CN104225682A

CN104225682A - 一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片及制备方法

Info

Publication number: CN104225682A
Application number: CN201310230908.7A
Authority: CN
Inventors: 冯淑芹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明型的目的在于提供一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片及制备方法，支撑层由具有高杨氏模量、高抗张强度和极佳的形状维持能力的再生基细菌纤维素编织而成；中间层涂敷抗菌较强的壳聚糖膜组成；外层由具有抗粘连，极强的持水性和透水透气性的交联的透明质酸纳组成。另外，细菌纤维素有极强的持水性和透水透气性，其内部存在的不是传统意义上的圆形小孔，而是不同尺寸的微小通道以及较大的孔隙能够保证人体内的中性白细胞通过修补网的孔隙，吞噬容易引起感染的细菌，有利于受创部位的愈合而不易引起受创部位的感染。由于是可降解的纤维不需再次的手术取出，减少病人的痛苦。

Description

一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片及制备方法

技术领域

本发明专利涉及一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片及制备方法，特别涉及组织工程技术所制备的神经与硬膜补片织物应用在医用非支撑组织及硬脑膜的治疗方面。

背景技术

纤维素是一种具有吸引力的天然生物高聚物材料，它的纤维结构和组成神经头的胶原纤维在形态学方面是一致的。其相互联通的微观结构支架具有高的孔隙率，是神经再生及硬膜修复的理想选择。纳米纤维其结构特征与组织的细胞外基质的特征相仿，具有极高的比表面积，更加有利于细胞的黏附和生长，具有更好的细胞黏附能力和细胞活性，能够作用于组织工程神经材料。细菌纤维素具有极佳的形状维持能力和抗撕力。在自然环境中，在酸性、微生物以及纤维素酶催化等条件下可以最终讲解成单糖等小分子物质；细菌纤维素生物合成时性能和形状的可调控性。通过调节培养条件，可得到化学性质有差异的细菌纤维素。同时，它具有生物相容性好、生物可降解性、生物适应性、无过敏反应，以及高的持水性和结晶度、良好的纳米纤维网络、高的张力和强度，尤其是良好的机械韧性。因此，在组织工程支架、人工血管、人工皮肤以及治疗皮肤损伤、引导组织修复等方面具有广泛的用途，是国际生物医用材料研究的热点之一。其纳米纤维降解创造更多的空间和高的孔隙率为神经再生及硬膜修复提供相互连接的通道，更加有利于神经组织及硬膜生长和便利骨水泥的吸收。然而细菌纤维素的降解为酸性物质，长期积累会导致酸中毒。壳聚糖是一种无毒性、无刺激性的非常安全的机体用材料。壳聚糖分子中含有大量的氨基和羟基基团，具有良好的细胞亲和性。氨基基团的存在使壳聚糖具有良好的亲水性，也使壳聚糖带有弱碱性，从而能够弥补细菌纤维素的酸中毒。另将具有纳米纤维结构的修复材料，通过交联表面改性，在修复材料中引入透明质酸的多肽基团，以修饰材料的亲水性以及细胞亲和性，使所制备的修复材料达到理想的要求。

发明内容

在非支撑组织修复包括神经以及硬脑膜修复手术中对修复的要求较高，要求具有极佳的形状维持能力和抗撕力，具有生物相容性好、生物可降解性、生物适应性、无过敏反应，以及高的持水性和结晶度、良好的纳米纤维网络、高的张力和强度等。要解决神经以及硬脑膜等非支撑组织的修复手术中存在的上述技术问题，而提供一种用于神经修复以及硬膜修复的三维补片及其制备方法。

为实现上述目的，本发明专利“一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片及制备方法”的制备方法如下：

(1)神经再生与硬膜修复补片的支撑层制备：

细菌纤维素纤维的制备：将细菌纤维素加入溶剂中，先在室温溶胀0.3h～5h后，将温度升高到80～120℃下溶解3～8h时间，直至得到均匀的透明褐色溶液。最后，放入真空烘箱内，在30～50℃下抽真空脱泡，以待纺丝；

