三維大孔徑納米級纖維支架與製備方法
2023-12-07 05:47:06 3
專利名稱：三維大孔徑納米級纖維支架與製備方法
技術領域：
本發明涉及三維大孔徑納米級纖維支架與製備方法，特別涉及一種靜電紡技術製備用於修復缺損組織或構建器官支架的方法，屬於醫用材料製造方法技術領域。
背景技術：
如何構建具有仿生天然細胞外基質結構和功能的組織工程修復材料，從而為種子細胞提供良好的生長、增值和功能表達環境，甚至誘導影響細胞分化，一直是組織工程研究的難點和熱點。目前，由靜電紡絲製備的納米組織工程支架由於具有極大的比表面積、高的空隙率與高的表面能等特點，能夠從納米尺度上模仿天然胞外基質，可作為細胞生長的多孔支架，促進細胞的遷移和増殖，已廣泛應用於製備組織工程修復材料、創傷敷料、藥物緩釋載體的研究。理想的支架，不僅需要具有高的孔隙率，而且需要大的孔徑，這樣才能輸送營養和 氧氣以利細胞的増殖和分化。孔隙率和平均孔徑是細胞增殖以及形成三維組織的重要參數。孔徑的大小取決於細胞類型，一般認為應是50 500 μ m，但是細胞可以容易地遷移到深度約為IOOym的區域，對於更深的區域，難以保證細胞的種植與滲透。一般的納米纖維支架由於孔徑較小往往阻礙了細胞間的聯繫。尤其心肌細胞對培養環境和支架材料的要求很苛刻，現在所能提供的條件很難滿足心肌細胞生長和分化的需要，尚不能在體外構建出功能良好的，比較成熟的心肌組織。雖然通過靜電紡絲技術可以製備具有細胞外基質結構的組織工程支架，由於電紡纖維的孔徑較小，播種的細胞僅在纖維表面黏附、生長和増殖。在深度超過100 μ m吋，細胞無法得到充足的營養而死亡，因此需要結合其它技術製備孔徑較大，纖維較細的支架。生物可降解聚酯是具有純度高、無毒害、無刺激性、化學穩定性好、降解、不引起炎症、無過敏反應、生物相容性好、不致癌、重金屬含量低、PH值小，不引起溶血和凝血等性能，其在生物醫學領域有較多應用。例如，近年來國內外展開了關於聚己內酯和聚乳酸基組織工程心臟瓣膜、多孔的軟骨細胞培養支架、骨組織工程複合材料等的研究，其組織工程支架已應用於皮膚、骨、心血管、肝和血管等方面。但常規生物可降解聚酯纖維較粗細胞的黏附力較低和細胞親和性不足，影響了細胞在其表面上的黏附生長。靜電紡纖維具有較小直徑，且經過後處理的纖維支架具有較大的孔隙不僅能保證細胞深入生長而且能夠保證人體內的中性白細胞通過修補支架的孔隙，吞噬容易引起感染的細菌，有利於受創部位的癒合而不易引起受創部位的感染。
發明內容
本發明的目的在於提出ー種用靜電紡絲エ藝與冷凍定型乾燥等エ藝相結合製備大孔高孔隙率三維納米纖維支架的方法，以克服現有技術存在的上述缺陷，並提高細胞相容性。本發明的製備大孔高孔隙率三維納米纖維支架的方法，包括如下步驟
(I)將不同含量的生物可降解聚酯、溶劑和添加劑在O 80°C下混合溶解，獲得紡絲原液，其中按照重量計，生物可降解聚酯與添加劑混合物I 40份，溶劑99 60份，添加劑O 50份，然後由幹法紡絲得到初生纖維氈。所述生物可降解聚酯重均分子量為I 300萬,分子量分布指數2 5,雜質重量含量為5%以下。所述添加劑為聚こ烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化こ烯(PEO)、聚丙烯醯胺、聚こ烯醇(PVA)。重均分子量為3000 300萬，雜質重量含量為5%以下。所述的溶劑為N，N ニ甲基甲醯胺DMF、N，N ニ甲基こ醯胺DMAc、酒精、ニ氯甲烷、三氯甲烷、1，2_ ニ氯こ烷、四氫呋喃、丙酮、三氯こ烯、こ酸こ酷、六氟異丙醇或三氟こ醇中的ー種以上；(2)用上述的靜電紡絲液進行靜電紡絲，由微量注射泵擠出，噴ロ接高壓正極，接受裝置接地，控制的靜電紡參數為電壓5kv 20kv，噴ロ孔徑I μ m 2mm，溶液流速I μ I/ h 10ml/h,環境溫度O 100°C,接收距離2 50cm,收集納米纖維租；該纖維氈可用於醫用補片、載藥纖維、藥物緩釋織物等醫用領域，也可用於織成吸油織物、可降解無紡布、可降解織物等民用環保領域，還可將其短纖用於製造香菸過濾嘴等多方面用途。(3)紡後48h內將纖維氈浸入到溶劑中，於-200°C -4 °C之間進行預冷凍，再於-40°C 4°C冷凍真空乾燥，獲得大孔且孔洞相互貫通的立體三維支架。所述溶劑為こ醇、丙酮、甲醇和水等中的ー種以上；該纖維支架可用於心臟支架、疝處的修補、各種骨移植手術、腦瓣的修補、腦血管、以及頸動脈處的修補，也可用於嘴唇修補、鼻梁修整等人體各處。本發明具有如下優點I.生物可降解纖維支架，不光具有無毒害、無刺激性、化學穩定性好、降解、不引起炎症、無過敏反應、生物相容性好、不致癌、重金屬含量低、PH值小，不引起溶血和凝血等性能。而且具有所需的物理、力學性能和加工性能、井能經受消毒處理。