一种近红外光响应的生物玻璃纤维及其矿化程度监测方法技术

本发明专利技术公开了一种近红外光响应的生物玻璃纤维及其矿化程度监测方法。此方法是利用颗粒静电纺丝技术，其基本步骤为：纺丝前驱体溶液的制备、电纺丝、干燥、热处理、模拟体液(SBF)矿化。制备得到平均直径为～280nm复合纤维材料。研究表明此纳米纤维在980nm激光器激发下能发出红光和绿光，且能通过发光强度变化监测其矿化活性。本发明专利技术制备方法简单，原料成本低廉，整个制备过程在空气气氛中进行，无需特殊装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硬组织修复与组织工程支架材料，具体是指一种近红外光响应的生物玻璃纤维及其矿化程度监测方法。
技术介绍
生物玻璃自从1969年被Hench专利技术以来，由于其良好的生物相容性以及其在体液环境中矿化形成类骨的羟基磷灰石层具有较强的骨连接性能，作为骨组织支架材料在组织工程领域得到广泛应用。其中通过溶胶-凝胶结合静电纺丝方法制备的纤维结构引起了极大的关注。该结构的生物玻璃具有极大的比表面积与大通孔的3D网络结构，不仅能较快的释放无机盐离子以及蛋白质的快速吸脱附优良性能，而且能促进细胞的快速粘附、迁移、从而极大的促进了其成骨组织修复能力。由于年龄、性格、健康状况不同，不可能用一种支架材料去修复不同病人的骨缺损，获得同样的骨再生能力，因此实现一种个性化治疗显得尤为重要。为了克服这个挑战，有一种思考方式，如果有一种外场去监测支架的行为，将会指导我们用合理的方式处理这个修复的过程。最近上转换发光材料广泛用于药物载体与成像领域。尤其以CaTiO3为基体材料的上转换发光体系，具有优越的相容性，被选择为纤维支架材料的发光因子，通过颗粒静电方法实现一种外场响应型智能支架材料的制备。在组织工程领域的应用具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种近红外光响应的生物玻璃纤维及其矿化程度监测方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，一种具有近红外光响应的生物玻璃纤维，通过以下步骤制备得到：(1)将1.67g正硅酸四乙酯、0.675g硝酸钙、0.21g磷酸三乙酯溶解在10ml乙醇和400μl去离子水混合溶剂中，加入0.2mL质量分数≥99％的醋酸作为催化剂，搅拌1.5小时后加入3ml二甲基甲酰胺溶液，然后加入0.9克分子量1300000的PVP粉末继续搅拌得到溶液A；(2)将共沉淀法得到的CaTiO3:Yb,Er纳米颗粒超声分散在乙醇溶液中，使得其浓度为2mg/ml得到溶液B；(3)将10mlB溶液滴加到搅拌的A溶液，均匀混合后得到溶液C；(4)以接地的带有铝箔的平板作为接收装置，利用溶液C进行纺丝，流速控制在0.8ml/h之间，接收距离为15cm，电压值范围为7-10kV，然后将纺出的复合纤维在鼓风干燥箱内80℃干燥12h；(5)将干燥好的复合纤维放入坩埚在烧结炉中热处理，在空气中以5℃/min升温速率到600℃，保温3h，得到具有近红外光响应且能监测矿化活性的生物玻璃纤维。一种生物玻璃纤维的矿化监测方法，该方法为：测量其在980nm激光器照射下其发光强度。本专利技术的有益效果在于：本专利技术制备方法简单，原料成本低廉，整个制备过程在空气气氛中进行，无需特殊装置，所需设备简单。本专利技术颗粒凝胶-静电纺丝方法制备出了具有近红外光响应的生物活性玻璃纳米纤维，在保持较强生物活性的同时还具有实时监测其矿化行为，丰富了生物玻璃纳米纤维在骨再生与骨修复领域的应用，有望在个性化治疗领域实现突破。附图说明图1是近红外光响应生物玻璃纳米纤维的SEM，TEM照片；图2是近红外光响应生物玻璃纳米纤维的XRD与PL谱图；图3是近红外光响应生物玻璃纳米纤维在SBF溶液浸泡不同时间后PL发光光谱。具体实施方式下面结合实施例和附图对专利技术作进一步说明。