CN103007364B - 脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜及其制备方法。所述的双层不对称引导组织再生膜由一层致密脂肪族聚酯层和一层疏松脂肪族聚酯层构成。其制备过程包括：以脂肪族聚酯配制成A、B电纺液，以A电纺液静电纺丝成膜并经热压得致密层，再以B电纺液在A电纺膜上静电纺丝成膜得疏松层，得到的双层不对称电纺膜再经真空干燥、溶剂脱除、冷冻干燥最后经Co⁶⁰辐射或环氧乙烷灭菌得到双层不对称引导组织再生膜。本发明优点在于制备方法过程简单，制备效率高，所制得的膜具有良好的生物相容性和力学性能，合适的降解速率和良好的贴附性，能很好地满足引导组织再生修复的临床需要，是一种理想的引导组织再生膜材料。

Description

脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜及其制备方法，属于牙周组织修复生物医用材料、医疗器材领域。 

背景技术

在口腔医学领域，牙周组织破坏后一般很难再生。目前，牙周组织的重建和再生问题主要通过引导组织再生手术(GTR)来进行治疗，其基本原理是通过在根面与龈瓣之间放置物理隔膜，阻止生长较快的牙龈上皮细胞和结缔组织的根向侵入生长，选择性保护和促进牙周特异性细胞优先占据根面，形成新的牙周组织附着装置。理想的引导组织再生膜应该具有良好的生物相容性和合适的生物降解性以及适当的力学性能，以保证在足够长的时间内阻挡生长较快的修复组织 (上皮和牙龈结缔组织)远离牙根表面，在根面维持一个受保护的空间，同时引导受损的组织再生。 

目前临床上使用的引导组织再生膜可分为不可吸收和生物可吸收两大类，在作为医用物理屏障膜方面，他们都具有维持特定空间、保护受损组织免受周围纤维结缔组织影响的功能。但以聚四氟乙烯为代表的不可吸收的医用屏障膜由于本身不被组织吸收且无法与周围组织结合，必须在植入后二次手术取出，会对已形成的新附着产生破坏，并增加了患者的痛苦，而且不可吸收膜只能起到基本的物理屏障作用，并不能真正的达到引导组织再生的目的。生物可吸收的引导组织再生膜按照其来源可分为天然医用膜材料，如胶原、明胶、壳聚糖等和合成高分子医用膜材料，如聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚乙烯醇及其共聚物等。天然医用膜材料具有生物相容性好，抗原性低等优点，但由于其降解速度过快，湿强度低及来源受限等方面的原因限制了它在临床上的广泛医用。合成高分子医用膜虽然在生物相容性上相对不如天然医用膜，但其优异的力学性能和热稳定性以及降解速率的可控性，使其在临床上得到了更为广泛的应用。 

但是单组份、单层结构的合成高分子医用膜材料对于需要修复再生的组织并没有较好的促进作用，为了更有利于受损组织的修复再生，需要开发出新型的在结构和功能上存在梯度变化的引导组织再生膜，使其在阻隔上皮细胞和结缔组织向缺损处生长的同时能够促进缺损处组织的再生，具备生物学功能。制备具有多层结构的引导组织再生膜可以很好的实现这一目的，目前这方面的研究已经取得了一些进展。 

中国专利CN1586637A公开了一种双层复合胶原基引导组织再生材料及其制备方法，它是以胶原和透明质酸或其钠盐为主要原料，通过机械压合和化学交联制备具有致密层和疏松层结构的双层复合引导组织再生膜材料。 

中国专利CN1488407A公开了一种用于引导组织再生的纳米晶羟基羟基磷灰石/胶原/聚乳酸—羟基乙酸复合膜材料的制备方法，该法制备的膜具有一面粗糙，一面光滑的结构特点。 

这些方法制备的多层结构膜材料虽然具备了引导组织再生的功能，但由于其主材料本身的限制（如胶原需要纯化和交联，且来源不稳定）和成型工艺的缺陷（如膜表面完全致密无孔，层与层之间的复合需要通过机械压合或使用化学交联剂）使得这些膜材料在临床使用中受到了影响。而静电纺丝制备的多层纤维网络结构可以很好地仿生天然细胞外基质的结构特点，从而使多层膜的结构和功能均具有较好的仿生性，因而成为近年来发展较快的一种制备薄膜的技术。 

目前所公开的采用静电纺丝制备引导组织再生膜的方法，其不足之处在于，纺制成型效率低，膜的孔径大小较难控制，膜的机械强度较差，为提高其强度所采用的后处理措施过程复杂，同时会增大膜的厚度，使其柔韧性降低。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜及其制备方法。所述的脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜具有良好的生物相容性和机械强度以及优良的力学性能，其制备方法过程简单，制备效率高。 

