一种柔性无机纳米纤维复合支架及其制备方法

1.本发明涉及生物材料技术领域，具体而言，涉及一种柔性无机纳米纤维复合支架及其制备方法。


背景技术：

2.组织工程支架是细胞赖以生存、增殖和分化的场所，其中静电纺丝技术是制备组织工程支架的有效手段，其具有制备方法简单高效，可制备出纳米到微米直径范围的纤维，模仿天然的细胞外基质等优点。
3.在皮肤创面的组织工程修复领域中，有效抑制伤口在修复过程中细菌的滋生对于创面的及时修复至关重要。细菌的滋生会引发炎症、伤口溃烂、组织坏死、和延缓伤口愈合等问题。铜离子具有一定的消炎抗菌作用，在伤口创面的修复领域中具有优良的抑制细菌生长的作用，因此在皮肤创面的修复生物医学领域中铜离子都具有广泛的应用前景。
4.现有的组织工程支架，常见的静电纺丝技术的纺丝溶液为高分子有机化合物，其中包括plla、pcl、plga等，或为天然高分子材料，其中包括明胶、丝素蛋白等，因此得到的纳米纤维支架都是有机纳米纤维支架。
5.由于有机纳米纤维支架降解较快，导致用于伤口创面修复领域的有机纳米纤维支架中的铜离子释放速度较快，从而使得纳米纤维支架的消炎抗菌作用持续时间较短。


技术实现要素：

6.本发明解决的问题是现有的用于伤口创面修复领域的纳米纤维支架消炎抗菌作用持续时间较短。
7.为解决上述问题，本发明提供一种柔性无机纳米纤维复合支架的制备方法，包括如下步骤：
8.s1：以正硅酸乙酯、去离子水、磷酸为原料，制备前驱体溶液；
9.s2：向所述前驱体溶液中加入抗菌盐，室温下混合搅拌,得到掺盐混合溶液；
10.s3：以聚乙烯醇为模板剂，制备模板剂水溶液；
11.s4：将所述掺盐混合溶液与所述模板剂水溶液混合，室温下搅拌，得到静电纺丝液；
12.s5：利用静电纺丝工艺对所述静电纺丝液进行纺丝，得到纳米纤维膜；
13.s6：对所述纳米纤维膜进行煅烧，得到柔性无机纳米纤维复合支架。
14.可选地，所述抗菌盐选自铜盐与锌盐中的至少一种。
15.可选地，所述铜盐选自氯化铜、硝酸铜中的至少一种。
16.可选地，所述锌盐包括氯化锌。
17.可选地，所述抗菌盐与所述前驱体溶液的质量比范围为(0.005～0.01)：1。
18.可选地，以聚乙烯醇为模板剂，制备模板剂水溶液包括：将质量比为1:9的聚乙烯醇与水混合，室温下搅拌24h，得到所述模板剂水溶液。
19.可选地，所述掺盐混合溶液与所述模板剂水溶液的质量比为1:1。
20.可选地，利用静电纺丝工艺对所述静电纺丝液进行纺丝包括：利用静电纺丝工艺，设置静电纺丝高压为20kv，推进泵的推进速度为2ml/h，以无纺布作为接收装置，收集得到所述纳米纤维膜。
21.可选地，对所述纳米纤维膜进行煅烧包括：将所述纳米纤维膜放置于马弗炉中，于700℃～900℃条件下煅烧1h～3h，得到所述柔性无机纳米纤维复合支架。
22.本发明的另一目的在于提供一种柔性无机纳米纤维复合支架，通过如上所述的柔性无机纳米纤维复合支架的制备方法制备。
23.与现有技术相比，本发明提供的柔性无机纳米纤维复合支架的制备方法具有如下优势：
24.本发明提供的柔性无机纳米纤维复合支架的制备方法，以无机成分为原料，制备的纳米纤维复合支架具有显著的柔性；该柔性无机纳米纤维复合支架不含有有机成分，相比于现有的有机纳米纤维支架，降解速度缓慢，可长期释放抗菌成分，使得制备的柔性无机纳米纤维复合支架能够保持长期的生物活性，从而使得该柔性无机纳米纤维复合支架的消炎抗菌作用持续时间较长。
附图说明
25.图1为本发明中掺铜柔性无机纳米纤维复合支架的sem图及直径分布图(n＝100)；
26.图2为本发明中掺铜柔性无机纳米纤维复合支架的抗菌效果图；
27.图3为本发明中掺铜柔性无机纳米纤维复合支架种植nih3t3细胞各时间点(1天、4天、7天)的细胞增殖活性图；
28.图4为本发明中掺铜柔性无机纳米纤维复合支架种植nih3t3细胞各时间点(1天、4天、7天)的细胞电镜图；