实施例1(1)将1.67g正硅酸四乙酯、0.675g硝酸钙、0.21g磷酸三乙酯溶解在10ml乙醇和400μl去离子水混合溶剂中，加入0.2mL质量分数≥99％的醋酸作为催化剂，搅拌1.5小时后加入3ml二甲基甲酰胺溶液，然后加入0.9克分子量1300000的PVP粉末继续搅拌得到溶液A；(2)将共沉淀法得到的CaTiO3:Yb,Er纳米颗粒超声分散在乙醇溶液中，使得其浓度为2mg/ml得到溶液B；(3)将10mlB溶液缓慢滴加到搅拌的A溶液，均匀混合后得到溶液C；(4)用注射器吸取5mL纺丝液，并将注射器放置于注射泵上，流速控制在0.8ml/h之间；将金属针头通过医用硅胶软管与注射器相连，轻轻推动注射器以排出空气；以接地的带有铝箔的平板作为接收装置，将洁净的收集衬底固定在接收装置上，并且使金属针头与高压电源相连，接收距离为15cm，调节电压值范围为7-10kV，配以卤钨灯和高速摄像机观察纺丝过程，将纺出的复合纤维在鼓风干燥箱内80℃干燥12h；(5)将干燥好的复合纤维放入坩埚在烧结炉中热处理，在空气中以5℃/min升温速率到600℃，保温3h，得到具有近红外光响应且能监测矿化活性的生物玻璃纤维。近红外光响应生物玻璃纳米纤维如图1所示，图一为500℃烧结后的纤维形貌，平均尺寸为280nm,TEM图可以看出CaTiO3Yb,Er纳米颗粒镶嵌在生物玻璃纤维基体中。将制备出的近红外光响应的生物玻璃纳米纤维用XRD进行物相分析。如图2(a)所示，在XRD图中，33°以及47°有峰位产生，CaTiO3Yb,Er晶体晶体结构的(112)、(220)晶面，在980nm激光器激发下测量纤维材料的光致发光光谱如图2(b)所示，发出较强的红光(～660nm)以及相对弱的绿光(～550nm)。实施例2在37℃下，20mg实施例1制备的生物玻璃纤维放入20ml模拟体液(SBF)中分别矿化3,6,12,24,48,72,以及120小时，然后取出洗涤干燥，然后分别测量在980nm激光器照射下其发光性能的变化。如图3所示，随着浸泡时间的增加而增加，发光强度依次减弱，主要可能原因在SBF溶液中，生物玻璃纳米纤维材料表面生成了羟基磷灰石层，对激发以及发射光都有一定的猝灭作用，且随着浸泡时间增加，表面生成越多的磷灰石，猝灭效应越明显，因而生物玻璃的矿化程度可以用发光强度去监测。因此，对于该材料的矿化程度的监测，只需要将其置于980nm激光器照射下，检测其发光强度即可。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近红外光响应的生物玻璃纤维，其特征在于，通过以下步骤制备得到：(1)将1.67g正硅酸四乙酯、0.675g硝酸钙、0.21g磷酸三乙酯溶解在10ml乙醇和400μl去离子水混合溶剂中，加入0.2mL质量分数≥99％的醋酸作为催化剂，搅拌1.5小时后加入3ml二甲基甲酰胺溶液，然后加入0.9克分子量1300000的PVP粉末继续搅拌得到溶液A；(2)将共沉淀法得到的CaTiO3:Yb,Er纳米颗粒超声分散在乙醇溶液中，使得其浓度为2mg/ml得到溶液B；(3)将10ml B溶液滴加到搅拌的A溶液，均匀混合后得到溶液C；(4)以接地的带有铝箔的平板作为接收装置，利用溶液C进行纺丝，流速控制在0.8ml/h之间，接收距离为15cm，电压值范围为7‑10kV，然后将纺出的复合纤维在鼓风干燥箱内80℃干燥12h；(5)将干燥好的复合纤维放入坩埚在烧结炉中热处理，在空气中以5℃/min升温速率到600℃，保温3h，得到具有近红外光响应且能监测矿化活性的生物玻璃纤维。

【技术特征摘要】
1.一种近红外光响应的生物玻璃纤维，其特征在于，通过以下步骤制备得到：(1)将1.67g正硅酸四乙酯、0.675g硝酸钙、0.21g磷酸三乙酯溶解在10ml乙醇和400μl去离子水混合溶剂中，加入0.2mL质量分数≥99％的醋酸作为催化剂，搅拌1.5小时后加入3ml二甲基甲酰胺溶液，然后加入0.9克分子量1300000的PVP粉末继续搅拌得到溶液A；(2)将共沉淀法得到的CaTiO3:Yb,Er纳米颗粒超声分散在乙醇溶液中，使得其浓度为2mg/ml得到溶液B；(3)将10mlB溶液滴加到搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，李杨杨，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33