本发明是通过以下的技术方案实现的。一种脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜，其特征在于，该双层不对称引导组织再生膜是由一层直径为纳米至亚微米级纤维构成的厚度为50μm~2.0mm的脂肪族聚酯疏松层，和一层直径为纳米至亚微米级纤维构成的厚度为10μm~1.0mm的脂肪族聚酯致密层构成。 

上述结构的脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜的制备方法，其特征在于包括以下过程： 

(1) 将粘均分子量为5万~150万的聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)和聚羟基烷酸酯(PHA)其中的一种以上混合物，溶解于三氯甲烷、二氯甲烷、六氟异丙醇、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环和丙酮其中的一种溶剂或一种以上混合溶剂中，搅拌8~24小时，配制质量分数为1%~50%的A电纺液，再按如此做法配制质量分数为1%~50%的B电纺液，其中A、B两种电纺液所用脂肪族聚酯和溶剂及其质量浓度完全相同或者部分相同或者完全不同；

(2) 按照A电纺液与B电纺液的用量体积比为1:（0.1~10），首先以A电纺液进行静电纺丝成膜，静电纺丝条件为：初纺电压为10~15KV，续纺电压按每消耗1毫升A电纺液用量相应增加0~2.0KV进行调节，接收距离为5~50cm，出液速率为5~25ml/h，接收器为直径10cm~300cm的表面附有锡纸的旋转金属圆盘，圆盘转速为10~2000rpm，得到厚度为100μm~2.0mm无纺布形式的A层电纺膜；

(3) 将步骤(2)所得的A层电纺膜置于一块内表面带有花纹，另一块内表面不带有花纹的两块平板之间，在温度为25~45℃和压强为0.01~5.0MPa条件下热压，得到一面带有花纹，另一面光洁平整的A层电纺膜（脂肪族聚酯致密层）；

(4) 将步骤(3)制得的A层电纺膜，按A层电纺膜的光洁平整面朝外将其置于步骤(2)采用的表面附有锡纸的金属圆盘接收器上，按照A电纺液与B电纺液的用量体积比为1:（0.1~10），再以B电纺液在A层电纺膜上进行静电纺丝成膜，静电纺丝条件为：初纺电压为15~25KV，续纺电压按每消耗1毫升电纺液用量相应增加0~2.0KV进行调节，接收距离为5~50cm，出液速率为5~25ml/h，金属圆盘转速为10~2000rpm，经静电纺丝在A层电纺膜上纺制出厚度为50μm~2.0mm无纺布形式的B层电纺膜（脂肪族聚酯疏松层），从而得到双层不对称电纺膜；

(5) 将步骤(4)所制备的双层不对称电纺膜在温度为15~45℃条件下恒温真空干燥24~72小时，得干燥双层不对称膜；

(6) 将步骤(5)所得的干燥双层不对称膜在体积分数为1%~75%的乙醇溶液中浸泡5~60分钟，然后用去离子水浸泡至水溶液中不含残留溶剂为止，最后冷冻干燥得冷干双层不对称膜；

(7) 将步骤(6)所得的冻干双层不对称膜按照不同使用要求进行裁制封装，再经Co⁶⁰辐射灭菌或环氧乙烷灭菌后得到脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜。

本发明与现有技术相比，其优点在于：(1)可以快速高效的制备纤维直径在纳米至亚微米级的脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜，面向周围组织的致密层由于高密度的纤维堆积可以抑制生长较快的上皮细胞和结缔组织的侵入生长；面向缺损区的疏松层具有类似于天然细胞外基质的多孔结构，有利于成骨细胞和牙周膜细胞的生长。(2)本发明所制备的脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜，无需通过机械压合或溶液浸渍实现层与层之间的复合，层间结合良好，而且无规排布的纤维保证了膜具有较好的各向同性的引导组织再生性能和机械强度。(3)本发明所制备的脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜在干态和湿态下均具有较高的力学强度，并且具有较好的柔韧性，所述的制备方法简单，过程易操作，易于实现工业化，在引导组织修复再生领域中具有很好的应用前景。 

附图说明

图1为本发明实施例一制备的消旋聚乳酸—聚乳酸羟基乙酸共聚物双层不对称引导组织再生膜的疏松层表面扫描电镜（SEM）照片。 

图2为本发明实施例一制备的消旋聚乳酸—聚乳酸羟基乙酸共聚物双层不对称引导组织再生膜的致密层表面扫描电镜（SEM）照片。 

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做进一步说明。 

实施例一： 

1、将1.411g粘均分子量为20万的消旋聚乳酸(PDLLA)溶解于9ml三氯甲烷和1mlN,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，室温磁力搅拌12h，得到浓度为9%(w/w)的聚乳酸电纺液，室温静置脱泡；将2.000g粘均分子量为13万的聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA，摩尔比为50:50)溶解于8ml四氢呋喃和2mlN,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，室温磁力搅拌12h，得到浓度为0.2g/ml的聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺液，室温静置脱泡；

