一種高模量超親水生物支架制備方法技術

本發明專利技術公開了一種高模量超親水生物支架制備方法,本發明專利技術通過靜電紡絲技術制備合成/天然高分子復合纖維生物支架,并通過聚多巴胺表面涂層的方法修飾復合纖維表面性質。該方法制備的復合纖維支架具有高模量、超親水性和良好的生物相容性，有利于細胞的黏附、增殖和分化。通過天然高分子的引入，使纖維支架在具有良好力學性能的同時，具有良好的親水性能和生物相容性，且有效提高聚多巴胺在復合纖維支架的涂層效果。通過多巴胺在復合纖維表面自聚合，進一步提高支架的親水性能、力學性能和生物相容性。基于靜電紡絲設備簡單、可利用材料種類繁多、方便制備多組分復合材料、以及其制備獲得的納米纖維比表面積大、孔隙率高、內部連通性好等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于高分子材料加工領域，特別是涉及一種高模量超親水生物支架制備方法。
技術介紹
：生物支架作為種植細胞的場所和組織再生的模板，在組織工程領域引起了越來越多的關注。但是，目前所制備的生物支架多數無法同時具備良好的力學性能、親水性能和生物相容性。因此如何制備擁有良好綜合性能的理想生物支架仍是目前具有挑戰性的問題。基于靜電紡絲設備簡單、操作方便、可利用材料種類繁多、方便制備多組分復合材料、以及獲得的纖維比表面積大、均一性高等優點，其作為理想高效制備復合纖維生物支架的技術已經被廣泛的關注和應用。2003年，Yoshimoto,H.等通過靜電紡絲法制備了聚己內酯(PCL)支架。首先將一定量的PCL溶于氯仿，室溫下震蕩獲得濃度為10％(w/v)的均一溶液，在13kV的紡絲電壓下，聚合物溶液被靜電場力拉伸成絲，得到無紡布PCL纖維。然后，將支架浸泡在70％的酒精中殺毒，并將其浸泡于膠原蛋白溶液進行表面涂層改性，最后采用充質干細胞種植在支架上。結果表明，膠原蛋白涂層改性后的支架具有良好的生物相容性。但此方法制備獲得的支架在提高生物相容性的同時，力學性能并沒有得到提高。2005年，Vaz,C.M.等通過靜電紡絲法制備了雙層纖維支架。他們在室溫將PCL和PLA分別溶于氯仿和氯仿/二甲基甲酰胺(15:3)混合溶液，獲得了濃度為12.5％(w/v)和14.0％(w/v)的均一聚合物溶液。首先選取PCL溶液在電壓為13kV，接受距離為20cm，溶液的推進速率為10μL/min的條件下進行靜電紡絲，采用滾筒收集方法(轉速為60Hz)，180min后獲得內層的PCL支架。然后將PLA溶液在電壓為13kV，接受距離為20cm，溶液流速為25μL/min，滾筒轉速為180Hz的條件下進行靜電紡絲，PLA纖維收集在PCL纖維之上，60min后制備得到了雙層PLA/PCL纖維支架。此方法制備獲得的PLA/PCL雙層支架可以有效地提高其力學性能，但無法提高其親水性能和生物相容性。2009年，Zoppe,J.O.等通過靜電紡絲法成功制備了PCL/納米纖維素晶粒復合纖維支架。首先他們采用一系列的化學處理方法提取出納米纖維素晶粒，隨后，采用2,4-甲苯二異氰酸酯對其進行改性。最后將一定量改性后的納米纖維素晶粒通過超聲處理分散于二甲基甲酰胺溶液，同時稱取15gPCL室溫震蕩溶解于二氯甲烷溶液，最后將兩種溶液混合獲得紡絲液，其中紡絲液中納米纖維素晶粒占PCL的質量比分別為2.5％和5％。在電場為0.5～1.0kV/cm，推進速率0.8～1.0mL/h，接受距離為10～20cm的條件下進行靜電紡絲，制備得到PCL/納米纖維素晶粒復合支架。