一種快速抗菌/抗氧化活性的聚乳酸/單寧酸/鐵/半胱氨酸骨誘導復合纖維膜的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種快速抗菌/抗氧化活性的聚乳酸/單寧酸/鐵/半胱氨酸骨誘導復合纖維膜的制備方法，該方法首先采用靜電紡絲技術制備了聚乳酸纖維基底，采用自組裝法，將單寧酸三價鐵離子鰲合，并將半胱氨酸通過邁克爾加成反應接枝在其表面，該方法綜合了聚乳酸良好的生物相容性，單寧酸良好的抗氧化活性和對鐵離子的螯合作用，鐵具有廣譜抗菌性及單寧酸

【技術實現步驟摘要】
一種快速抗菌/抗氧化活性的聚乳酸/單寧酸/鐵/半胱氨酸骨誘導復合纖維膜的制備方法


[0001]本專利技術屬于醫用高分子復合材料
，特別是涉及一種快速抗菌/抗氧化活性的聚乳酸/單寧酸/鐵/半胱氨酸骨誘導復合纖維膜的制備方法。

技術介紹

[0002]全世界數百萬患者患有骨疾病或骨缺損，骨修復材料的研發是亟需解決的難題，理想的人工骨合成生物材料應該具有良好的生物相容性、生物活性、骨誘導性和抗菌性。
[0003]聚乳酸（Polylactic acid，PLLA）由于其良好的生物相容性、可生物降解、無毒等優點，已經被美國食品藥品監督管理局（FDA）批準用于臨床應用，在臨床上主要應用于引導骨組織再生、藥物輸送、軟組織修復等，是目前人工骨生物醫用材料的研究熱點之一，但缺乏骨誘導和抗菌性能，這限制了它在骨組織工程中的應用。
[0004]單寧酸(Tannic acid，TA)是一種天然的抗氧化劑，具有一定的還原能力和抗菌性，而且能夠響應近紅外光。由于具有鄰苯二酚的結構特點，TA被廣泛用于基底表面修飾，用以改善材料與基底間的粘附性；此外TA具有抗氧化功能，當活性氧(ROS)的平衡因缺乏抗氧化劑或ROS產生系統的突變而被打破時，異常過量的ROS會通過損害蛋白質、脂質和DNA對人類造成病理上的有害影響。因此，清除過量ROS是十分必要的。據報道，氧化錳納米顆粒、二氧化鈰納米顆粒、TA、沒食子酸等都能有效地消除ROS，雖然幾種金屬氧化物表現出很強的ROS清除能力，但存在生物相容性差和潛在毒性等問題，TA這種天然的抗氧化劑就避免了這個問題，同時TA比其他天然抗氧化劑更穩定。因此，TA引入骨修復復合材料能賦予材料抗氧化性能。
[0005]骨感染是臨床骨修復過程中急需攻克的難題，由于細菌所引起的骨感染會損害骨組織的愈合修復能力，導致植入物植入失敗，因此研發具有抗菌性能的植入材料成為目前研究熱點之一。骨感染主要由細菌感染引起，及時有效的殺死組織表面的細菌并抑制細菌生物膜的形成是抑制感染、促進骨組織愈合的關鍵所在。目前常見的治療骨感染的方法是清創術和全身抗生素治療，但在長期或過度使用抗生素會增加手術風險和產生耐藥。因此，提高生物材料的細菌耐藥性、抗骨感染能力成為亟待解決的難題。鐵是人體必需的微量元素，三價鐵離子(Ferric ion, Fe
3+
)具有廣泛的抗菌性和抗細菌耐藥性能，單寧酸與三價鐵形成的配合物對近紅外光具有響應性，在臨床上被應用于殺滅生物材料上的細菌，其殺菌機制首先是Fe
3+
在細菌的細胞膜中積累和溶解，改變了細菌膜的通透性殺死細菌，其次水在TA
?
Fe配合物在近紅外光的催化作用下產生了活性氧導致蛋白質功能障礙，從而殺死細菌，TA
?
Fe配合物對近紅外光有響應，使得近紅外光被吸收轉化為熱，進一步加強殺菌效果。因此將Fe
3+
納米粒子引入骨修復復合材料能賦予材料快速、持久抗菌性能。
[0006]L
?
半胱氨酸(L
?
Cysteine，Cys)，一種生物體內常見的氨基酸。Cys增加了 IGF
?
I 的 mRNA 表達，生長板中的軟骨內細胞增殖導致骨骼生長。Cys增加了生長板厚度(生長板厚度是線性骨生長的直接指標)。Cys通過 JAK2
?
STAT5 的磷酸化促進線性骨生長。Cys提高
了脛骨骨密度(BMD)。Cys改善了骨骼參數（它增加了骨體積分數、骨小梁厚度、骨小梁數量、連接密度，并降低了總孔隙率）。同時，Cys中的巰基中含有的硫元素，對骨骼生長也具有促進作用。因此將Cys引入骨修復復合材料能賦予材料成骨性能。
[0007]靜電紡絲技術可構建形貌可控、有類似于天然細胞外基質(Extracellular matrix, ECM)的纖維結構，設計理想的仿生環境用于細胞粘附和增殖，促進新組織生長在骨組織工程中具有重要的應用價值。
[0008]基于此，綜合PLLA良好的生物相容性和可降解性，TA對金屬離子的高親和力、還原能力和抗氧化性，三價鐵離子的廣譜抗菌性、抗細菌耐藥性；TA
?
Fe配合物的光熱效應；Cys的骨誘導性等各自特點，以及靜電紡絲技術在構建形貌可控的仿生纖維結構方面的獨特優勢，本專利技術提供一種快速抗菌/抗氧化活性的PLLA/TA/Fe/Cys骨誘導復合纖維膜的制備方法。