29.图5为本发明中掺铜柔性无机纳米纤维复合支架种植nih3t3细胞各时间点(1天、4天、7天)的倒置荧光显微镜图。
具体实施方式
30.下面详细描述本发明的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.为解决现有的用于伤口创面修复领域的纳米纤维支架消炎抗菌作用持续时间较短的问题，本发明提供一种柔性无机纳米纤维复合支架的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
32.s1：以正硅酸乙酯、去离子水、磷酸为原料，制备前驱体溶液；
33.s2：向前驱体溶液中加入抗菌盐，室温下混合搅拌,得到掺盐混合溶液；
34.s3：以聚乙烯醇为模板剂，制备模板剂水溶液；
35.s4：将掺盐混合溶液与模板剂水溶液混合，室温下搅拌，得到静电纺丝液；
36.s5：利用静电纺丝工艺对静电纺丝液进行纺丝，得到纳米纤维膜；
37.s6：对纳米纤维膜进行煅烧，得到柔性无机纳米纤维复合支架。
38.本技术通过正硅酸乙酯、去离子水、磷酸混合，得到sio2溶胶溶液，该sio2溶胶溶液即为前驱体溶液；进一步向前驱体溶液中加入抗菌盐，以使制备的柔性无机纳米纤维复合支架具有抗菌消炎作用；本技术以聚乙烯醇为模板剂，将制备的聚乙烯醇水溶液与掺盐混合溶液混合搅拌，得到含有抗菌盐的静电纺丝液；对该静电纺丝液进行纺丝，得到纳米纤维堆积形成的纳米纤维膜，并进一步对纺丝得到的纳米纤维膜进行煅烧后，得到纳米纤维复合支架。
39.本发明提供的柔性无机纳米纤维复合支架的制备方法，以无机成分为原料，制备的纳米纤维复合支架具有显著的柔性；该柔性无机纳米纤维复合支架不含有有机成分，相比于现有的有机纳米纤维支架，降解速度缓慢，可长期释放抗菌成分，使得制备的柔性无机纳米纤维复合支架能够保持长期的生物活性，从而使得该柔性无机纳米纤维复合支架的消炎抗菌作用持续时间较长。
40.本发明提供的柔性无机纳米纤维复合支架的制备方法，通对静电纺丝得到的纳米纤维膜进行煅烧后，不会发生纤维的断裂，仍然保持完整的膜结构，使得制备的柔性无机纳米纤维复合支架具有良好的力学性能。
41.为保证柔性无机纳米纤维复合支架的抗菌性能，本技术优选抗菌盐选自铜盐与锌盐中的至少一种。
42.通过选用铜盐与锌盐作为柔性无机纳米纤维复合支架中的抗菌盐，使得该柔性无机纳米纤维复合支架能够缓慢释放铜离子或锌离子，因铜离子或锌离子带有正电荷，具有抑制细菌活性的作用，使得该柔性无机纳米纤维复合支架具有显著的抗菌性能，因此，该柔性无机纳米纤维复合支架在伤口敷料领域具有广泛的应用。
43.本技术优选铜盐选自氯化铜、硝酸铜中的至少一种。
44.由于本技术以sio2溶胶溶液作为前驱体溶液，通过选用铜盐作为抗菌盐，使得该柔性无机纳米纤维复合支架能够长期缓慢释放si
4+
、cu
2+
，从而在具有抗菌消炎作用的基础上，通过si
4+
与cu
2+
协同作用，还能够促进骨和血管的再生，进而为骨组织再生的骨科应用提供了一种很有前途的治疗选择；此外，本技术提供的柔性无机纳米纤维复合支架还可以与其他促进成骨细胞增殖与分化的物质包括ca
2+
、sr
2+
、mn
2+
等混合制备纳米纤维复合支架，以用于骨组织工程修复领域。
45.本技术优选锌盐包括氯化锌。
46.为保证抗菌性能，本技术优选抗菌盐与前驱体溶液的质量比范围为(0.005～0.01)：1。
47.本技术优选步骤s1中以正硅酸乙酯、去离子水、磷酸为原料，制备前驱体溶液包括：将摩尔比为1:11:0.01的正硅酸乙酯、去离子水、磷酸混合，搅拌24h，得到前驱体溶液。
48.以聚乙烯醇为模板剂，制备模板剂水溶液包括：将质量比为1:9的聚乙烯醇与水混合，室温下搅拌24h，得到模板剂水溶液。
