一种用于3D打印组织支架的银掺杂纳米硫酸钙纳米球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印组织支架的银掺杂纳米硫酸钙纳米球的制备方法，解决了现有材料存在的比表面积较小、粒径分布不均，可打印性、生物相容性、降解性、结构与机械性能有待进一步提高的问题。技术方案包拓将硫酸铵和氯化钙加入到含有聚合醇胺的水醇体系中，搅拌下反应，反应后离心干燥制得硫酸钙纳米粒子；将硫酸钙纳米粒子加入到聚乳酸的水溶液中，搅拌下反应，反应后离心、超声清洗、烘干制得到硫酸钙/聚乳酸纳米球；将硫酸钙/聚乳酸纳米球加入去离子水中制得分散液，再加入硝酸银和葡萄糖，搅拌下反应，反应后干燥制得硫酸钙/银/聚乳酸纳米球。本发明专利技术方法简单、结构酥松透气、可打印性、生物相容性、降解性、结构与机械性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印组织支架的银掺杂纳米硫酸钙纳米球的制备方法
本专利技术涉及一种3D打印组织材料，具体地说是一种用于3D打印组织支架的银掺杂纳米硫酸钙纳米球的制备方法。
技术介绍
组织工程用支架是一种多孔隙三维结构体，它要求有合适的孔隙尺寸和高连通的孔道结构，以提供细胞足够和连续的生长通道，同时也保证了水分、无机盐、营养物质和排泄废物的流通.很多已经发展的支架制备方法有溶液浇注/颗粒滤取法、气体发泡法、纤维编织法等，但这些方法的共同问题是难以对支架孔隙的形状、大小、连接形态、空间分布等进行有效的精确控制，不能满足组织工程对支架的复杂结构要求，不能使不同细胞在支架的空间结构中准确定位等。3D打印技术是基于离散-堆积原理，在计算机辅助下通过层层堆积形成三维实体的有别于传统减材制造的先进制造方法。因高精度、个性化制造及复杂形状构建上的独特显著优势。在生物医药领域，通过对生物材料或活细胞进行3D打印，可构建复杂生物三维结构如个性化植入体、可再生人工骨、体外细胞三维结构体、人工器官等，因而基于生物3D打印在个性化定制及复杂结构调控制造上的独特优势。而作为3D组织支架的制备材料必须具备可打印性、生物相容性、降解性、结构与机械性能等。目前，硫酸钙具有良好的生物相容性，可作为一种优异的生物材料。相比于传统硫酸钙材料，纳米硫酸钙具有更为优异的化学和物理性能，如高比表面积和机械强度等。但是，其作为3D组织支架材料，还希望具备更优的酥松结构以进一步提高透气相容性，避免材料内部细菌的滋生而引发的植入者感染等问题。申请号CN200610030350.8的专利技术专利介绍了一种硫酸钙纳米材料(纳米粒/管/棒/线)的制备方法，它采用钙盐的正戊醇胶束溶液和硫酸盐的环己烷胶束溶液，利用反相胶束溶液混合，分别得到纳米粒子、纳米管、纳米棒和纳米线的硫酸钙纳米材料。但是这种方法得到的纳米材料其可打印性低、比表面积较小，生物相容性受到限制。申请号CN201310162070.2的专利技术专利介绍了生物医用缓释金属离子的硫酸钙基复合颗粒及其制备方法，采用湿化学方法、经热处理获得含金属离子的硫酸钙粉末和纳米结构化的含金属离子的磷酸钙粉末，可以广泛地用于骨填充材料、骨水泥等生物医学用材料领域，但通过热处理后的材料，其机械强度和可打印性较差，而且其生物相容性也存在较大不足，并且不利于降解。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种方法简单、结构酥松透气、可打印性、生物相容性、降解性、结构与机械性能好的用于3D打印组织支架的银掺杂纳米硫酸钙纳米球的制备方法。