一種晶須纖維材料及其制備和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及晶須纖維材料領域，特別提供一種新型晶須纖維材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 伴隨著現代高科技的迅猛發展，晶須纖維材料的需求日益擴大，制備晶須纖維材 料的技術也在不斷的更新與發展，新的晶須材料品種逐步擴大，晶須纖維材料的應用范圍 延伸到各個領域，從20世紀40-60年代，晶須纖維制備技術及理論研究開始，到70-80年 代初步應用及規模化生產，再到21世紀初的高科技時代，晶須纖維產品已經開發了 100多 種，有金屬、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、無機鹽等晶須纖維材料。它們被廣泛應用于航 空航天、汽車工業、化學工業、建筑工業、生物醫學材料及特殊功能材料領域。
[0003] 尤其是近年，晶須材料在生物醫學材料方面的應用，已經成為繼納米醫用材料之 后最新的研究熱點。這完全取決于新晶須纖維材料的制備技術與方法。最新技術及方法的 應用及新晶須纖維材料的出現，帶給生物醫學材料變革。創新技術使制備方法更加簡便、制 備成本更加低廉，已使晶須纖維材料在生物醫學應用方面成為可能。如：納米碳管纖維材料 的發現，已在生物醫學研究領域開展廣泛的研究，是當今醫學界最熱的方向。從而，又一次 帶動晶須纖維材料在醫學應用的浪潮。它可以和70- 80年代SiC晶須纖維材料在航空航 天領域應用媲美。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種全新的晶須纖維材料及其制備方法，該晶須纖維材料 采用固+液浸泡混合法制備，對大腸桿菌、金葡萄菌及白色念珠菌有抗菌作用，可作為生物 醫學材料廣泛應用。
[0005] 本發明具體提供了一種晶須纖維材料，其特征在于：所述晶須纖維材料的形貌是 枝柱狀或片狀，長徑比> 10倍，主要成分是磷酸鎂或磷酸氫鎂鹽含結晶水的化合物。
[0006] 本發明所述晶須纖維材料，其特征在于：所述晶須纖維材料的尺寸是：橫向長 500nm一5um、寬 200nm -900nm，縱向長 2um-50um。
[0007] 本發明所述晶須纖維材料，其特征在于：所述晶須纖維材料所含主要化學元素簡 單（為P、Mg、0、H)，是人體所需要的微量元素成分，并含有微量Na、K、Cl。對所述晶須纖 維進行了 XRD結構分析，從XRD的曲線圖分析得出晶須纖維的主要成分是Mg3(P04)2XH 20、 MgHP04XH20,其中X為1~30之間的自然數。該晶須在溶液中降解時，可調控溶液的pH值， 水溶液中顯堿性。
[0008] 本發明還提供了所述晶須纖維材料的制備方法，其特征在于：將純金屬鎂（優選 純鎂含量> 99.9% )浸泡在含有磷酸根、磷酸氫根、磷酸二氫根鹽之一種或多種以及氯離 子鹽的混合溶液中（該混合溶液應符合化學穩定性要求），經腐蝕降解反應，最終制得晶須 纖維材料。所述純金屬鎂可通過軋制、擠壓、拉拔等形式制備。
[0009] 本發明所述晶須纖維材料的制備方法，其特征在于：所述氯離子鹽為NaCl、KC1、 CaCl2、MgCl2、FeCl2、FeCl3、CuCl、CuCl 2、ZnCl2 之一種或多種，磷酸根鹽為 Na3P04、Κ3Ρ04、 Ca3(P04)2之一種或多種，磷酸氫根鹽為Na2HP0 4、Κ2ΗΡ04、CaHP04之一種或多種，磷酸二氫根 鹽為 NaH2P04、KH2P04、Ca (Η2Ρ04) 2 之一種或多種。
