[发明专利]一种基于负泊松比效应构建的仿生骨复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种基于负泊松比效应构建的仿生骨复合材料，其特征在于它是以矿化的纳米纤维为基本单元，沿轴向平行排列形成纳米纤维纱线结构，再进一步交织形成具有负泊松比结构的有机/无机的纳米复合材料，有机的纳米纤维与无机的矿物质的质量比为1:1-10，孔隙率为35%-85%。

2.根据权利要求1所述的基于负泊松比效应构建仿生骨复合材料，其特征在于所述的纳米复合材料是由纳米纤维经纱、纬纱以及结节纱按照设计的负泊松比结构编织而成，结节点的密度为10-40个/cm²，多层纳米纤维织物的经密为90-240根/5cm，纬密为140-280根/5cm层数至少为4层。

3.根据权利要求1或2所述的基于负泊松比效应构建仿生骨复合材料，其特征在于所述的纳米纤维纱线是由矿化的纳米纤维沿纱线轴向平行排列形成的，纳米纤维纱线的直径为200-400μm，所述的矿化纳米纤维是无机矿物在纳米纤维上自组装得到的。

4.根据权利要求1或3所述的基于负泊松比效应构建仿生骨复合材料，其特征在于所述的纳米纤维是由聚乳酸和柞蚕丝素构成的，其直径为纳米纤维的直径200-1000nm，柞蚕丝素和聚乳酸的质量比为5：95-25:75，聚乳酸分子量大于100000，柞蚕丝素蛋白分子的特性粘度大于或等于0.50。

5.根据权利要求1所述的基于负泊松比效应构建仿生骨复合材料，其特征在于所述的无机的矿物质为羟基磷灰石，它是由针状晶粒组成的球状形貌，针状晶粒尺寸为 0.5nm- 1nm。

6.如权利要求1所述的基于负泊松比效应构建仿生骨复合材料的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）将柞蚕丝素和聚乳酸按照质量比为1:1-10放入六氟异丙醇溶液中，在常温下进行磁力搅拌1-3天，得到质量分数为5-25%的静电纺丝溶液；

（2）将去离子水和无水乙醇按照质量比为1:1-4的比例配置混合溶剂，将聚乙烯吡咯烷酮放入混合溶剂中，在室温下磁力搅拌120-360min得到质量分数为15-35%的聚乙烯吡咯烷酮溶液；

（3）以步骤（1）中的混合纺丝溶液作为芯层溶液，以步骤（2）中的聚乙烯吡咯烷酮溶液作为壳层溶液，利用静电纺丝的方法制备具有皮芯结构的纳米纤维构成的纳米纤维纱线，所述的纳米纤维的皮层为聚乙烯吡咯烷酮，所述的纳米纤维的芯层为柞蚕丝素和聚乳酸混合成分，静电纺丝的电压为18-25 kV，纺丝溶液总流量为0.1-1.0 mL/h，正负喷头溶液流量比1:0.5-2，芯溶液与壳溶液的流量比为1-1:3，喷头内管内径0.3 mm，外管内径0.5mm，正负喷头间的距离10-15 cm，卷绕速度35-50mm/min；

（4）将步骤（3）中所得的具有皮芯结构的纳米纤维构成的纳米纤维纱线利用纺织编织技术，编织形成具有负泊松比结构的三维多层纳米纤维织物，多层纳米纤维织物的经密为90-240根/5cm，纬密为140-280根/5cm，结节点的密度为10-40个/cm²；

（5）将步骤（4）中的的多层纳米纤维织物浸泡在质量分数为70-95%的乙醇水溶液中处理30-120min，然后放入循环流动的去离子水中，去除纳米纤维皮层的聚乙烯吡咯烷酮；

（6）将步骤（5）中的多层纳米纤维织物浸泡在1-2倍的模拟体液中进行循环流动矿化，模拟体液的循环流动流速为0-50ml/h，在37℃恒温下矿化6h-72h后取出用去离子水清洗，并在真空烘箱中50-60℃下干燥，得到基于负泊松比效应构建仿生骨复合材料。