玻璃納米管支架的壁厚為10nm(白色直線區(qū)域所示)，其壁厚均勻，結(jié)構(gòu)清晰。

實(shí)施例3：制備壁厚約為20nm的介孔生物活性玻璃納米管支架，具體包括以下步驟：

與實(shí)施例1基本相同，不同僅為在步驟1)中所配制的混合溶液A為摩爾濃度為1M正硅酸乙酯和無水乙醇的混合溶液A；最終，制備得到具有介孔、三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、壁厚20nm的生物活性玻璃納米管支架。

圖3(a)和圖3(b)分別為本實(shí)施例3制備得到的介孔生物活性玻璃納米管支架的TEM和HRTEM照片，從圖3(a)可以得出該介孔生物活性玻璃納米管支架的壁厚為20nm(白色直線區(qū)域所示)，其壁厚均勻，結(jié)構(gòu)清晰。

綜上，本發(fā)明制備方法中，通過調(diào)控硅源溶液，即硅酸酯(正硅酸乙酯)與無水乙醇混合溶液的摩爾濃度(即正硅酸乙酯與無水乙醇的體積比)，即可制備出壁厚均勻、可控的介孔生物活性玻璃納米管支架，隨著正硅酸乙酯與無水乙醇體積比的增大，介孔生物活性玻璃納米管支架的壁厚也依次增大且壁厚均勻，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明以預(yù)先吸附硅源的BC以及P123為雙模板劑制得的介孔生物活性玻璃納米管支架保持了BC初始模板的三維結(jié)構(gòu)。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。