CN101130902A - 含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备及应用，制备步骤：将肝素或肝素与生物活性分子的复合物单独或与聚合物一起溶解经静电纺制备纳米/微米纤维或经同轴共纺制备壳芯纤维，所获纤维具有良好的形态，易于加工成膜状或管状织物。该纤维及织物在于作防粘连膜，伤口敷料，肝素在体内的缓释，肝素与生物活性分子的复合物的缓释，组织修复支架，用做体外培养，以及得到的人工组织或器官，与细胞复合用作载细胞组织修复用支架的应用。
Description
技术领域
本发明属纤维及其织物的静电纺制备及应用领域，特别是涉及含肝素或肝素与生物活性分子复合物的静电纺纤维及织物的制备方法和应用。
背景技术
肝素是一种含有硫酸基的酸性粘多糖，其分子具有由六糖或八糖重复单位组成的线状链状结构，广泛分布于哺乳动物的肝、肺、心、脾、肾、胸腺、肠粘膜、肌肉和血液里。临床上已经发现肝素具有抗凝血，抗血栓，抑制肾小球系膜细胞增生，抗肿瘤，抗炎，对阻塞性肝损伤，预防腹部手术后粘连，动脉粥样硬化中队心、肝、肾的保护等作用。目前肝素在临床上的给药途径主要为：静脉注射、皮下注射、肌内注射、雾化吸入、腹腔注射、胸膜腔注射、透皮吸收、直肠吸收等。但这些给药方式可能会引起注入出血、血小板减少、骨质疏松症等副作用。
细胞产生的各种信号蛋白分子，通过作用于各自靶细胞的相应受体，引起一系列级联反应，最终产生生物效应。多肽生长因子属于多种信号蛋白分子中的一大类，包括表皮生长因子(EGF)、转化生长因子(TGF)、神经生长因子(NGF)、纤维细胞生长因子(FGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)、内皮细胞生长因子(ECGF)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)等。这些生长因子的一个重要特征是与肝素类物质具有亲和性，与受体结合时需要肝素类物质介导，如FGF亦称为肝素结合生长因子，还有肝素结合的表皮生长因子样生长因子。
静电纺是一个通过让聚合物溶液或熔融液带电，从而喷射出来并最终制造纳米纤维的简易手段。整个静电纺的过程，只需要一支聚合物溶液的容器、纤维的接收装置和直流静电发生器。由于高电压的作用，从吸液管中喷出的聚合物被拉伸为纤维。静电纺技术制备天然或者合成的聚合物的纤维直径可以达到几十纳米到几百纳米，已经成功制备的材料包括壳聚糖、胶原蛋白、聚氨酯、聚乙烯酸、聚乳酸等合成和天然材料。在普通静电纺基础上，近年又发展出同轴共纺制备具有壳芯结构纤维的技术，如黄争鸣等人在其专利中报道了一种共轴符合连续纳/微米纤维材料及其制备方法(中国专利，公开号：CN 1537981 A)，任杰等人申请的专利“一种包裹药物或生长因子的纳米纤维的制备方法”(中国专利，公开号：CN 1733311 A)。这些电纺制备出的超细纤维已在医药卫生、食品、服装等众多领域被广泛的研究和应用。但对含肝素及生物活性分子纤维及其织物的静电纺制备及应用还未见报道。
发明内容
本发明目的是提供含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备及应用，肝素及肝素与生物活性分子的复合物经静电纺技术包裹于静电纺纤维中，由该类纤维组成的织物具有较高的生物安全性并且以可控方式释放肝素。
本发明的含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备，包括下列步骤：
(1)将肝素单独或与生物活性分子一起溶于天然或人工聚合物的水或水与有机溶剂的混合溶剂中，制备均一溶液；
(2)将天然或人工聚合物单独或按比例混合制备得到均一溶液；
