静电纺丝制备丝素/羟基磷灰石复合纳米纤维

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天然骨主要由羟基磷灰石与胶原蛋白组成,丝素蛋白与胶原蛋白的结构、性质相似,丝素蛋白本身具有良好的生物相容性及降解性,使得丝素蛋白纳米纤维在骨组织工程支架这一领域中具有重要的潜在应用价值。静电纺丝技术是制备纳米级至微米级纤维的一种简单有效的方法。羟基磷灰石是骨骼和牙齿的主要无机成份,具有良好的生物活性和生物相容性。所以使用丝素蛋白纳米纤维代替胶原蛋白与羟基磷灰石进行复合可以很好地模拟骨骼修复材料。  本论文采用静电纺丝法先制备得纯丝素纳米纤维,再通过水热合成法、掺杂F-的方法制备了具有一定比表面积的亲水性羟基磷灰石纳米棒,将其与丝素溶液混合得到共混电纺溶液,通过静电纺丝技术制备出丝素蛋白/羟基磷灰石纳米复合纤维,并通过交替矿化实验研究复合纳米纤维的矿化行为。  本论文主要进行了以下三个方面的研究:  一、制备高浓度的丝素溶液,并加入维生素c(Vc)防止其凝胶,通过静电纺丝技术制备出丝素纳米纤维,系统地研究了纺丝溶液、纺丝工艺参数和纺丝介质对纤维形貌的影响,并采用FTIR、XRD和SEM测试方法研究了甲醇对静电纺丝素纳米纤维处理前后的结构变化。结果表明制备电纺丝素纳米纤维的最佳纺丝工艺参数为:最佳纺丝浓度为30wt%-35wt%,电压为14kV-17.5kV之间,距离为7cm,进样量为0.06ml/h,制得的纤维直径为200nm左右。由FTIR可以分析出,甲醇浸泡后,丝素纳米纤维结构由无规卷曲及部分β-折叠结构转化为β-折叠结构。添加Vc电纺制得的丝素纳米纤维结构为无规卷曲结构,经甲醇浸泡后Vc被甲醇溶液所溶解,丝素纤维结构转化为β-折叠结构,Vc的添加对丝素纤维形貌无明显影响。  二、采用水热合成法,用掺杂F-的方法制备了羟基磷灰石(HA)纳米棒,并通过在溶液中加入十八胺或聚乙二醇(PEG),制备具有双亲表面性质的羟基磷灰石。采用FTIR、XRD、BET、TEM和SEM等测试方法研究了纳米晶体形态结构。结果表明,水热合成法可以成功制备出HA纳米棒,且HA纳米棒的长径比会随着F/Ca比增大而减小。在溶液中加入十八胺或聚乙二醇(PEG),可以通过与油酸的作用分别生成阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂,分别赋予HA纳米棒憎水或双亲的表面性质。  三、将亲水性的羟基磷灰石分散在丝素溶液中,通过静电纺丝制备出丝素/羟基磷灰石共混纤维。将纤维使用甲醇浸泡后通过交替浸渍方法研究纤维的矿化行为。采用FTIR、XRD、TEM和SEM测试方法研究了甲醇对静电纺丝素纳米纤维处理前后的结构变化。研究发现28wt%的丝素溶液与纳米羟基磷灰石共混效果最好,可制得包含HA的丝素/HA纤维。与纯丝素纤维相比,甲醇处理后的共混纤维坍塌并不明显。通过矿化实验证明,交替浸渍多次后,复合纳米纤维比纯丝素纳米纤维更有利于磷酸盐的沉积。
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