2、将步骤1所制备的聚乳酸电纺液加入储液器中进行静电纺丝，起始电压为15KV，接收距离为15cm，出液速率为10ml/h，接收装置为表面附有锡纸的旋不锈钢圆盘(直径150mm)，圆盘转速为180rpm，纺丝过程中为了保证纤维具有较好的收率，每消耗2ml的电纺液，电压相应升高3KV，即当电纺液用量为0~2ml时，电压为15 KV；当电纺液用量为2~4ml时，电压为18 KV；当电纺液用量为4~6ml时，电压为21 KV；当电纺液用量为6~8ml时，电压为24 KV；当电纺液用量为8~10ml时，电压为27 KV，按如此调压规律，得到直径为150mm，厚度为0.4mm的聚乳酸电纺膜；

3、将步骤2所得的聚乳酸电纺膜置于一块内表面带有斜花纹，另一块内表面不带有花纹的两块平板间，在温度为30℃，压强为0.5MPa条件下热压处理，得到一面带有花纹，另一面光洁平整的厚度为0.2mm的热压聚乳酸电纺膜（致密层）；

4、将步骤3所得的热压聚乳酸电纺膜，按光洁平整面朝外将其置于步骤(2)采用的表面附有锡纸的不锈钢圆盘接收器上，将步骤1所配制的聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺液在热压聚乳酸电纺膜（致密层）的平整表面上进行静电纺丝，电压固定为25KV，接收距离为20cm，出液速率为5ml/h，圆盘转速为180rpm，在热压聚乳酸电纺膜（致密层）上纺制出厚度为0.4mm的聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜（疏松层），最终得到具有双层不对称结构的聚乳酸—聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜。分别对其疏松层和致密层表面进行扫描电镜（SEM）分析可以看出：致密层（图2）的纤维排列密度明显高于疏松层（图1），所制得的电纺膜具有明显双层不对称结构。

5、将步骤4得到的双层不对称电纺膜置于真空干燥箱中，在温度为30℃的恒温条件下干燥48h后取出； 

6、将步骤5得到的干燥后的双层不对称电纺膜置于浓度为15%(v/v)的乙醇溶液中浸泡30min，之后分别用去离子水浸泡三次，每次取300ml去离子水处理15min，最后在-35℃的低温下预冻4h后在真空冷冻干燥机中冷冻干燥；

7、将步骤6得到的直径为150mm，厚度为0.6mm的双层不对称电纺膜剪裁成25mm×20mm大小，密封包装，然后用Co⁶⁰辐射灭菌后即可得到聚乳酸—聚乳酸羟基乙酸共聚物双层不对称引导组织再生膜。

实施例二： 

1、将1.074g粘均分子量为40.6万的消旋聚乳酸(PDLLA)溶解于9ml三氯甲烷和1mlN,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，室温磁力搅拌12h，得到浓度为7%(w/w)的聚乳酸电纺液，室温静置脱泡；

2、取5ml步骤1所制备的聚乳酸电纺液加入储液器中进行静电纺丝，纺丝条件为：电压15KV，接收距离20cm，出液速率7ml/h，接收装置为表面附有锡纸的旋转不锈钢圆盘(直径100mm)，圆盘转速为300rpm，得到直径为100mm，厚度为0.2mm的聚乳酸电纺膜；

3、将步骤2所得的聚乳酸电纺膜置于一块内表面带有细花纹，另一块内表面不带有花纹的两块平板之间，在温度为35℃，压强为3.0MPa条件下热压处理，得到一面带有花纹，另一面光洁平整的厚度为0.05mm的热压聚乳酸电纺膜（致密层）；

4、将步骤3所得的热压聚乳酸电纺膜，按光洁平整面朝外将其置于步骤(2)采用的表面附有锡纸的不锈钢圆盘接收器上，取5ml步骤1所配制的聚乳酸电纺液在热压聚乳酸电纺膜（致密层）的平整表面上进行静电纺丝，电压固定为25KV，接收距离为25cm，出液速率为9ml/h，圆盘转速为300rpm，在热压聚乳酸电纺膜（致密层）上纺制出厚度为0.2mm的聚乳酸电纺膜（疏松层），最终得到具有双层不对称结构的聚乳酸电纺膜；