(3)将(1)中制备得到的肝素与聚合物的混合溶液装入静电纺针筒内，调节注射泵速率、电压、接收距离，通过静电纺制备得到纤维；
(4)将(1)中溶液作为同轴共纺中的芯层溶液，(2)中溶液作为壳层溶液，或者将(2)中溶液作芯层溶液，(1)中溶液作为壳层溶液，调节内外溶液的注射泵速率、电压和接收距离，通过经同轴共纺制备得具有壳芯结构的纤维；
(5)通过不同的静电纺纤维接收装置可以得到由含有肝素纤维组成的膜、管以及后来成型其他形状的织物。
所述的肝素包括普通肝素、低分子量肝素或肝素钠盐、肝素钙盐及肝素类衍生物；
所述的生物活性成分包括血清白蛋白、内皮细胞生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、神经生长因子、骨形态发生蛋白、神经胶质生长因子、转化生长因子、表皮生长因子、血小板衍生的生长因子、肝细胞生长因子；
所述的天然聚合物包括胶原蛋白、明胶、壳聚糖、纤维蛋白原；
所述的人工聚合物包括聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)、聚己内酯(PCL)、乙交酯与丙交酯共聚物(PLGA)、丙交酯与己内酯共聚物[P(LLA-CL)]、聚氨酯(PU)、聚氨基酸及以上各聚合物的复合物。
所述的有机溶剂包括四氢呋喃、六氟异丙醇、丙酮、三氟乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基甲酰胺一种或多种混合物；
所述步骤(1)中的肝素浓度为0.0001-1克/毫升，肝素与生物活性成分总浓度为0.0001-0.1克/毫升，聚合物浓度为0.01-1克/毫升；
所述步骤(2)中的溶液的浓度为0.01-1克/毫升；
所述的注射泵速率为0.1-5.0毫升/小时，电压为5000-30000伏，接收距离为5.0-30.0厘米；
所述的纤维是指直径分布在几十纳米到几微米的纤维。
本发明的含肝素及生物活性分子纤维及其织物的应用在于作防粘连膜，伤口敷料，肝素在体内的缓释，肝素与生物活性分子的复合物的缓释，组织修复支架，用做体外培养，以及得到的人工组织或器官，与细胞复合用作载细胞组织修复用支架。
本发明的有益效果：
(1)本发明使用的设备及技术简单，易产业化生产；
(2)制备得到的含有肝素的纤维形态良好，具有较好的生物安全性。
(3)混纺或同轴共纺得到的含肝素纤维易于加工成为膜或管状织物，该织物具有较高的孔隙率和机械性能。该织物在保持肝素的抗凝血，抗血栓，抗肿瘤，抗炎，预防腹部手术后粘连，动脉粥样硬化中对心、肝、肾的保护等作用的同时因为是局部缓释可以缓解出血、血小板减少、骨质疏松症等副作用；
(4)制备的含有肝素及生物活性成分共同混合的纤维，在保持肝素的活性的同时加入了新的生物功能，由该纤维制备得到的组织工程支架及医用织物可以同时具有肝素及生物活性成分如生长因子的功能。
附图说明
图1是静电纺含肝素的明胶纤维；
图2是静电纺含肝素P(LLA-CL)纤维；
图3是同轴共纺含肝素纤维透射电镜照片；
图4是同轴共纺含肝素纤维管状织物。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)配制明胶浓度为0.06克/毫升，肝素浓度为0.02克/毫升的混合溶液，所用溶剂是体积比为9∶11的三氟乙醇/水复合溶剂；
(2)将上述溶液装入针筒中，在推进泵和高压发生器的作用下进行静电纺丝，得到含有肝素的明胶纤维。
实施例2
(1)配制P(LLA-CL)浓度为0.06克/毫升，肝素浓度为0.0006克/毫升的混合溶液，所用溶剂是体积比为10∶1的四氢呋喃/水复合溶剂；
(2)将上述溶液装入针筒中，在推进泵和高压发生器的作用下进行静电纺丝，得到含有肝素的P(LLA-CL)纤维。
实施例3
(1)配制肝素浓度为0.02克/毫升的溶液，所用溶剂是水或体积比为9∶11的三氟乙醇/水复合溶剂；