将上述制备好的细菌纤维素溶液，通过湿法纺丝机，以及通过凝固浴双扩散，纺出再生细菌纤维素纤维。最后将制得的纤维水洗、干燥，以待用。所制得的再生细菌纤维素纤维通过编织制得尺寸为0.1～100cm×0.1～100cm× 0.02～2cm的三维补片的支撑层；

所述的细菌纤维素的颗粒尺寸为100～500目；

所述的溶剂为N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、离子液体、氯化铁、氯化锌、氯化钡、氯化锂、水、N，N二甲基乙酰胺、尿素中的一种或一种以上；

所述的细菌纤维素与溶剂的质量浓度为1％～6％；

所述的凝固浴为水、乙醇、丙酮、甲醇、二甲基亚砜、异丙醇、N-甲基吗啉-N-氧化物中的一种或一种以上。

(2)在等离子反应器中通入气流(其流速30ml/s)，将细菌纤维素纤维放入配制1％～6％的壳聚糖的醋酸溶液进行等离子处理，活化壳聚糖分子与细菌纤维素的正负电荷，将壳聚糖溶液涂覆在涂敷在再生细菌纤维素支架上，水洗洗去多余壳聚糖溶液；

所述的壳聚糖脱酰度为25％～95％，分子量为5万～300万；

本发明所使用的等离子反应器为上海福玛试验设备有限公司制造；

所述的等离子反应器中气流为空气、氧气、氩气中一种。

(3)最后将所制得的补片浸泡在加有1％～10％交联剂的透明质酸钠溶液中经过6～24h后取出三维补片，经水洗、真空干燥、热定型制得一种三维神经再生与硬膜修复的补片；

所述的透明质酸或其盐通过从微生物中提取或通过细菌发酵得到；

所述的透明质酸纳的交联剂是为二醇二缩水甘油基醚、乙基(N，N---甲基氨基丙基)碳二亚胺、高碘酸钠、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)、1-乙基-3-(3-三甲基氨基丙基)碳二亚胺(ETC)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、N-羟基磺基琥珀酰亚胺(磺基-NHS)、琥珀酸酐中一种或一种以上；

所述用于非支撑神经修复的三维神经修复与硬膜修复的补片的断裂强力为500～700CN，断裂伸长率为10～30％，打结断裂强力为400～600CN，打结断裂伸长率为10～50％，抗张强度为500-1000MPa，平均空隙为14.5μm，空隙率为72-95％。

(4)根据临床要求和医师建议分析以及通过物理试验和生物试验选择合适的医用再生细菌纤维素作为神经修复的神经修复与硬膜修复补片的支架原料。

a).根据相关文献资料试验选择修神经膜修复的组织结构，三维补片工艺参数，且解再生细菌纤维素机械强度不足，不抗菌以及粘连的难题。

b).实验测定补片的密度、厚度、拉伸断裂强力、顶破强力、抗弯长度、孔隙率等主要物理性能指标，分析各因素对补片主要物理性能指标的影响以及神经修复与硬膜修复补片各项物理性能指标之间的相关关系。

c).在正交试验的基础上，通过变换织物热定型的工艺参数，分析热定型后整理对神经修复与硬膜修复性能指标的影响。根据临床神经修复与硬膜修复的各项主要物理性能指标，选择实验的参数因子，使其各项基本物理性能指标达到甚至超过国外同类产品的标准。完成了国家食品药品监督管理局医疗器械质量监督检验中心检验。

有益效果：

本发明型的目的在于提供一种具有高强的机械一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片及制备方法，支撑层由具有高杨氏模量、高抗张强度和极佳的形状维持能力的再生基细菌纤维素编织而成；中间层涂敷抗菌增强的壳聚糖膜组成；外层由具有抗粘连，极强的持水性和透水透气性的交联的透明质酸纳组成。

