[發(fā)明專利]一種骨仿生水泥基梯度彈道材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110403098.5
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113003990B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設計）人: 馮君;孫溪晨;陳捷;劉陳心怡;伊米蘭;盧思怡;南毅飛;劉苗苗;陳思宇;陳柄丞
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張祥

1.一種骨仿生水泥基梯度彈道材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：選用具有礦化沉淀功能的脲酶菌為菌體凍干粉，對菌體凍干粉進行活化并培養(yǎng)；

步驟二：選用載體，對固載層材料進行制備；

步驟三：將固載層材料與水泥砂漿分層混合得到所述水泥基梯度彈道材料；

所述步驟一具體包括：

(1.1)第一培養(yǎng)基配置：第一培養(yǎng)基中各成分含量如下：超純水、蛋白胨、牛肉膏、碳酸鈉、碳酸氫鈉、瓊脂粉、尿素；

(1.2)第一培養(yǎng)基滅菌：將第一培養(yǎng)基置于高壓鍋中高溫滅菌；

(1.3)將滅菌后的第一培養(yǎng)基倒入平板內：在含有瓊脂粉的滅菌后的第一培養(yǎng)基冷卻凝固前，將滅菌后的第一培養(yǎng)基倒入培養(yǎng)皿內制備得到細菌活化所用固體瓊脂平板；

(1.4)細菌活化：取出冷藏的菌種，直接放入溫水中，待菌種變成液體狀態(tài)得到細菌懸液；

(1.5)細菌懸液涂平板：利用移液器吸取所述細菌懸液加入平板中，然后利用三角涂棒在平板上將所滴入的細菌懸液均勻涂開；

(1.6)封口以及恒溫培養(yǎng)：將接種后的平板利用封口膜封住，封口完成后將平板置于恒溫培養(yǎng)器中恒溫培養(yǎng)；

(1.7)第二培養(yǎng)基配置：第二培養(yǎng)基中各成分含量如下：超純水、蛋白胨、牛肉膏、碳酸鈉、碳酸氫鈉、尿素；

(1.8)第二培養(yǎng)基滅菌：將第二培養(yǎng)基置于高壓鍋中高溫滅菌；

(1.9)細菌培養(yǎng)：挑步驟(1.6)中平板上單個菌落，接種至第二培養(yǎng)基中，在搖床中恒溫培養(yǎng)得到菌液；

所述步驟二中的載體為云豆石和殼聚糖水凝膠；

所述步驟二中對固載層材料進行制備包括高強度陶粒層的制備和凝膠層的制備，

高強度陶粒層的制備步驟為：

(2.1)將步驟一得到的菌液與云豆石的結合采用真空吸附法，其具體操作方法為：

取新鮮菌液備用，將待吸附的云豆石放入真空鍋中，并將真空鍋鍋蓋擰緊，關閉進氣口，打開吸氣口，開啟真空泵，將真空鍋內的氣壓吸至負壓0.06MPa，然后將與進氣口連接的塑料管口浸入菌液中，并緩緩開啟入氣口閥門，將菌液吸入真空鍋中，期間保持鍋內壓力為負壓0.06MPa不變，待菌液吸附完畢，使云豆石對菌液充分吸附，關閉所有閥門，使鍋內保持15-20min，吸附菌液后將云豆石用篩網(wǎng)濾去多余菌液，放入40±2℃的烘箱中烘干至恒重；

(2.2)Na₂HPO₄與云豆石的結合采用真空吸附法，其具體操作方法為：

為保證直接摻入的Na₂HPO₄試件組和以云豆石固載Na₂HPO₄試件組的Na₂HPO₄用量一致，通過云豆石的15-20min負壓吸水率368.5％進行計算，當摻入25％的Na₂HPO₄時，發(fā)現(xiàn)需要配置質量分數(shù)10-15％的Na₂HPO₄溶液，將Na₂HPO₄粉末用熱水溶解，配制成質量分數(shù)為10-15％的溶液，將步驟2.1得到的云豆石放入真空鍋中，并將真空鍋鍋蓋擰緊，關閉進氣口，打開吸氣口，開啟真空泵，將鍋內的氣壓吸至負壓0.06MPa，然后將與進氣口連接的塑料管口浸入Na₂HPO₄溶液中，并緩緩開啟入氣口閥門，將Na₂HPO₄溶液吸入真空鍋中，期間保持鍋內壓力為負壓0.06MPa不變，待Na₂HPO₄溶液吸附完畢，關閉所有閥門，使鍋內保持20-25min，吸附Na₂HPO₄溶液后將云豆石用篩網(wǎng)濾去多余液體，放入100℃的烘箱中烘干至恒重；

