专利名称：一种含多壁碳纳米管的复合纤维材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种组织工程复合纤维材料，尤其涉及一种应用于骨组织工程中含多壁碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法。
背景技术：
组织工程是一个非常有潜力的研究领域，它以修复或替换人体内病变、损伤组织为目的，为再生医药提供众多机会。目前已有大量不同的工程组织，包括骨、软骨、神经、血管、皮肤等，其中，骨骼和软骨组织的损伤和疾病，会造成剧烈的疼痛，甚至使人残疾，所以通过组织工程进行骨骼修复治疗得到了高度重视。通常情况下，骨组织工程涉及支架材料，需同时结合组织细胞和生物学规律。三维支架是一个其中非常关键的组件，它需要为细胞提供必要的支撑，使得在形成骨组织过程中细胞可以正常的繁殖和功能化，并且支架可以确定骨组织工程的整体移植形状。目前，制作骨骼支架的技术已经有显著进步，可以制备不同组分和三维结构的支架，使用的技术有气体发泡、溶剂刮膜、相分离和静电纺丝，其中，静电纺丝受到了越来越多的关注，主要是由于其结构和组织细胞外基质相似，加工材料可选范围广泛，以及设备简单和运营成本低。纯高分子材料体系的静电纺丝已经在过去十年中被深入研究过，最近研究热点转为无机纳米粒子引入的可行性，如碳酸钙、四氧化三铁、碳纳米管等，这些复合静电纺丝网可以用于制备一些具有特定的功能的材料，尤其是应用于骨组织工程；最近，有几份报告上指出，在电刺激和纤维形态的协同影响下，可以对细胞生长起到引导和延伸作用。因此，目前需要通过静电纺丝技术，制备一类新的支架，使其在具有良好的生物相容性，机械性能，加工性能的同时，可以利用电刺激调节细胞的生理行为，利于骨组织细胞的生长，使其可应用于在骨组织工程中。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种应用于骨组织工程中含多壁碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法。—种含多壁碳纳米管的复合纤维材料，其特征在于复合纤维材料由多壁碳纳米管与有机高分子组成。所述的有机高分子均分子量为5 30万，选自聚氨基甲酸酯(PU)、聚醋酸乙烯酯 (PVAc)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)以及聚己内酯(PCL)。一种含多壁碳纳米管的复合纤维材料的制备方法，其步骤如下(1)配制静电纺丝溶液将多壁碳纳米管分散在有机溶剂中，超声2小时，室温搅拌过夜；同时加入表面活性剂以改善悬浮液中多壁碳纳米管的分散性；有机高分子室温溶解于有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶液中，浓度为5-20% W/V，然后将分散好的碳纳米管逐滴加入高分子溶液来获得浓度为1-10%的多壁碳纳米管高分子悬浊液；最后，将溶液超声一小时，并搅拌M小时后备用。
(2)制备包含多壁碳纳米管的复合纤维材料高分子与多壁碳纳米管悬浮液通过5毫升注射器和聚乙烯导管连接到圆形的金属毛细管上，毛细管的圆形孔口内径为 0. 5-1. 5毫米，平板电极距离纤维收集鼓为15-30厘米，溶液流速0. 8-1. 2mL/h，外加电压 20-30千伏，收集桶转速1000-3000转，最后，将得到的纤维膜在真空状态下室温干燥1_5 天，去除残留溶剂，并以4度保存。
所述多壁碳纳米管所对应的有机溶剂选自丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或二甲基亚砜(DMSO)与丙酮的混合液。
所述有机高分子所对应的有机溶剂为聚氨基甲酸酯(PU)溶于丙酮或二氯甲烷， 聚醋酸乙烯酯(PVAc)溶于丙酮与二甲基甲酰胺(DMF)的混合液，聚环氧乙烷(PEO)溶于二甲基亚砜(DMSO)或二氯甲烷与丙酮的混合液，聚乙烯醇(PVA)溶于二氯甲烷或二甲基亚砜 (DMS0)，聚乳酸(PLA)溶于二氯甲烷，以及聚己内酯(PCL)溶于丙酮或二甲基亚砜(DMSO) 或二氯甲烷与丙酮的混合液。
所述表面活性剂选自聚醚F127、十二烷基硫酸钠(SDS)、烷基苯磺酸盐、α -烯烃磺酸盐、聚山梨酯(吐温)，其中的一种或几种的混合物。
本发明一种含多壁碳纳米管的复合纤维材料的制备方法，利用静电纺丝的技术制备包含多壁碳纳米管的复合纤维材料，提高了电纺纤维的电性能，从而控制细胞附着力和细胞分化，工艺简单、易于操作且成本低，可应用于在骨组织工程中。
