无机纳米粒子掺杂活性碳纳米纤维的制备及生物性能评价

• 作 者: 迟明超
• 发表日期: 2012年01期
• 关键词: 碳纳米纤维 静电纺丝 溶胶-凝胶 离子掺杂 生物活性玻璃 磷酸三钙

通过静电纺丝-碳化法制备的碳纳米纤维材料以其优异的化学稳定性、力学性能、与细胞外基质相似的结构、高孔隙率和高比表面积等优点，已被列为组织工程的理想材料。然而，为了克服碳纳米纤维自身的生物惰性，使其更好的与创伤部位结合，将其与一种或几种生物材料进行复合制备出新的生物复合材料是目前组织工程领域的研究热点。本课题组在早期的研究中已将溶胶-凝胶、静电纺丝和原位烧结相结合，制备了含类骨成分（磷酸钙、生物活性玻璃）的杂化碳纳米纤维，不仅提高了材料的生物活性，还通过无机纳米粒子的降解减小了碳纳米纤维的长径比，利于碳纳米纤维从体内排除，发展一种新型的具有高生物活性、高强度的无机纳米粒子掺杂碳纳米纤维材料，用于骨缺损修复。在此基础上，本文继续采用该方法制备不同SiO₂含量的Bioglass@CNFs及离子掺杂β-TCP/CNFs杂化材料，系统地评价SiO₂含量的不同及离子的引入对材料生物活性的影响。SEM、TEM表征结果证实高温烧结碳化后得到的复合纳米纤维，纤维形貌均匀，表面可见直径为数十纳米的无机粒子均匀分布，生物矿化结果表明68SBioglass@CNFs的生物活性最高，MC3T3-E1成骨细胞体外培养进一步表明Bioglass@CNFs中SiO₂的最优含量为68mol%，离子掺杂β-TCP/CNF杂化材料中离子(Mg²⁺、Zn²⁺)的引入明显提高了材料的生物活性及生物相容性。本实验制备的新型杂化碳纳米材料可直接作为骨组织工程支架材料使用，也可以与其他支架成型方法（如相分离法）结合，作为增强纤维引入其他可降解聚合物支架，修复承重部位的骨缺损。