再生基细菌纤维素的刚度相对较大，更适宜于编织出具有一定强度和抗弯刚度、能抵抗人体腹压及缺损体压的神经再生与硬膜修复补片。另外，细菌纤维素有极强的持水性和透水透气性。其内部存在的不是传统意义上的圆形小孔，而是不同尺寸的微小通道以及较大的孔隙能够保证人体内的中性白细胞通过修补网的孔隙，吞噬容易引起感染的细菌，有利于受创部位的愈合而不易引起受创部位的感染。由于是可降解的纤维不需再次的手术取出，减少病人的痛苦。

附图说明

图1发明专利的一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片的结构示意图，1中间层；2支撑层；3外层。

图2本发明实施例1所制备支撑层纤维的结构形貌。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明专利。应理解，这些实施例仅用于说明本发明专利而不用于限制本发明专利的范围。此外应理解，在阅读了本发明专利讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明专利作各种改动或修改，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

将0.1g细菌纤维素加入9.9gN-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液中，先在室温溶胀0.5h后，将温度升高到120℃下溶解3h时间，直至得到均匀的透亮褐色溶液。最后，放入真空烘箱内，在30℃下抽真空脱泡，以待纺丝。

将上述制备好的细菌纤维素溶液，通过湿法纺丝机，以及通过水中双扩散，纺出再生细菌纤维素纤维。最后将制得的纤维水洗、干燥，以待用。所制得的再生细菌纤维素纤维通过编织制得尺寸为15cm×4cm×0.5cm的三维神经再生与硬膜补片的支撑层。

将细菌纤维素支撑层放入配制1％的脱酰度为95％分子量为150万壳聚糖的醋酸溶液，通过等离子反应器中空气进行等离子反应，利用壳聚糖分子的正电荷与细菌纤维素的负电荷相吸作用力将壳聚糖溶液涂覆在涂敷在再生细菌纤维素支架上，水洗洗去多余壳聚糖溶液。

最后将所制得的神经再生与硬膜修复的三维补片浸泡在加有1％BDDE的透明质酸钠溶液中经过24h后取出补片，经水洗、真空干燥、定型制得用于神经再生与硬膜修复的三维补片。

实施例2

将0.4g细菌纤维素加入9.6gN-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液中，先在室温溶胀5h后，将温度升高到80℃下溶解8h时间，直至得到均匀的透明褐色溶液。最后，放入真空烘箱内，在50℃下抽真空脱泡，以待纺丝。

将上述制备好的细菌纤维素溶液，通过湿法纺丝机，以及通过NMMO水溶液中双扩散，纺出再生细菌纤维素纤维。最后将制得的纤维水洗、干燥，以待用。所制得的再生细菌纤维素纤维通过编织制得尺寸为8cm×8cm×0.1cm的三维补片的支撑层。

将细菌纤维素支撑层放入配制6％的脱酰度为75％，分子量为50万壳聚糖的醋酸溶液，通过等离子反应器中氧气气流进行等离子反应利用壳聚糖分子的正电与细菌纤维素的负电作用力将壳聚糖溶液涂覆在涂敷在再生细菌纤维素支架上，水洗洗去多余壳聚糖溶液。

最后将所制得的神经补片浸泡在加有1％EDC的透明质酸钠溶液中经过6h后取出补片，经水洗、真空干燥制得用于神经再生与硬膜修复的三维补片。

实施例3

如图1所示是本发明实施例1所制备的一种用于神经再生与硬膜三维补片，支撑层由具有高杨氏模量、高抗张强度和极佳的形状维持能力的再生基细菌纤维素编织而成；其支架的断裂强力为500CN，断裂伸长率为30％，打结断裂强力为400CN，打结断裂伸长率为20％。

中间层涂敷抗菌增强的脱乙酰度75％，分子量为200万壳聚糖溶解在2％的醋酸溶液中涂敷在再生细菌纤维素补片上。

外层由具有抗粘连，极强的持水性和透水透气性的交联的透明质酸纳溶解在水中涂敷在再生细菌纤维素支撑补片上，真空干燥。

实施例4

1、一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片的制造流程：再生细菌纤维素的支架的编织再生细菌纤维素的组织结构、织物编织工艺参数