並且植入不需再次取出，減少病人痛苦；2.通過靜電紡絲エ藝製備的納米級三維支架，具有操作方法簡單、經濟成本降低。而且還具有微纖效應，電學性能，以及力學性能如非常大的比表面積，柔性及超強的力學行為(如硬度和抗張強度)，這些優異的特性使納米纖維更適合醫藥衛生，組織工程等領域；3.納米纖維支架不光在結構上能夠有效模仿細胞外基質，而且性能上具有細胞外基質的性能，具有良好的細胞粘附性、擴增、遷移、分化等功能；4.上述所製備的大孔納米級三維支架具有良好的生物相容性與組織再生能力；與人體壞損組織再生相匹配的降解速率；良好的通透性能夠保證細胞的暢通；達到所需修補組織或器官的強度和臨床可操作性。較大的孔隙能夠保證人體內的中性白細胞通過修補支架的孔隙，吞噬容易引起感染的細菌，有利於受創部位的癒合而不易引起受創部位的感染。
圖I是本發明實施例I製備出的大孔納米支架材料的掃描電鏡圖。
圖2是本發明實施例I製備出的大孔納米支架材料的細胞相容圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行具體的描述，需要指出的是，以下實施例只是用於對本發明進行進ー步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述本發明內容對本發明作出一些非本質的改進和調整。實施例I(I)纖維氈的製備
權利要求
1.一種三維大孔徑納米級纖維支架與製備方法，其特徵是支架中纖維的平均直徑為Inm 900nm ;支架呈三維立體結構；厚度為O. Olum IOcm ;空隙率約為50% 98%。
2.如權利要求I纖維支架，其特徵是所述的生物可降解聚酯纖維分子量為I萬至300萬；所述聚酯為聚己內酯、聚乳酸、聚乙交酯(PGA)、聚羥基烷基酯(PHA)、聚丙交酯乙交酯(PLGA)中的一種。
3.—種三維大孔徑納米級纖維支架的製備方法，其特徵是採用如下步驟 (1)，將不同含量的可降解聚酯、溶劑和添加劑在20 80°C下混合溶解，獲得紡絲原液，其中按照重量計，可降解聚酯與添加劑混合物I 40份，溶劑99 60份，然後由幹法紡絲得到初生纖維氈。
所述的可降解聚酯如權利要求2 所述的添加劑如權利要求4 所述的溶劑如權利要求5 (2)，用上述的靜電紡絲液進行靜電紡絲，由微量注射泵擠出，噴口接高壓正極，接受裝置接地，控制的靜電紡參數為電壓5kv 20kv，噴口孔徑I μ m 2mm，溶液流速I μ Ι/h 10ml/h,環境溫度O 100°C,接收距離2 50cm,收集納米纖維租； (3)，紡後48h內將纖維氈浸入到溶劑中，先於一定溫度下進行預冷凍乾燥，再於一定溫度下進行CO2冷凍乾燥，獲得大孔且孔洞相互貫通的立體三維支架。
所述溶劑為乙醇、丙酮、甲醇和水等中的一種以上。
所述的預冷凍溫度如權利要求6 所述的再冷凍乾燥溫度如權利要求7
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵是所述的添加劑為PVP、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯醯胺、聚乙烯醇(PVA)中的一種以上。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵是所述的有機溶劑為N，N二甲基甲醯胺DMF、N，N 二甲基乙醯胺DMAc、酒精、二氯甲烷、三氯甲烷、1，2-二氯乙烷、四氫呋喃、丙酮、三氯乙烯、乙酸乙酯、六氟異丙醇或三氟乙醇中的一種或幾種混合溶劑。
6.根據權利要求3所述的方法，其特徵是所述的預冷凍溫度為_200°C _4°C。
7.根據權利要求3所述的方法，其特徵是所述的再冷凍乾燥溫度為_40°C 4°C。
全文摘要
本發明公開了一種三維大孔徑納米級纖維支架與製備方法。支架中纖維平均直徑約為1nm～900nm，空隙率約為50％～98％，支架呈三維立體結構，支架厚度為0.01um～10cm。其包括如下步驟將生物降解聚酯和添加劑溶解於有機溶劑中，製得紡絲原液。利用靜電紡絲工藝對上述紡絲溶液進行紡絲，獲得納米/亞微米級纖維氈。紡後48h內將纖維氈浸入到溶劑中，先進行預冷凍，再進行冷凍乾燥，獲得大孔且孔洞相互貫通的立體三維支架。本發明製備了大孔、孔道貫通的立體三維組織工程支架材料，內部孔結構均勻，可用作骨、軟骨、血管、心臟、神經等組織工程細胞支架，適合多種細胞的生長。
文檔編號A61L27/56GK102813562SQ201110154938
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月10日 優先權日2011年6月10日
發明者馮淑芹 申請人:馮淑芹