結果表明，制備獲得的支架具有較好的力學性能和親水性能。2014年，Jing,X.等通過靜電紡絲法制備了具有串晶結構的PCL三維支架。首先將一定量PCL溶于氯仿/二甲基甲酰胺(6:4)的混合溶液，室溫震蕩得到濃度為12％(w/v)的均一紡絲液。在電壓為18kV，收集距離為20cm，推進速率為0.5mL/h的條件下進行靜電紡絲，得到PCL纖維支架。然后，將一定量的PCL溶解于去離子水/乙酸(23:77)的混合溶液，60℃磁力攪拌1h，獲得0.8％(w/v)的PCL稀溶液，取30μL的PCL稀溶液，緩慢滴在PCL纖維支架上，室溫去離子水沖洗兩次，真空干燥后得到具有串晶結構的PCL支架。最后，采用基質膠對PCL支架表面進一步進行改性。實驗結果表明：細胞在改性后的支架上具有良好的粘附和增殖。2014年，Mandal,A.等制備了聚乙烯醇(PVA)/納米纖維素復合纖維膜。首先將纖維素加入50℃的60％硫酸中，攪拌5h使其水解。隨后用去離子水洗滌、離心分離直至溶液pH值為7。并將懸浮液在冰水浴中超聲5min，制備獲得納米纖維素懸浮液。其次，將一定量PVA溶于去離子水，振蕩得到5％(w/v)的均一PVA溶液，并將一定量的納米纖維素懸浮液加入到PVA溶液中，機械攪拌2h后超聲2min得到PVA/納米纖維素混合溶液。最后，將混合溶液倒入培養皿中，室溫干燥2d，隨后在60℃的真空干燥箱中干燥，得到PVA/納米纖維素復合膜。結果表明：納米纖維素的加入有效的提高了復合纖維膜的力學性能。2015年，Mo,Y.等通過靜電紡絲法制備了聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)/納米纖維素晶粒復合纖維支架。首先，取10g纖維素加入到95mL的65％的硫酸溶液，在55℃攪拌5h進行水解反應，得到懸浮液。隨后將懸浮液離心10min，并超聲15min，用去離子水清洗直至溶液pH值為7，再通過透析膜透析處理1周去除多余的硫酸。其次，將納米纖維素晶粒分散在15％(w/v)的PLGA溶液(六氟異丙醇為溶劑)中，得到均勻的PLGA/納米纖維素晶粒混合溶液。最后，在電壓為15kV，收集距離為10cm，推進速率為1.0～2.0mL/h的條件下進行靜電紡絲，制備得到PLGA納米纖維素晶粒復合纖維支架。實驗結果表明，納米纖維素的引入明顯的提高了復合纖維支架的力學性能和親水性能。2010年，Jiang,J.H.等成功利用聚多巴胺對聚乙烯(PE)多孔膜進行表面改性。首先，取一定量的多巴胺溶于Tris-HCl緩沖液(pH＝8.5)和乙醇混合溶液(9:1)中，得到濃度為2g/L多巴胺溶液。其次，將PE膜浸泡于上述溶液中，在20℃持續攪拌24h。最后，取出PE薄膜用乙醇溶液和去離子水交換清洗數次，成功制備獲得具有聚多巴胺涂層的PE多孔膜。2012年，Rim,N.G.等利用聚多巴胺對左旋聚乳酸(PLLA)靜電紡絲纖維膜進行表面改性。首先，取一定質量的PLLA溶于二氯甲烷和四氟乙烯(8:2)混合溶液中，振蕩獲得3％(w/v)的PLLA均勻溶液。其次，在電壓為13-15kV，收集距離為25cm，推進速率為2mL/h的條件下進行靜電紡絲，得到PLLA纖維膜。最后，將8cm×8cmPLLA纖維膜浸泡在多巴胺溶液(2g/L,pH＝8.5)中，持續攪拌1h后取出并用去離子水清洗多次，得到聚多巴胺涂層的PLLA纖維膜。結果表明：聚多巴胺涂層的PLLA纖維膜具有較好的親水性和細胞相容性。
技術實現思路