具体实施例方式
为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明作进一步详述。
一种含多壁碳纳米管的复合纤维材料的制备方法，其步骤如下
(1)配制静电纺丝溶液将多壁碳纳米管分散在N，N- 二甲基甲酰胺中(DMF)中， 超声2小时，室温搅拌过夜，同时加入聚醚F127和十二烷基硫酸钠(SDQ以改善悬浮液中多壁碳纳米管的分散性(10%，相对于碳纳米管的质量)，PLA室温溶解于二氯甲烷中，浓度为10 % W/V，然后将分散好的碳纳米管逐滴加入PLA溶液来获得浓度为5 %的多壁碳纳米管 PLA悬浊液，最后，将溶液超声一小时，并搅拌M小时后备用。
(2)制备包含多壁碳纳米管的复合纤维材料PLA与多壁碳纳米管悬浮液通过5毫升注射器和聚乙烯导管连接到圆形的金属毛细管上，毛细管的圆形孔口内径为0. 7毫米， 平板电极距离纤维收集鼓为20厘米，溶液流速1. OmL/h。外加电压25千伏，收集桶转速 2000转，最后，将得到的纤维膜在真空状态下室温干燥3天，去除残留溶剂，并以4度保存。
权利要求
1.一种含多壁碳纳米管的复合纤维材料，其特征在于复合纤维材料由多壁碳纳米管与有机高分子组成。
2.根据权利要求1所述的一种含多壁碳纳米管的复合纤维材料，其特征在于有机高分子均分子量为5 30万，选自聚氨基甲酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚乳酸以及聚己内酯。
3.一种含多壁碳纳米管的复合纤维材料的制备方法，其特征在于其步骤如下(1)配制静电纺丝溶液将多壁碳纳米管分散在有机溶剂中，超声2小时，室温搅拌过夜；同时加入表面活性剂以改善悬浮液中多壁碳纳米管的分散性；有机高分子室温溶解于有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶液中，浓度为5-20% W/V，然后将分散好的碳纳米管逐滴加入高分子溶液来获得浓度为1-10%的多壁碳纳米管高分子悬浊液；最后，将溶液超声一小时，并搅拌M小时后备用。(2)制备包含多壁碳纳米管的复合纤维材料高分子与多壁碳纳米管悬浮液通过5毫升注射器和聚乙烯导管连接到圆形的金属毛细管上，毛细管的圆形孔口内径为0. 5-1. 5毫米，平板电极距离纤维收集鼓为15-30厘米，溶液流速0. 8-1. 2mL/h，外加电压20-30千伏， 收集桶转速1000-3000转，最后，将得到的纤维膜在真空状态下室温干燥1-5天，去除残留溶剂，并以4度保存。
4.根据权利要求3所述的一种含多壁碳纳米管的复合纤维材料的制备方法，其特征在于多壁碳纳米管所对应的有机溶剂选自丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或二甲基亚砜与丙酮的混合液。
5.根据权利要求3所述的一种含多壁碳纳米管的复合纤维材料的制备方法，其特征在于所述有机高分子所对应的有机溶剂为聚氨基甲酸酯溶于丙酮或二氯甲烷，聚醋酸乙烯酯溶于丙酮与二甲基甲酰胺的混合液，聚环氧乙烷溶于二甲基亚砜或二氯甲烷与丙酮的混合液，聚乙烯醇溶于二氯甲烷或二甲基亚砜，聚乳酸溶于二氯甲烷，以及聚己内酯溶于丙酮或二甲基亚砜或二氯甲烷与丙酮的混合液。
6.根据权利要求3所述的一种含多壁碳纳米管的复合纤维材料的制备方法，其特征在于表面活性剂选自聚醚F127、十二烷基硫酸钠、烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、聚山梨酯(吐温)，其中的一种或几种的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种含多壁碳纳米管的复合纤维材料及制备方法，其特征在于复合纤维材料由多壁碳纳米管与有机高分子组成；制备方法为多壁碳纳米管分散在有机溶剂中，经过搅拌分散，加入高分子溶液制成多壁碳纳米管高分子悬浊液，高分子与多壁碳纳米管悬浮液通过注射器和聚乙烯导管连接到金属毛细管中制备包含多壁碳纳米管的复合纤维材料；本发明含多壁碳纳米管的复合纤维材料的制备方法，利用静电纺丝的技术制备包含多壁碳纳米管的复合纤维材料，提高了电纺纤维的电性能，从而控制细胞附着力和细胞分化，工艺简单、易于操作且成本低，可应用于在骨组织工程中。
文档编号D01F6/94GK102534835SQ20111034489
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者许杉杉, 韩志超 申请人:无锡中科光远生物材料有限公司