技術實現思路

[0009]本專利技術的目的在于提供一種快速抗菌/抗氧化活性的PLLA/TA/Fe/Cys骨誘導復合纖維膜的制備方法，基于自組裝技術將TA
?
Fe、Cys負載到生物相容性和可降解性優越的聚乳酸基纖維膜上，該骨修復材料能廣泛應用于骨損傷修復和骨缺損治療領域。
[0010]本專利技術通過下述的技術方案來實現：一種快速抗菌/抗氧化活性的PLLA/TA/Fe/Cys骨誘導復合纖維膜的制備方法，包括如下步驟：（1）將PLLA溶于有機溶劑中，機械攪拌使其完全溶解，得到均勻的聚乳酸靜電紡絲溶液；（2）以步驟（1）所得PLLA靜電紡絲溶液為原料進行靜電紡絲，得到PLLA纖維膜；（3）將步驟（2）所得的PLLA纖維膜在真空條件下干燥完全后，將所得的纖維膜剪成一定尺寸的塊狀，保存在37℃的恒溫箱中備用；（4）將氯化鈉溶于去離子水中，機械攪拌使其完全溶解；再加入TA，機械攪拌使其完全溶解；再加入三氯化鐵(Ⅲ)六水合物，繼續攪拌使溶解，并形成均一穩定的混合溶液。
[0011]（5）將步驟（3）所得的塊狀PLLA纖維膜浸泡于步驟（4）所得的混合溶液中，在常溫下浸泡6h至反應完全，得到PLLA/TA/Fe復合纖維膜；（6）將Cys溶于去離子水中，機械攪拌使其完全溶解；（7）將步驟（5）所得的復合纖維膜浸泡于步驟（6）所得的Cys溶液中，在常溫下浸泡12h至反應完全，得到PLLA/TA/Fe/Cys復合纖維膜；（8）將步驟（7）所得的復合纖維膜在真空條件下干燥完全后，保存在37℃的恒溫箱中備用。
[0012]作為本專利技術技術方案的進一步優化，步驟（1）中所述PLLA的加入濃度范圍為100
?
220 g/L，步驟（4）中所述氯化鈉的加入濃度范圍為70 mM/L
??
80 Mm/L，單寧酸的加入濃度范圍為0.5
?
2.0 g/L，三氯化鐵(Ⅲ)六水合物的加入濃度范圍為0
?
0.5 g/L，步驟（6）中所述半胱氨酸的加入濃度范圍為0.5
?
1.0 g/L。
[0013]作為本專利技術技術方案的進一步優化，步驟（1）中所述的有機溶劑為三氟乙醇、六氟異丙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、N, N
?
二甲基甲酰胺或二甲基亞砜中的至少一種。
[0014]作為本專利技術技術方案的進一步優化，步驟（1）、步驟（4）和步驟（6）中所述的機械攪拌轉速范圍為600
?
1600 r/min，其中步驟（1）的攪拌時間為10
?
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種快速抗菌/抗氧化活性的聚乳酸/單寧酸/鐵/半胱氨酸骨誘導復合纖維膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：（1）將聚乳酸溶于有機溶劑中，機械攪拌使其完全溶解，得到均勻的聚乳酸靜電紡絲溶液；（2）以步驟（1）所得聚乳酸靜電紡絲溶液為原料進行靜電紡絲，得到聚乳酸纖維膜；（3）將步驟（2）所得的聚乳酸纖維膜在真空條件下干燥完全后，將所得的纖維膜剪成一定尺寸的塊狀，保存在37℃的恒溫箱中備用；（4）將氯化鈉溶于去離子水中，機械攪拌使其完全溶解；再加入TA，機械攪拌使其完全溶解；再加入三氯化鐵(Ⅲ)六水合物，繼續攪拌使溶解，并形成均一穩定的混合溶液；（5）將步驟（3）所得的塊狀聚乳酸纖維膜浸泡于步驟（4）所得的混合溶液中，在常溫下浸泡至反應完全，得到聚乳酸/單寧酸/鐵復合纖維膜；（6）將半胱氨酸溶于去離子水中，機械攪拌使其完全溶解；（7）將步驟（5）所得的復合纖維膜浸泡于步驟（6）所得的半胱氨酸溶液中，在常溫下浸泡至反應完全，得到聚乳酸/單寧酸/鐵/半胱氨酸復合纖維膜；（8）將步驟（7）所得的復合纖維膜在真空條件下干燥完全后，保存在37℃的恒溫箱中備用。2.根據權利要求1所述的聚乳酸/單寧酸/鐵/半胱氨酸復合纖維膜的制備方法，其特征在于：步驟（1）中所述聚乳酸的加入濃度范圍為100
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220 g/L，步驟（4）中所述氯化鈉的加入濃度范圍為70 mM/L
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80 mM/L，TA的加入濃度范圍為0.5
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2.0 g/L，三氯化鐵(Ⅲ)六水合物的加入濃度范圍為0
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0.5 g/L，步驟（6）中所述半胱氨酸的加入濃度范圍為0.5
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1.0 g/L。3.根據權利要求1所述的聚乳...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王英波，仇亞妮，高雅，劉永鋼，
申請(專利權)人：新疆師范大學，
類型：發明
國別省市：