49.本技术优选掺盐混合溶液与模板剂水溶液的质量比为1:1。
50.利用静电纺丝工艺对静电纺丝液进行纺丝包括：利用静电纺丝工艺，设置静电纺丝高压为20kv，推进泵的推进速度为2ml/h，以无纺布作为接收装置，收集得到纳米纤维膜。
51.对纳米纤维膜进行煅烧包括：将纳米纤维膜放置于马弗炉中，于700℃～900℃条
件下煅烧1h～3h，得到柔性无机纳米纤维复合支架。
52.本发明的另一目的在于提供一种柔性无机纳米纤维复合支架，该柔性无机纳米纤维复合支架通过如上所述的柔性无机纳米纤维复合支架的制备方法制备。
53.本发明提供的柔性无机纳米纤维复合支架，以无机成分为原料，具有显著的柔性；该柔性无机纳米纤维复合支架不含有有机成分，相比于现有的有机纳米纤维支架，降解速度缓慢，可长期释放抗菌成分，使得制备的柔性无机纳米纤维复合支架能够保持长期的生物活性，从而使得该柔性无机纳米纤维复合支架的消炎抗菌作用持续时间较长。
54.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
55.实施例1
56.本实施例提供一种柔性无机纳米纤维复合支架的制备方法，包括如下步骤：
57.s1：将摩尔比为1:11:0.01的正硅酸乙酯、去离子水、磷酸混合，搅拌24h，制备得到前驱体溶液；
58.s2：向10g前驱体溶液中加入50mg氯化铜，室温下混合搅拌,得到掺铜混合溶液；
59.s3：将2g聚乙烯醇溶于18g去离子水中，室温下搅拌24h，制备模板剂水溶液；
60.s4：将掺铜混合溶液与模板剂水溶液等质量混合，室温下搅拌，得到静电纺丝液；
61.s5：利用静电纺丝工艺对静电纺丝液进行纺丝，设置静电纺丝高压为20kv，推进泵的推进速度为2ml/h，以无纺布作为接收装置，收集得到纳米纤维膜；
62.s6：将纳米纤维膜置于马弗炉中，于800℃条件下煅烧2h，除去模板剂pva，得到柔性sio
2-cuo-0.5％纳米纤维复合支架。
63.参见图1所示，通过sem图及直径分布图可以看出，掺铜柔性无机纳米纤维复合支架的纳米纤维直径分布均匀，呈正态分布，其中sio
2-cuo-0.5％的平均直径为429.09nm，小于500nm。
64.参见图2所示，通过对比掺铜柔性无机纳米纤维复合支架和空白对照组及不掺铜的纯sio2纳米纤维膜组对大肠杆菌(e.coli)和金黄色葡萄球菌(s.aureus)的菌落数，可以看出，sio
2-cuo-0.5％实验组对e.coli、s.aureus有明显的抑制菌落生长的作用。
65.参见图3所示，通过cck8试剂盒对掺铜柔性无机纳米纤维复合支架在不同时间点(1天、4天、7天)进行孵育，并用酶标仪测其在450nm处的吸光度，以此来反映掺铜柔性无机纳米纤维复合支架的细胞增殖活性，可以看出sio
2-cuo-0.5％对nih3t3细胞增殖的能力高于对照组，sio
2-cuo-0.5％实验组更有利于共培养的nih3t3细胞在支架上增殖。
66.参见图4所示，通过将掺铜柔性无机纳米纤维复合支架与共培养的细胞在不同时间点(1天、4天、7天)用4％多聚甲醛固定后进行sem拍摄，可以看出sio
2-cuo-0.5％在第七天nih3t3细胞几乎完全铺展生长在支架上，其结果与图3反映的数据结果相一致。
67.参见图5所示，通过用荧光染料(am、pi)对掺铜柔性无机纳米纤维复合支架上不同时间点(1天、4天、7天)共培养后的nih3t3活细胞和死细胞进行染色，由活死荧光图可以看出sio
2-cuo-0.5％实验组活细胞的数量远远超过死细胞数，反映出复合支架具有良好的细胞相容性，其结果与图3反映的数据结果相一致。
68.通过上述检测可知，本实施例提供的柔性无机纳米纤维复合支架，降解速度缓慢，可长期释放抗菌成分，使得制备的柔性无机纳米纤维复合支架能够保持长期的生物活性，
从而使得该柔性无机纳米纤维复合支架的消炎抗菌作用持续时间较长。