針對現有技術和材料存在的上述不足，本專利技術的目的是提供一種生物支架材料。為實現本專利技術的目的所采用的技術方案是：一種高模量超親水生物支架制備方法，包括以下步驟：步驟一)納米纖維素懸浮液的制備：將氯仿和二甲基甲酰胺以3:1的質量比混合，再加入納米纖維素，混勻后獲得納米纖維素懸浮液；步驟二)合成高分子/納米纖維素混合紡絲液配制：將生物可降解合成高分子材料溶于納米纖維素懸浮液，常溫下震蕩溶解，獲得合成高分子/納米纖維素混合紡絲液；步驟三)靜電紡絲制備合成高分子納米纖維素復合纖維：將合成高分子/納米纖維素混合紡絲液裝入靜電紡絲裝置，將連接注射器的針頭與高壓發生裝置相連，以接地的鋁箔紙為接收裝置，制備得到復合纖維膜，置于干燥器中儲存；步驟四)預潤濕處理：將復合纖維膜裁減成固定在金屬支架上，保持平鋪狀態，然后將金屬支架放入預濕潤液中，振蕩1h；步驟五)配置Tris-HCl緩沖液：將三羥甲基氨基甲烷溶于去離子水，再逐滴加入稀鹽酸調節pH值至8.5，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高模量超親水生物支架制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一)納米纖維素懸浮液的制備：將氯仿和二甲基甲酰胺以3:1的質量比混合，再加入納米纖維素，混勻后獲得納米纖維素懸浮液；步驟二)合成高分子/納米纖維素混合紡絲液配制：將生物可降解合成高分子材料溶于納米纖維素懸浮液，常溫下震蕩溶解，獲得合成高分子/納米纖維素混合紡絲液；步驟三)靜電紡絲制備合成高分子納米纖維素復合纖維：將合成高分子/納米纖維素混合紡絲液裝入靜電紡絲裝置，將連接注射器的針頭與高壓發生裝置相連，以接地的鋁箔紙為接收裝置，制備得到復合纖維膜，置于干燥器中儲存；步驟四)預潤濕處理：將復合纖維膜裁減固定在金屬支架上，保持平鋪狀態，然后將金屬支架放入預濕潤液中，振蕩1h；步驟五)配置Tris?HCl緩沖液：將三羥甲基氨基甲烷溶于去離子水，再逐滴加入稀鹽酸調節pH值至8.5，用去離子水標定，即得Tris?HCl緩沖液；步驟六)聚多巴胺涂層：將多巴胺加入到Tris?HCl緩沖液中，制備濃度為2g/L的多巴胺溶液，將金屬支架浸泡在多巴胺溶液中，磁力攪拌8h取出，用去離子水清洗，在真空干燥箱內干燥，即得成品。

【技術特征摘要】
1.一種高模量超親水生物支架制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一)納米纖維素懸浮液的制備：將氯仿和二甲基甲酰胺以3:1的質量比混合，再加入納米纖維素，混勻后獲得納米纖維素懸浮液；步驟二)合成高分子/納米纖維素混合紡絲液配制：將生物可降解合成高分子材料溶于納米纖維素懸浮液，常溫下震蕩溶解，獲得合成高分子/納米纖維素混合紡絲液；步驟三)靜電紡絲制備合成高分子納米纖維素復合纖維：將合成高分子/納米纖維素混合紡絲液裝入靜電紡絲裝置，將連接注射器的針頭與高壓發生裝置相連，以接地的鋁箔紙為接收裝置，制備得到復合纖維膜，置于干燥器中儲存；步驟四)預潤濕處理：將復合纖維膜裁減固定在金屬支架上，保持平鋪狀態，然后將金屬支架放入預濕潤液中，振蕩1h；步驟五)配置Tris-HCl緩沖液：將三羥甲基氨基甲烷溶于去離子水，再逐滴加入稀鹽酸調節...

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔志香，楊章強，鄭孜峰，康佳清，曾森，葉健樺，劉瓊，司軍輝，
申請(專利權)人：福建工程學院，
類型：發明
國別省市：福建;35