经编是针织方法的一种，是采用一组或几组平行排列的纱线，于经向喂入针织机的所有工作针上，同时进行成圈而形成针织物。从修补网的物理机械性能要求来分析，经编针织组织的结构必须具有足够的强度、足够的孔隙率、适当的刚度等几项关键的性能指标。

2、一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片的热定型的工艺参数

热定型过程将引起纤维超分子结构和形态结构的改变，使稳定度低的结构单元转变为稳定度较高的结构单元。因此热定型可以做到修补式的改善纤维成型或拉伸过程中已经形成的不完善结构，而不是彻底的破坏和重建。补片热定型的工艺参数如下所示。

3、本实施例2的一种三维神经再生与硬膜修复补片，物理性能为：

(1)断裂强力为500CN，断裂伸长率为30％

(2)纵向断裂强力：50N，纵向密度：42.5个/5cm

(3)横向断裂强度：50N，横向密度：30.5个/5cm

(4)抗张强度：720MPa

(5)弹性模量为1.74GPa

(6)空隙：14.5μm

(7)空隙率：92％。

Claims

1.一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片及制备方法，其特征在于用于神经再生与硬膜修复的三维补片的支撑层由细菌纤维素纤维编织而成，再涂有抗菌作用的壳聚糖膜，外层由透明质酸交联修饰而制备的三维补片。

2.根据权利要求1所述的一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片及制备方法，其特征在于用于神经再生与硬膜修复的三维补片的制备方法如下：

(1)用于神经再生与硬膜修复的三维补片的支撑层制备：

细菌纤维素纤维的制备：将细菌纤维素加入溶剂中，先在室温溶胀0.3h～5h后，将温度升高到80～120℃下进行溶解3～8h时间，直至得到均匀的透明褐色溶液。降溶液放入真空烘箱内，在30～50℃下抽真空脱泡；

将脱泡好的细菌纤维素溶液，通过湿法纺丝机，以及通过凝固浴接收纤维，纺出再生细菌纤维素纤维。最后将制得的纤维水洗、干燥，以待用。所制得的再生细菌纤维素纤维通过编织制得尺寸为0.1～100cm×0.1～100cm×0.02～2cm的三维补片的支撑层；

(2)神经再生与硬膜修复补片的中间层涂敷：将细菌纤维素纤维放入配制1％～6％的壳聚糖的醋酸溶液，利用壳聚糖分子带有正电荷与细菌纤维素带有负电荷的相互吸引力以及通过流速30ml/s的空气等离子处理器中进行等离子处理，活化壳聚糖与细菌纤维素的正负电荷，通过化学键的相互作用将壳聚糖溶液涂敷在再生细菌纤维素支架上，水洗洗去多余壳聚糖溶液；

所述的壳聚糖的脱酰度为25％～95％，分子量为5万～300万。

(3)神经再生与硬膜修复补片的外层交联：最后将所制得的补片浸泡在加有1％～10％交联剂的透明质酸钠溶液中经过6～24h后取出三维补片，经水洗、真空干燥、热定型制得一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片；

所述的透明质酸或其盐通过从微生物中提取或通过细菌发酵得到。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其中所述的溶剂为N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、离子液体、氯化铁、氯化锌、氯化钡、氯化锂、水、N，N二甲基乙酰胺、尿素中的一种或一种以上。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其中所述的细菌纤维素与溶剂的质量浓度为1％-6％。

5.根据权利要求1-2所述的制备方法，其中所述的透明质酸纳的交联剂是为二醇二缩水甘油基醚、乙基(N，N---甲基氨基丙基)碳二亚胺、高碘酸钠、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)、1-乙基-3-(3-三甲基氨基丙基)碳二亚胺(ETC)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、N-羟基磺基琥珀酰亚胺(磺基-NHS)、琥珀酸酐中一种或一种以上。

6.根据权利要求1-2所述的一种用于神经再生与硬膜修复的三维补片及制备方法，其特征在于三维补片的断裂强力为500～700CN，断裂伸长率为10～30％，打结断裂强力为400～600CN，打结断裂伸长率为10～50％，抗张强度为500～1000MPa，平均空隙为14.5μm，空隙率为72～95％。