69.实施例2
70.本实施例提供一种柔性无机纳米纤维复合支架的制备方法，包括如下步骤：
71.s1：将摩尔比为1:11:0.01的正硅酸乙酯、去离子水、磷酸混合，搅拌24h，制备得到前驱体溶液；
72.s2：向10g前驱体溶液中加入100mg氯化铜，室温下混合搅拌,得到掺铜混合溶液；
73.s3：将2g聚乙烯醇溶于18g去离子水中，室温下搅拌24h，制备模板剂水溶液；
74.s4：将掺铜混合溶液与模板剂水溶液等质量混合，室温下搅拌，得到静电纺丝液；
75.s5：利用静电纺丝工艺对静电纺丝液进行纺丝，设置静电纺丝高压为20kv，推进泵的推进速度为2ml/h，以无纺布作为接收装置，收集得到纳米纤维膜；
76.s6：将纳米纤维膜置于马弗炉中，于900℃条件下煅烧1h，除去模板剂pva，得到柔性sio
2-cuo-1％纳米纤维复合支架。
77.参见图1所示，通过sem图及直径分布图可以看出，掺铜柔性无机纳米纤维复合支架的纳米纤维直径分布均匀，呈正态分布，其中sio
2-cuo-1％的平均直径为492.35nm，小于500nm。
78.参见图2所示，通过对比掺铜柔性无机纳米纤维复合支架和空白对照组及不掺铜的纯sio2纳米纤维膜组对大肠杆菌(e.coli)和金黄色葡萄球菌(s.aureus)的菌落数，可以看出，sio
2-cuo-1％实验组对e.coli、s.aureus有明显的抑制菌落生长的作用。
79.参见图3所示，通过cck8试剂盒对掺铜柔性无机纳米纤维复合支架在不同时间点(1天、4天、7天)进行孵育，并用酶标仪测其在450nm处的吸光度，以此来反映掺铜柔性无机纳米纤维复合支架的细胞增殖活性，可以看出sio
2-cuo-1％对nih3t3细胞增殖的能力高于对照组，sio
2-cuo-1％实验组更有利于共培养的nih3t3细胞在支架上增殖。
80.参见图4所示，通过将掺铜柔性无机纳米纤维复合支架与共培养的细胞在不同时间点(1天、4天、7天)用4％多聚甲醛固定后进行sem拍摄，可以看出sio
2-cuo-1％在第七天nih3t3细胞几乎完全铺展生长在支架上，其结果与图3反映的数据结果相一致。
81.参见图5所示，通过用荧光染料(am、pi)对掺铜柔性无机纳米纤维复合支架上不同时间点(1天、4天、7天)共培养后的nih3t3活细胞和死细胞进行染色，由活死荧光图可以看出sio
2-cuo-1％实验组活细胞的数量远远超过死细胞数，反映出复合支架具有良好的细胞相容性，其结果与图3反映的数据结果相一致。
82.通过上述检测可知，本实施例提供的柔性无机纳米纤维复合支架，降解速度缓慢，可长期释放抗菌成分，使得制备的柔性无机纳米纤维复合支架能够保持长期的生物活性，从而使得该柔性无机纳米纤维复合支架的消炎抗菌作用持续时间较长。
83.实施例3
84.本实施例提供一种柔性无机纳米纤维复合支架的制备方法，包括如下步骤：
85.s1：将摩尔比为1:11:0.01的正硅酸乙酯、去离子水、磷酸混合，搅拌24h，制备得到前驱体溶液；
86.s2：向10g前驱体溶液中加入80mg氯化锌，室温下混合搅拌,得到掺锌混合溶液；
87.s3：将2g聚乙烯醇溶于18g去离子水中，室温下搅拌24h，制备模板剂水溶液；
88.s4：将掺锌混合溶液与模板剂水溶液等质量混合，室温下搅拌，得到静电纺丝液；
89.s5：利用静电纺丝工艺对静电纺丝液进行纺丝，设置静电纺丝高压为20kv，推进泵的推进速度为2ml/h，以无纺布作为接收装置，收集得到纳米纤维膜；
90.s6：将纳米纤维膜置于马弗炉中，于700℃条件下煅烧3h，除去模板剂pva，得到柔性无机纳米纤维复合支架。
91.检测过程及检测结果参见实施例1及实施例2相关内容。
92.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。