(2)配制P(LLA-CL)浓度为0.06克/毫升的溶液，所用溶剂是三氟乙醇、六氟异丙醇或丙酮溶剂。
(3)将肝素溶液作为放入内层的供给针筒，将P(LLA-CL)溶液放入外层的供给针筒，调节内外层供给速率为0.3毫升/小时和0.9毫升/小时，在推进泵和高压发生器的作用下进行静电纺丝，得到具有壳芯结构的含有肝素的纤维。
实施例4
(1)配制明胶浓度为0.06克/毫升，肝素浓度为0.02克/毫升的混合溶液，所用溶剂是体积比为9∶11的三氟乙醇/水复合溶剂；；
(2)配制P(LLA-CL)浓度为0.06克/毫升的溶液，所用溶剂是三氟乙醇、六氟异丙醇或丙酮溶剂。
(3)将(1)溶液作为放入内层的供给针筒，将(2)溶液放入外层的供给针筒，调节内外层供给速率为0.3毫升/小时和0.9毫升/小时，在推进泵和高压发生器的作用下进行静电纺丝，得到具有壳芯结构的含有肝素的纤维。
实施例5
(1)配制浓度为0.06克/毫升牛血清白蛋白和0.02克/毫升的肝素混合溶液，所用溶剂为水；
(2)配制P(LLA-CL)浓度为0.06克/毫升的溶液，所用溶剂是三氟乙醇、六氟异丙醇或丙酮溶剂。
(3)将(1)溶液作为放入内层的供给针筒，将(2)溶液放入外层的供给针筒，调节内外层供给速率为0.3毫升/小时和0.9毫升/小时，在推进泵和高压发生器的作用下进行静电纺丝，得到具有壳芯结构的含有肝素的纤维。
实施例6
(1)配制浓度为0.06克/毫升牛血清白蛋白、0.02克/毫升的肝素、0.0001克/毫升的血管内皮细胞生长因子混合溶液，所用溶剂为水；
(2)配制P(LLA-CL)浓度为0.06克/毫升的溶液，所用溶剂是三氟乙醇、六氟异丙醇或丙酮溶剂。
(3)将(1)溶液作为放入内层的供给针筒，将(2)溶液放入外层的供给针筒，调节内外层供给速率为0.3毫升/小时和0.9毫升/小时，在推进泵和高压发生器的作用下进行静电纺丝，得到具有壳芯结构的含有肝素的纤维。
实施例7
(1)配制浓度为0.02克/毫升的肝素和0.0001克/毫升的血管内皮细胞生长因子混合溶液，所用溶剂为水；
(2)配制P(LLA-CL)浓度为0.06克/毫升的溶液，所用溶剂是三氟乙醇、六氟异丙醇或丙酮溶剂。
(3)将(1)溶液作为放入内层的供给针筒，将(2)溶液放入外层的供给针筒，调节内外层供给速率为0.3毫升/小时和0.9毫升/小时，在推进泵和高压发生器的作用下进行静电纺丝，得到具有壳芯结构的含有肝素的纤维。
实施例8
(1)配制P(LLA-CL)浓度为0.06克/毫升的溶液，所用溶剂是三氟乙醇、六氟异丙醇或丙酮溶剂。
(2)配制肝素浓度为0.02克/毫升的溶液，所用溶剂是水或体积比为9∶11的三氟乙醇/水复合溶剂；
(3)将(1)溶液作为放入内层的供给针筒，将(2)溶液放入外层的供给针筒，调节内外层供给速率为0.9毫升/小时和0.3毫升/小时，在推进泵和高压发生器的作用下进行静电纺丝，得到具有壳芯结构其中壳层含有肝素的纤维。
实施例9
(1)将0.02克的肝素放入1毫升容度为0.02克/毫升的壳聚糖水溶液中得到二者混合的均一溶液；
(2)配制PCL浓度为0.06克/毫升的溶液，所用溶剂是三氟乙醇或六氟异丙醇溶剂；
(3)将(1)溶液作为放入内层的供给针筒，将(2)溶液放入外层的供给针筒，调节内外层供给速率为0.3毫升/小时和0.9毫升/小时，在推进泵和高压发生器的作用下进行静电纺丝，得到具有壳芯结构的含有肝素的纤维。
实施例10
(1)将0.02克的肝素、0.0001克/毫升碱性成纤维细胞生长因子放入1毫升容度为0.02克/毫升的壳聚糖水溶液中得到三者混合的均一溶液；
(2)配制PCL浓度为0.06克/毫升的溶液，所用溶剂是三氟乙醇或六氟异丙醇溶剂；