(2.3)對步驟2.2干燥所得的云豆石進行外包裹處理，具體操作為：

包裹材料為偏高嶺土、硅酸鈉溶液與水混合所得的漿體，漿體中各組分含量為偏高嶺土∶硅酸鈉溶液∶水＝2.2∶1.0∶1.1，包裹方法為：將噴涂箱傾斜放置，取步驟2.2干燥所得的云豆石均勻平鋪在噴涂箱內，將包裹材料按照配比稱量，先將水加入水玻璃中攪拌均勻得到水玻璃溶液，然后向稱量好的偏高嶺土倒入水玻璃溶液攪拌均勻得到攪拌好的漿體，打開空壓機，將空壓機調到0.4-0.6MPa，然后將攪拌好的漿體倒入噴涂箱，打開噴槍進行噴涂，噴涂30s后，翻轉云豆石，對另一面進行噴涂30s，如此為一個循環(huán)，循環(huán)此過程直至包裹材料噴完，噴涂結束后將噴涂好的云豆石進行裝袋養(yǎng)護12h，然后放入40±2℃烘箱內烘干至恒重得到高強度陶粒層；

凝膠層的制備步驟為：

首先制備甲殼素，所述甲殼素的制備方法如下：

(2.4)取30g甲殼素粗制品，用6％鹽酸浸泡16h，水洗至中性；

(2.5)加入10％NaOH煮沸，水洗至中性；

(2.6)用4％鹽酸浸泡12h，水洗至中性；

(2.7)加入8％NaOH煮沸0.5h，水洗至中性；

(2.8)太陽曬干脫色素得到所述甲殼素，

其次制備殼聚糖，具體操作如下：

(2.9)取步驟2.8得到的甲殼素1g，加入25mL 50％NaOH，浸泡0.5h后置于微波爐內，用中高火微波輻射5min，反應結束后取出冷卻，清水洗至中性，即得片狀殼聚糖產(chǎn)品；

(2.10)將制得的片狀殼聚糖產(chǎn)品溶于3％乙酸溶液中，抽濾，濾液用10％NaOH調pH至堿性，沉淀出純凈的凝膠狀殼聚糖；離心取沉淀，水洗至中性，無水乙醇脫水，70℃烘箱中干燥，得殼聚糖；

最后是凝膠層制備：

(2.11)在100mL去離子水中溶解2g所述殼聚糖，35℃下充分攪拌4h后加入2g尿素，通入99.99％純度的N₂ 20min，充分溶解得到第一混合溶液；

(2.12)在攪拌條件下，將所得第一混合溶液裝入分液漏斗，分液漏斗接有無針頭注射器，保持分液漏斗滴加速度為四秒一滴，滴入400mL，濃度為0.1mol/L的Ca(NO₃)₂溶液中得到第二混合溶液，將第二混合溶液倒入玻璃器皿中使用保鮮膜在60℃條件下封存24h使其充分交聯(lián)，形成以殼聚糖為單體、Ca²⁺作為交聯(lián)劑的浸漬尿素的凝膠層；

所述步驟三包括：

(3.1)制備水泥砂漿；

(3.2)將固載層材料與水泥砂漿分層混合得到所述水泥基梯度彈道材料；

制備水泥砂漿具體包括：

(3.11)先將0.006份減水劑加入1份水中，充分攪拌30s；

(3.12)再將3份水泥、0.3份粉煤灰和步驟3.11中攪拌后的水投入攪拌機內攪拌得到具有流動性的砂漿；

(3.13)對步驟3.12的砂漿再加入1.2份砂子，繼續(xù)慢攪60s，快攪30s得到水泥砂漿；

所述步驟3.2包括以下步驟：

(3.14)將0.016份的PVA纖維加入步驟3.13中的水泥砂漿，慢攪60s，快攪30s得到PVA纖維層；

(3.15)將步驟3.13制備得到的水泥砂漿分別加入所述高強度陶粒層和凝膠層中，慢攪60s，快攪30s得到高強度陶?；旌蠈雍湍z混合層；

(3.16)將拌制好的PVA纖維層、高強度陶?；旌蠈雍湍z混合層裝入40mm×40mm×160mm的標準三聯(lián)模中，三聯(lián)模底部倒入PVA纖維層，用振動臺振實抹平，PVA纖維層上放置一層高強度陶?；旌蠈?，用振動臺振實抹平，高強度陶粒混合層上面澆注一層凝膠混合層，用振動臺振實抹平，再在凝膠混合層上放置一層高強度陶?；旌蠈樱谜駝优_振實抹平，最后在高強度陶?；旌蠈由戏胖靡粚覲VA纖維層，用振動臺振實抹平，最終得到所述水泥基梯度彈道材料。