技术方案包括以下步骤：步骤1：将硫酸铵和氯化钙加入到含有聚合醇胺的水醇体系中，搅拌下反应，反应后离心干燥制得硫酸钙纳米粒子；步骤2：将硫酸钙纳米粒子加入到聚乳酸的水溶液中，搅拌下反应，反应后离心、超声清洗、烘干制得到硫酸钙/聚乳酸纳米球；步骤3：将硫酸钙/聚乳酸纳米球加入去离子水中制得分散液，再加入硝酸银和葡萄糖，搅拌下反应，反应后干燥制得硫酸钙/银/聚乳酸纳米球。所述步骤1中，硫酸铵加入量为100-150重量份，氯化钙加入量为80-100重量份；含有聚合醇胺的水醇体系中，聚合醇胺加入量为10-20重量份，去离子水加入量为100-150重量份，乙醇加入量为50-100重量份。所述步骤1中还加入了表面活性剂，表面活性剂的添加量为10-20重量份。所述表面活性剂为琥珀酸钠/或柠檬酸钠。所述步骤2中，硫酸钙纳米粒子加入量为100重量份；所述聚乳酸的水溶液中，聚乳酸加入量为10-15重量份，水溶液加入量为200-250重量份。所述步骤3中，所述分散液由硫酸钙/聚乳酸纳米球100重量份加入到离子水100-150重量份中制得；所述硝酸银加入量5-10重量份，葡萄糖加入量为20-30重量份。所述步骤1、2和3中控制搅拌转速为2200-2800r/min。所述步骤1、2中反应温度控制在25-30摄氏度，步骤3中反应温度控制在50-80摄氏度。所述步骤3中制得硫酸钙/银/聚乳酸纳米球的粒径分布均匀，粒径为100-150nm，比表面积为230-300m2/g。针对
技术介绍
中存在的问题，专利技术人在步骤1中，采用水醇体系中聚合醇胺来调控硫酸钙的尺寸，并有利于后续银掺杂的原位生长，利用共沉淀法，通过加入表面活性剂琥珀酸钠/或柠檬酸钠对表面进行限制，进一步调控硫酸钙的尺寸；在步骤2中以聚乳酸作为结构高分子，聚乳酸具有优良的生物相容性，会吸附在颗粒表面，提高纳米颗粒的分散性能，减少制备过程中可能发生的团聚现象，并且可降解能力强、分子量易于调控，利用超声构建的方式，采用原位生长的方法，制备得到硫酸钙/聚乳酸纳米球；在步骤3中，采用原位生长的方式，在硫酸钙上掺杂银，以制备得到硫酸钙/银/聚乳酸纳米球，由此制备出的硫酸钙/银/聚乳酸纳米球具有高的比表面积和孔道，良好的机械性能和生物相容性，并且易于3D打印成型。进一步的，步骤1中，基于硫酸铵加入量为100-150重量份的基础上，加入氯化钙加反应生成硫酸钙，加入量优选为80-100重量份，过多会造成氯化钙原料的浪费，过少会因为钙源不足，影响硫酸钙的尺寸和形貌；加入表面活性剂进一步调控硫酸钙的尺寸，其添加量优选为10-20重量份，过多会限制硫酸钙颗粒形成和生长，过少会让硫酸钙尺寸增长过大；在含有聚合醇胺的水醇体系中，聚合醇胺是基于表面诱导作用原理调控硫酸钙的尺寸，因此加入量优选为10-20重量份，过多会造成硫酸钙形貌不均，过少会对硫酸钙诱导作用不明显。进一步的，步骤2中，基于硫酸钙纳米粒子加入量为100重量份的基础上，聚乳酸的加入可以构建硫酸钙纳米球，其加入量优选为10-15重量份，过多会造成硫酸钙团聚和聚乳酸的浪费，过少会因为聚乳酸不足，得不到稳定的硫酸钙纳米球。所述步骤1、2和3中的反应最好在高速搅拌下进行，以保证原料的混合均匀和硫酸钙生成的尺寸稳定，其转速优选为2200-2800r/min，过高会产生大量泡沫和破坏纳米球的结构，过低会则会影响硫酸钙的生成和纳米球的构建。所述步骤3中，硫酸钙/聚乳酸纳米球100重量份的基础上，加入硝酸银，以实现银纳米粒子在硫酸钙/聚乳酸纳米球上的原位生长，同时加入葡萄糖用以还原硝酸银，所述硝酸银加入量优选5-10重量份，葡萄糖加入量为20-30重量份，反应温度优选控制在50-80摄氏度，过高会破坏硫酸钙/聚乳酸纳米球的结构，过低会使硝酸银的还原效率低下，甚至不还原，让银纳米粒子的原位生长得不到保证。