(3)将(1)溶液作为放入内层的供给针筒，将(2)溶液放入外层的供给针筒，调节内外层供给速率为0.3毫升/小时和0.9毫升/小时，在推进泵和高压发生器的作用下进行静电纺丝，得到具有壳芯结构的含有肝素的纤维。
Claims (9)
1.含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备，包括下列步骤：
(1)将肝素单独或与生物活性分子一起溶于天然或人工聚合物的水或水与有机溶剂的混合溶剂中，制备均一溶液；
(2)将天然或人工聚合物单独或按比例混合制备得到均一溶液；
(3)将(1)中制备得到的肝素与聚合物的混合溶液装入静电纺针筒内，调节注射泵速率、电压、接收距离，通过静电纺制备得到纤维；
(4)将(1)中溶液作为同轴共纺中的芯层溶液，(2)中溶液作为壳层溶液，或者将(2)中溶液作芯层溶液，(1)中溶液作为壳层溶液，调节内外溶液的注射泵速率、电压和接收距离，通过经同轴共纺制备得到具有壳芯结构的纤维；
(5)通过不同的静电纺纤维接收装置可以得到由含有肝素纤维组成的膜、管以及后来成型其他形状的织物。
2.根据权利要求1所述的含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备，其特征在于：所述的肝素包括普通肝素、低分子量肝素或肝素钠盐、肝素钙盐及肝素类衍生物。
3.根据权利要求1所述的含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备，其特征在于：所述的生物活性成分包括血清白蛋白、内皮细胞生长因子、碱性成纤维细胞生长因子、神经生长因子、骨形态发生蛋白、神经胶质生长因子、转化生长因子、表皮生长因子、血小板衍生的生长因子、肝细胞生长因子。
4.根据权利要求1所述的含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备，其特征在于：所述的人工聚合物包括聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)、聚己内酯(PCL)、乙交酯与丙交酯共聚物(PLGA)、丙交酯与己内酯共聚物[P(LLA-CL)]、聚氨酯(PU)、聚氨基酸及以上各聚合物的复合物。
5.根据权利要求1所述的含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备，其特征在于：所述的有机溶剂包括四氢呋喃、六氟异丙醇、丙酮、三氟乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基甲酰胺一种或多种混合物。
6.根据权利要求1所述的含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备，其特征在于：所述步骤(1)中的肝素浓度为0.0001-1克/毫升，肝素与生物活性成分总浓度为0.0001-0.1克/毫升，聚合物浓度为0.01-1克/毫升，所述步骤(2)中的溶液的浓度为0.01-1克/毫升。
7.根据权利要求1所述的含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备，其特征在于：所述的注射泵速率为0.1-5.0毫升/小时，电压为5000-30000伏，接收距离为5.0-30.0厘米。
8.根据权利要求1所述的含肝素及生物活性分子纤维及其织物的制备，其特征在于：所述的纤维是指直径分布在几十纳米到几微米的纤维。
9.含肝素及生物活性分子纤维及其织物的应用于防粘连膜，伤口敷料，肝素在体内的缓释，肝素与生物活性分子的复合物的缓释，组织修复支架，用做体外培养，以及得到的人工组织或器官，与细胞复合用作载细胞组织修复用支架。
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