5、将步骤4得到的双层不对称聚乳酸电纺膜置于真空干燥箱中，在温度为35℃的恒温条件下干燥48h后取出；

6、将步骤5得到的干燥后的双层不对称聚乳酸电纺膜置于浓度为20%(v/v)的乙醇溶液中浸泡60min，之后分别用去离子水浸泡三次，每次取400ml去离子水处理15min，最后在-35℃的低温下预冻4h后在真空冷冻干燥机中冷冻干燥；

7、将步骤6得到的直径为100mm，厚度为0.3mm的双层不对称电纺膜剪裁成30mm×25mm大小，密封包装，然后用环氧乙烷灭菌后即可得到聚乳酸双层不对称引导组织再生膜。

实施例三： 

1、将1.074g粘均分子量为40.6万的消旋聚乳酸(PDLLA)溶解于9ml三氯甲烷和1mlN,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，室温磁力搅拌12h，得到浓度为7%(w/w)的聚乳酸电纺液，室温静置脱泡；将1.411g粘均分子量为20万的消旋聚乳酸(PDLLA)溶解于9ml三氯甲烷和1mlN,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，室温磁力搅拌12h，得到浓度为9%(w/w)的聚乳酸电纺液，室温静置脱泡；

2、将步骤1所制备的浓度为7%(w/w)的聚乳酸电纺液加入储液器中进行静电纺丝，起始电压为15KV，接收距离为20cm，出液速率为7ml/h，接收装置为表面附有锡纸的旋不锈钢圆盘(直径120mm)，圆盘转速为200rpm，纺丝过程中为了保证纤维具有较好的收率，每消耗5ml的电纺液，电压相应升高5KV，即当电纺液用量为0~5ml时，电压为15 KV；当电纺液用量为5~10ml时，电压为20 KV，按如此调压规律，得到直径为120mm，厚度为0.4mm的聚乳酸电纺膜；

3、将步骤2所得的聚乳酸电纺膜置于一块内表面带有粗花纹，另一块内表面不带有花纹的两块平板之间，在温度为40℃，压强为1.0MPa条件下热压处理，得到一面带有花纹，另一面光洁平整的厚度为0.25mm的热压聚乳酸电纺膜（致密层）；

4、将步骤3所得的热压聚乳酸电纺膜，按光洁平整面朝外将其置于步骤(2)采用的表面附有锡纸的不锈钢圆盘接收器上，取步骤1所制备的浓度为9%(w/w)的聚乳酸电纺液在热压聚乳酸电纺膜（致密层）的平整表面上进行静电纺丝，起始电压为20KV，接收距离为25cm，出液速率为10ml/h，圆盘转速为200rpm，纺丝过程中为了保证纤维具有较好的收率，每消耗2ml的电纺液，电压相应升高3KV，即当电纺液用量为0~2ml时，电压为20 KV；当电纺液用量为2~4ml时，电压为23 KV；当电纺液用量为4~6ml时，电压为26 KV；当电纺液用量为6~8ml时，电压为29 KV；当电纺液用量为8~10ml时，电压为32 KV，按如此调压规律，在热压聚乳酸电纺膜（致密层）上纺制出厚度为0.4mm的聚乳酸电纺膜（疏松层），最终得到具有双层不对称结构的聚乳酸电纺膜；

5、将步骤4得到的双层不对称聚乳酸电纺膜置于真空干燥箱中，在温度为40℃的恒温条件下干燥72h后取出；

6、将步骤5得到的干燥后的双层不对称聚乳酸电纺膜置于浓度为10%(v/v)的乙醇溶液中浸泡45min，之后分别用去离子水浸泡三次，每次取400ml去离子水处理25min，最后在-35℃的低温下预冻4h后在真空冷冻干燥机中冷冻干燥；

7、将步骤6得到的直径为120mm，厚度为0.65mm的双层不对称电纺膜剪裁成20mm×15mm大小，密封包装，然后用Co⁶⁰辐射灭菌后即可得到聚乳酸双层不对称引导组织再生膜。

实施例四： 

1、将2.000g粘均分子量为10万的聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA，摩尔比为75:25)溶解于8ml四氢呋喃和2mlN,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，室温磁力搅拌12h，得到浓度为0.2g/ml的电纺液，室温静置脱泡；

2、取5ml步骤1所制备的聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺液加入储液器中进行静电纺丝，纺丝条件为：电压15KV，接收距离20cm，出液速率10ml/h，接收装置为表面附有锡纸的旋转不锈钢圆盘(直径50mm)，圆盘转速为500rpm，得到厚度为0.2mm的聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜；