[0010] 配制溶液時，氯鹽和磷酸鹽（包括磷酸根、磷酸氫根、磷酸二氫根鹽）的質量比為 60 - 2:1，或要求溶液中氯離子和磷酸根離子（包括所有磷酸根離子、磷酸一氫根離子以及 磷酸二氫根離子）的摩爾比為150 - 5:1，溶液中不可加入其它鹽類。
[0011] 本發明所述晶須纖維材料的制備方法，其特征在于：制備晶須纖維時的環境溫度 在常溫一80°C之間，制備時間為彡3小時。
[0012] 本發明所述晶須纖維材料對大腸桿菌、金葡萄菌、白色念珠菌有抗菌作用，可以作 為生物醫學材料廣泛應用。
[0013] 本發明提供了一種全新的晶須纖維材料，該材料具有符合生物醫學材料所需的形 貌特征，且其具有制備方法簡便，設備要求不高，成本低廉等特點，可作為生物醫學材料廣 泛應用。
【附圖說明】
[0014] 圖1實施例1所述晶須纖維的形貌、尺寸圖。
[0015] 圖2實施例1所述晶須纖維能譜圖。
[0016] 圖3實施例2所述晶須纖維的形貌、尺寸圖。
[0017] 圖4實施例2所述晶須的熱重曲線。
[0018] 圖5實施例2所述晶須纖維的能譜圖。
[0019] 圖6實施例2所述晶須纖維的XRD圖。
[0020] 圖7實施例3所述晶須纖維的形貌、尺寸圖。
[0021] 圖8實施例3所述晶須的熱重曲線。
[0022] 圖9實施例3所述晶須纖維的能譜圖。
[0023] 圖10實施例3所述晶須纖維的XRD圖。
[0024] 圖11實施例4晶須纖維材料抗大腸桿菌實驗結果圖。
[0025] 圖12實施例5晶須纖維材料抗金葡萄菌實驗結果圖。
[0026] 圖13實施例6晶須纖維材料抗白色念珠菌實驗結果圖。
[0027] 圖14不同重量（mg)晶須纖維在三種菌液中pH值變化。
【具體實施方式】
[0028] 實施例1
[0029] 直接選取鎂含量> 99. 9%的純鎂軋制材料，用線切割加工成直徑為10mm*20mm的 棒材若干根，經過砂紙打磨，去掉切割時的氧化層，將其放入玻璃瓶中，再放入一定量的無 水乙醇將其浸沒。然后進行超聲波清洗，時間每次在15分鐘左右，直到清洗干凈為止。取 出吹干后，放入潔凈瓶中備用。
[0030] 配制溶液化學成分：2克Na3P04、0. 3克KC1、0. 25KH2P04、10克NaCl，加蒸餾水 500mL，制得腐蝕降解溶液500mL，裝入潔凈瓶中備用。
[0031] 將準備好的5根純鎂棒分別放入5個容積為50mL潔凈的試管中，再用移液管吸取 已配制好的溶液35mL，分別滴入到裝有鎂棒的試管中，將此試管放入溫度可控的恒溫箱中， 設定反應溫度為50°C后，等待腐蝕降解產物的生成。
[0032] 從腐蝕降解時間觀察，3小時以后，溶液中有白色懸浮的腐蝕降解產物生成。持續 觀察腐蝕降解情況24h后，將溶液中的全部白色懸浮產物用吸管吸出到一個潔凈的瓶中， 再用蒸餾水稀釋洗滌5~8次。最后一次剩下含水分較少的白色懸浮產物，再用無水乙醇 稀釋洗滌3次以上，將水分帶出，直到瓶內僅剩下白色產物為止。將瓶放入到恒溫箱中，溫 度控制在60~80°C，時間24小時以上，將白色產物中的無水乙醇脫去，最終在瓶內得到 白色絮狀的粉，經過掃描電鏡、能譜、XRD、熱重分析檢驗，分析結果發現是一種新的晶須纖 維，其形貌特征為枝柱狀或片狀，尺寸大小：橫向長500nm - 5um、寬200nm - 900nm，縱向長 2um-50um，長徑比彡10倍。能譜分析主要元素含量為P、Mg、0及微量Na、K、Cl元素 。XRD 曲線分析該產物是以磷酸鎂鹽為主的晶須纖維結構。經熱重曲線數據分析，其磷酸鎂鹽為 含有ΧΗ20的化合物。從上述數據推得該產物是以Mg 3(P04)2XH20、MgHP04XH 20為主晶須纖維 的產物。
[0033] 實施例2
[0034] 直接選取鎂含量> 99. 9%的純鎂擠壓材料，用線切割加工成直徑為10mm*20mm的 棒材若干根，經過砂紙打磨，去掉切割時的氧化層，將其放入玻璃瓶中，再放入一定量的無 水乙醇將其浸沒。然后進行超聲波清洗，時間每次在15分鐘左右，直到清洗干凈為止。取 出吹干后，放入潔凈瓶中備用。
[0035] 配制溶液化學成分：3克Na3P04、0. 6克KH2P04、9克NaCl，加蒸餾水500mL，制得腐 蝕降解溶液500mL，裝入潔凈瓶中備用。
[0036] 將準備好的5根純鎂棒分別放入5個容積為50mL潔凈的試管中，再用移液管吸取 已配制好的溶液35mL，分別滴入到裝有鎂棒的試管中，將此試管放入在溫度可控的恒溫箱 中，設定反應溫度為80°C后，等待腐蝕降解產物的生成。
[0037] 從腐蝕降解時間觀察，3小時以后，溶液中就有白色懸浮的腐蝕降解產物生成。持 續觀察腐蝕降解情況，48h后，將溶液中的全部白色懸浮產物用吸管吸出到一個潔凈的瓶 中，再用蒸餾水稀釋洗滌5~8次，最后一次剩下含水分較少的白色懸浮產物。再用無水 乙醇稀釋洗滌3次以上，將水分帶出，直到瓶內僅剩下白色產物為止，將瓶放入到恒溫箱 中，溫度控制在60~80°C，24小時以上，將白色產物中的無水乙醇脫去，最終在瓶內得到白 色絮狀的粉，經過掃描電鏡、能譜、XRD、熱重分析等檢驗，分析結果發現是一種新的晶須纖 維。其形貌特征為枝柱狀或片狀，尺寸大小：橫向長500nm - 5um、寬200nm - 900nm，縱向長 2um-50um，長徑比彡10倍。能譜分析主要元素含量為P、Mg、0及微量Na、K、Cl元素 。XRD 曲線分析該產物是以磷酸鎂鹽為主的晶須纖維結構。經熱重曲線數據分析，其磷酸鎂鹽是 含有ΧΗ20的化合物。從上述數據推得該產物是Mg 3 (P04) 2XH20、MgHP04XH20晶須纖維產物。
[0038] 實施例3
[0039] 直接選取鎂含量> 99. 9%的純鎂拉拔絲材料，加工成直徑為的絲材若 干根，經過砂紙打磨，去掉切割時的氧化層，將其放入玻璃瓶中，再放入一定量的無水乙醇 將其浸沒。然后進行超聲波清洗，時間每次在15分鐘左右，直到清洗干凈為止。取出吹干 后，放入潔凈瓶中備用。
[0040] 配制溶液化學成分：5克Na3P04、8克KC1、0. 15克ΚΗ2Ρ04，加蒸餾水200mL，制得腐 蝕降解溶液200mL，裝入潔凈瓶中備用。
[0041] 將準備好的5根純鎂絲分別放入5個容積為20mL潔凈的試管中，再用移液管吸取 已配制好的溶液10mL，分別滴入到裝有鎂絲的試管中，將此試管放入在溫度可控的恒溫箱 中，設定反應溫度為30°C后，等待腐蝕降解產物的生成。
[0042] 從腐蝕降解時間觀察，24小時以后，溶液中就有白色懸浮的腐蝕降解產物生成。 持續觀察腐蝕降解情況，72h后，將溶液中的全部白色懸浮產物用吸管吸出到一個潔凈的 瓶中，再用蒸餾水稀釋洗滌5~8次，最后一次剩下含水分較少的白色懸浮產物。再用無 水乙醇稀釋洗滌3次以上，將水分帶出，直到瓶內僅剩下白色產物為止，將瓶放入到恒溫箱 中，溫度控制在60~80°C，24小時以上，將白色產物中的無水乙醇脫去，最終在瓶內得到白 色絮狀的粉，經過掃描電鏡、能譜、XRD、熱重分析等檢驗，分析結果發現是一種新的晶須纖 維。其形貌特征為枝柱狀或片狀，尺寸大小：橫向長500nm - 5um、寬200nm - 900nm，縱向長 2um-50um，長徑比彡10倍。能譜分析主要元素含量為P、Mg、0及微量Na、K、Cl元素 。XRD 曲線分析該產物是以磷酸鎂鹽為主的晶須纖維結構。經熱重曲線數據分析，其磷酸鎂鹽是 含有ΧΗ20的化合物。從上述數據