本专利技术利用硫酸铵溶液和氯化钙溶液为原料，加入聚乳酸溶液，通过还原硝酸银，制备得到硫酸钙/银/聚乳酸纳米球，生产过程绿色环保、经济快捷，制备得到的硫酸钙/银/聚乳酸纳米球球形颗粒，粒径分布均匀，结构酥松透气、大小为100-150nm，比表面积为230-300m2/g，且分散性良好、可打印性、生物相容性、降解性、结构与机械性能好；所使用的原料均为市售，制备工艺简单经济，在3D打印组织支架方面具有巨大潜力。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明，实施例中所用原料为硫酸铵和氯化钙，聚合醇胺、聚乳酸、琥珀酸钠/或柠檬酸钠、硝酸银、葡萄糖均为市售产品。实施例1：步骤1：将20重量份的聚合醇胺加入到100重量份的去离子水和50重量份的乙醇混合液中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印组织支架的银掺杂纳米硫酸钙纳米球的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将硫酸铵和氯化钙加入到含有聚合醇胺的水醇体系中，搅拌下反应，反应后离心干燥制得硫酸钙纳米粒子；步骤2：将硫酸钙纳米粒子加入到聚乳酸的水溶液中，搅拌下反应，反应后离心、超声清洗、烘干制得到硫酸钙/聚乳酸纳米球；步骤3：将硫酸钙/聚乳酸纳米球加入去离子水中制得分散液，再加入硝酸银和葡萄糖，搅拌下反应，反应后干燥制得硫酸钙/银/聚乳酸纳米球。

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印组织支架的银掺杂纳米硫酸钙纳米球的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将硫酸铵和氯化钙加入到含有聚合醇胺的水醇体系中，搅拌下反应，反应后离心干燥制得硫酸钙纳米粒子；步骤2：将硫酸钙纳米粒子加入到聚乳酸的水溶液中，搅拌下反应，反应后离心、超声清洗、烘干制得到硫酸钙/聚乳酸纳米球；步骤3：将硫酸钙/聚乳酸纳米球加入去离子水中制得分散液，再加入硝酸银和葡萄糖，搅拌下反应，反应后干燥制得硫酸钙/银/聚乳酸纳米球。2.根据权利要求1所述的用于3D打印组织支架的银掺杂纳米硫酸钙纳米球的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，硫酸铵加入量为100-150重量份，氯化钙加入量为80-100重量份；含有聚合醇胺的水醇体系中，聚合醇胺加入量为10-20重量份，去离子水加入量为100-150重量份，乙醇加入量为50-100重量份。3.根据权利要求1或2所述的用于3D打印组织支架的银掺杂纳米硫酸钙纳米球的制备方法，其特征在于，所述步骤1中还加入了表面活性剂，表面活性剂的添加量为10-20重量份。4.根据权利要求3所述用于3D打印组织支架的银掺杂纳米硫酸钙纳米球的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为琥珀酸钠/或柠檬酸钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏英，徐焰，陈顺，贺行洋，杨进，王迎斌，陈威，李颜娟，黄健翔，蒋健，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42