3、将步骤2所得的聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜置于一块内表面带有细花纹，另一块内表面不带有花纹的两块平板之间，在温度为40℃，压强为0.05MPa条件下热压处理，得到一面带有花纹，另一面光洁平整的厚度为0.15mm的热压聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜（致密层）；

4、将步骤3所得的热压聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜，按光洁平整面朝外将其置于步骤(2)采用的表面附有锡纸的不锈钢圆盘接收器上，取5ml步骤1所配制的聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺液在热压聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜（致密层）的平整表面上进行静电纺丝，电压固定为20KV，接收距离为25cm，出液速率为10ml/h，圆盘转速为750rpm，在热压聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜（致密层）上纺制出厚度为0.2mm的聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜（疏松层），最终得到具有双层不对称结构的聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜；

5、将步骤4得到的双层不对称聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜置于真空干燥箱中，在温度为30℃的恒温条件下干燥72h后取出；

6、将步骤5中干燥后的双层不对称聚乳酸羟基乙酸共聚物电纺膜置于浓度为10%(v/v)的乙醇溶液中浸泡30min，之后分别用去离子水浸泡三次，每次取200ml去离子水处理20min，最后在-35℃的低温下预冻4h后在真空冷冻干燥机中冷冻干燥；

7、将步骤6得到的直径为50mm，厚度为0.35mm的双层不对称电纺膜剪裁成20mm×20mm大小，密封包装，然后用环氧乙烷灭菌后即可得到聚乳酸羟基乙酸共聚物双层不对称引导组织再生膜。

Claims (1)

1.一种脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜的制备方法，该双层不对称引导组织再生膜是由一层直径为纳米至亚微米级纤维构成的厚度为50μm~2.0mm的脂肪族聚酯疏松层，和一层直径为纳米至亚微米级纤维构成的厚度为10μm~1.0mm的脂肪族聚酯致密层构成，其制备方法包括以下过程：

(1) 将粘均分子量为5万~150万的聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸羟基乙酸共聚物、聚己内酯和聚羟基烷酸酯其中的一种以上，溶解于三氯甲烷、二氯甲烷、六氟异丙醇、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环和丙酮其中的一种溶剂或两种以上混合溶剂中，搅拌8~24小时，配制质量分数为1%~50%的A电纺液，再按如此做法配制质量分数为1%~50%的B电纺液，其中A、B两种电纺液所用脂肪族聚酯和溶剂及其质量浓度完全相同或者部分相同或者完全不同；

(2) 按照A电纺液与B电纺液的用量体积比为1:（0.1~10），首先以A电纺液进行静电纺丝成膜，静电纺丝条件为：初纺电压为10~15KV，续纺电压按每消耗1毫升A电纺液用量相应增加0~2.0KV进行调节，接收距离为5~50cm，出液速率为5~25ml/h，接收器为直径10cm~300cm的表面附有锡纸的旋转金属圆盘，圆盘转速为180~500rpm，得到厚度为100μm~2.0mm无纺布形式的A层电纺膜；

(3) 将步骤(2)所得的A层电纺膜置于一块内表面带有花纹，另一块内表面不带有花纹的两块平板之间，在温度为25~45℃和压强为0.01~5.0MPa条件下热压，得到一面带有花纹，另一面光洁平整的A层电纺膜；

(4) 将步骤(3)制得的A层电纺膜，按A层电纺膜的光洁平整面朝外将其置于步骤(2)采用的表面附有锡纸的金属圆盘接收器上，按照A电纺液与B电纺液的用量体积比为1:（0.1~10），再以B电纺液在A层电纺膜上进行静电纺丝成膜，静电纺丝条件为：初纺电压为15~25KV，续纺电压按每消耗1毫升电纺液用量相应增加0~2.0KV进行调节，接收距离为5~50cm，出液速率为5~25ml/h，金属圆盘转速为180~750rpm，经静电纺丝在A层电纺膜上纺制出厚度为50μm~2.0mm无纺布形式的B层电纺膜，从而得到双层不对称电纺膜；

(5) 将步骤(4)所制备的双层不对称电纺膜在温度为15~45℃条件下恒温真空干燥24~72小时，得干燥双层不对称膜；

(6) 将步骤(5)所得的干燥双层不对称膜在体积分数为1%~75%的乙醇溶液中浸泡5~60分钟，然后用去离子水浸泡至水溶液中不含残留溶剂为止，最后冷冻干燥得冷干双层不对称膜；

(7) 将步骤(6)所得的冻干双层不对称膜按照不同使用要求进行裁制封装，再经Co⁶⁰辐射灭菌或环氧乙烷灭菌后得到脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜。