CN104888278B - 一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料及其制备和应用 - Google Patents
一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料及其制备和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料及其制备和应用，由纳米纤维膜和微米纤维网层层叠加后针刺加固得到。制备：先将纳米纤维膜平铺于最底层，然后将微米纤维网覆盖在纤维膜上，使得纳米纤维膜和微米纤维网层层叠加，得到纳/微纤维复合材料，然后进行针刺加固，即得。本发明的人工支架具有出色的生物相容性，并且解决了细胞在纳米纤维膜上的渗透问题，同时保持了支架良好的生物力学性能，在临床上有着广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于支架材料及其制备和应用领域，特别涉及一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料及其制备和应用。
背景技术
由于人类自身不能自愈大段骨损伤，因此必须在修复外科的介入下进行治疗。目前，自体骨移植仍然是治疗骨损伤的金标准。但是，自体骨移植存在很多缺陷，例如：供体部位疼痛、发炎和出血等。为了解决这些问题，通过组织工程手段诱导受损骨自然修复成了目前研究的热点。静电纺丝技术一种设备简单，操作方便的方法，可以很容易制备纳米或微米尺寸纤维。在仿生人体天然细胞外基质(ECM)上显示出了巨大的优势，但是其在组织工程应用中仍然存在很多问题。
纳米纤维支架在组织工程应用中的一个主要问题是细胞向膜内渗透困难；主要是因为静电纺丝纳米纤维所固有的纤维直径小限制了纳米纤维支架的孔径。为了解决这一问题，目前主要有三种方法：改进静电纺丝设备，无机物颗粒混纺和混入可溶性纤维，但是这些方法大都过程复杂，影响纳米纤维的生物活性。制备具有一定互联的孔径、功能性的梯度结构和足够的生物机械性能的三维支架是另一个难题；国内外制备三维结构纳米支架，为了提高细胞向支架内部渗透，大多采用飞秒激光穿孔、机械穿孔独等方式对支架进行打孔，这类支架的孔结构为通孔结构，细胞很容易向支架底部掉落，不易于向支架内部伸展。同时，孔结构边缘因高温会出现明显的烧结现象，影响其生物相容性。
将传统的非织造加工技术-梳理成网、针刺技术与静电纺丝技术结合，制备出多层纳米/微米纤维三维多孔支架。这种支架以纳米纤维膜仿生细胞外基质的主体材料，而夹杂在纳米纤维膜之间蓬松的微米纤维网，作为层层纳米纤维膜之间的支撑材料。在针刺过程中，纳米纤维膜会被直接刺穿，形成孔洞，而微米纤维网中微米纤维之间抱合力较弱，部分纤维会随着刺针向支架内部移动，形成纤维销钉，细胞在支架表面从纳米纤维膜的孔洞中向内部渗透，由于微米纤维的存在，细胞不会直接掉落，而是沿着微米纤维慢慢向下移动，从而向四周伸展，解决了细胞在整个支架的渗透问题。同时，三维复合支架具有一定强力和厚度，最终制备一个具有实用价值的三维骨再生支架；目前，尚无文献报道纳米纤维膜与微米纤维网层层叠加后，通过针刺技术加固来制备生物医学组织工程支架。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料及其制备和应用，本发明制备方法简单，原料易得；这种纳/微结构的三维支架不仅很好的解决了细胞在纳米三维支架中的渗透问题，同时，微米纤维网还提供了额外的力学性能补充，在组织工程中将发挥巨大的潜力。
本发明的一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料，所述纳/微米纤维三维多孔结构支架材料由纳米纤维膜和微米纤维网层层叠加后针刺加固得到。
所述纳米纤维膜的孔径为200-600微米；微米纤维网的孔径为10-170微米。
所述纳米纤维膜为聚己内酯纳米纤维膜；微米纤维网可以是胶原、脱胶蚕丝、壳聚糖或海藻酸钠微米纤维网。
纳/微米纤维均为可降解的生物材料，纳米纤维原料为聚己内酯，在制备纳米纤维时，可以向纺丝溶液中加入无机/有机/蛋白质等因子，包括羟基磷灰石、胶原、骨形态发生蛋白、成纤维生长因子中其中的一种，促进组织再生。
本发明的一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料的制备方法，包括：
(1)将聚己内酯溶于溶剂中，室温搅拌，得到纺丝溶液，静电纺丝，真空干燥，得到纳米纤维膜；
(2)梳理机对微米纤维进行梳理，得到均匀微米纤维网；
(3)纳米纤维膜和微米纤维网进行层层叠加，得到纳/微纤维复合材料；其中层层叠加具体为：先将纳米纤维膜平铺于最底层，然后将微米纤维网覆盖在纳米纤维膜上，使得纳米纤维膜和微米纤维网层层叠加，最后顶层平铺一层纳米纤维膜，叠加层数为7～49层；
(4)将上述纳/微纤维复合材料通过针刺机进行针刺(上千枚带有倒钩的刺针对其穿刺)，即得纳/微米纤维三维多孔结构支架材料。
所述步骤(1)中溶剂为三氟乙醇；纺丝溶液的质量百分浓度为12-15％；搅拌时间为12-24h。所述步骤(1)中纺丝溶液中含有羟基磷灰石、胶原、骨形态发生蛋白、成纤维生长因子中的一种或几种。
所述步骤(1)中静电纺丝的工艺参数为：使用5mL注射器，21G不锈钢针头，施加电压为15±3kV，接收距离为15cm，纺丝时间1～2h。
所述步骤(2)中微米纤维为胶原、脱胶蚕丝、壳聚糖或海藻酸钠；微米纤维网是胶原、脱胶蚕丝、壳聚糖或海藻酸钠微米纤维网；微米纤维网的面密度为5～50g/m2。
所述步骤(3)中层层叠加的具体叠加有三种方式：(1)5～50层纯纳米纤维膜叠加；或(2)15～59层纳/微米纤维交替层层叠加，最底层和最顶层材料为纳米纤维膜；或(3)5～50层纯微米纤维网叠加。
所述步骤(4)中针刺为经过两道针刺，第一道针刺频率为600-800针/分，针深为6-9mm；第二道针刺频率为500-700针/分，针深为6-9mm。
本发明的一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料的应用，在骨修复、软骨修复、肌腱再生及皮肤再生中作为支架材料的应用。
传统纳米纤维基人工支架材料孔径较小，限制了细胞渗透及迁徙，不利于新组织的再生。本发明采用针刺技术，使用上千枚带有倒钩的刺针对静电纺丝聚乙内酯纳米纤维膜与梳理胶原微米纤维网层层叠加的复合材料进行针刺加固，最终得到具有多级孔径结构及一定强力的人工支架。本发明的人工支架具有出色的生物相容性，并且解决了细胞在纳米纤维膜上的渗透问题，同时保持了支架良好的生物力学性能，在临床上有着广阔的应用前景。
有益效果
本发明将传统的针刺技术拓展到生物医学材料上，制备出一个具有使用价值的纳/微米纤维三维多孔结构支架材料；
本发明制备方法简单，原料易得等优点；本发明纳/微结构的三维支架不仅很好的解决了细胞在纳米三维支架中的渗透问题，同时，微米纤维网还提供了额外的力学性能补充，在组织工程中将发挥巨大的潜力。
附图说明
图1为天然结构纳/微米纤维三维多孔皮肤组织工程支架表面SEM照片；
图2为40％羟基磷灰石仿生天然骨结构纳米-羟基磷灰石/微米纤维三维多孔骨组织工程支架截面SEM照片；
图3为纳/微米纤维三维多孔结构支架材料光学电镜照片，其中1为表层纳米纤维膜；2为第二层微米纤维网；
图4为纳/微米纤维三维多孔结构支架材料孔径分布图。
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
配制聚己内酯静电纺丝溶液，将1.2g聚己内酯(PCL)颗粒，0.8g胶原蛋白(collagen)粉末加入10mL三氟乙醇中。常温下磁力搅拌24h，得到含有40％HAp的PCL纺丝溶液。静电纺丝时，使用5mL注射器，21G不锈钢针头，施加电压为15kV，接收距离为15cm，纺丝时间为1.5h，得到4块含有PCL/collagen纳米复合膜。
取15g天然脱胶蚕丝经过梳理机进行两次梳理得到3块面密度为5g/m2的微米纤维网。将纳米纤维膜与微米纤维网层层叠加得到7层复合材料，首先经过预针刺，刺频率为500针/分，针深为6mm；然后经过主针刺，针刺频率为500针/分，针深为6mm。得到天然结构纳/微纤维三维多孔皮肤组织工程支架，这种支架具有优异的生物相容性及可降解性能，可以极大促进皮肤再生。
图1为天然结构纳/微米纤维三维多孔皮肤组织工程支架表面SEM照片，图中可以看出，纳米纤维膜表面形成很多规则的孔结构，细胞可以很容易通过孔结构渗透到支架内部。
实施例2
制备40％羟基磷灰石仿生天然骨结构纳米-羟基磷灰石/微米纤维三维多孔骨组织工程支架：
配制聚己内酯静电纺丝溶液时，将1.2g聚己内酯(PCL)颗粒，0.8g纳米羟基磷灰石(HAp)粉末加入10mL三氟乙醇中。常温下磁力搅拌24h，得到含有40％HAp的PCL纺丝溶液。静电纺丝时，使用5mL注射器，21G不锈钢针头，施加电压为15kV，接收距离为15cm，纺丝时间为1.5h，得到15块含有40％HAp的PCL纳米膜。另取140的胶原或蚕丝纤维，通过梳理机进行两次梳理得到面密度为14块10g/m2的微米纤维网。将纳米纤维膜与微米纤维网层层叠加得到29层复合材料，首先经过预针刺，刺频率为600针/分，针深为9mm；然后经过主针刺，针刺频率为700针/分，针深为9mm。得到仿生天然骨结构的三维多孔骨组织工程支架。这种支架不仅类似天然骨的多孔结构，而且含有促进骨祖细胞分化的羟基磷灰石，这对促进新骨形成，加速骨再生具有重要意义。
图2所示的为40％羟基磷灰石仿生天然骨结构纳米-羟基磷灰石/微米纤维三维多孔骨组织工程支架截面SEM照片。图中可以看三层纳米纤维膜以及四层微米纤维网，其中，数根微米纤维穿过纳米纤维膜的孔结构，这种结构有利于细胞在渗透过程中，沿着微米纤维向支架深处渗透。图3所示的为纳/微米纤维三维多孔结构支架材料光学电镜照片，第一层为纳米纤维膜，由于受到刺针穿刺作用，形成较为均匀为孔，孔径大小为490±89μm。第二层为微米纤维网，由图4可以看出纳/微米纤维三维多孔结构支架材料的孔径主要分布在20～150μm之间，主要是由于微米纤维网的填充作用，减弱细胞直接掉落到支架底部的可能。
Claims (8)
1.一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料，其特征在于：所述纳/微米纤维三维多孔结构支架材料由纳米纤维膜和微米纤维网层层叠加后针刺加固得到；其中纳米纤维膜的孔径为200-600微米；微米纤维网的孔径为10-170微米；微米纤维网中的微米纤维穿过纳米纤维膜的孔结构。
2.根据权利要求1所述的一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料，其特征在于：所述纳米纤维膜为聚己内酯纳米纤维膜；微米纤维网为胶原、脱胶蚕丝、壳聚糖或海藻酸钠微米纤维网。
3.一种如权利要求1-2任一所述的纳/微米纤维三维多孔结构支架材料的制备方法，包括：
(1)将聚己内酯溶于溶剂中，室温搅拌，得到纺丝溶液，静电纺丝，真空干燥，得到纳米纤维膜；
(2)梳理机对微米纤维进行梳理，得到微米纤维网；
(3)纳米纤维膜和微米纤维网进行层层叠加，得到纳/微纤维复合材料；其中层层叠加具体为：先将纳米纤维膜平铺于最底层，然后将微米纤维网覆盖在纳米纤维膜上，使得纳米纤维膜和微米纤维网层层叠加，最后顶层平铺一层纳米纤维膜，叠加层数为7～49层；
(4)将上述纳/微纤维复合材料通过针刺机进行针刺，即得纳/微米纤维三维多孔结构支架材料。
4.根据权利要求3所述的一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中溶剂为三氟乙醇；纺丝溶液的质量百分浓度为12-15％；搅拌时间为12-24h。
5.根据权利要求3所述的一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中纺丝溶液中含有羟基磷灰石、胶原、骨形态发生蛋白、成纤维生长因子中的一种或几种。
6.根据权利要求3所述的一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中微米纤维网为胶原、脱胶蚕丝、壳聚糖或海藻酸钠微米纤维网；微米纤维网的面密度为5～50g/m2。
7.根据权利要求3所述的一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中针刺为经过两道针刺，第一道针刺频率为600-800针/分，针深为6-9mm；第二道针刺频率为500-700针/分，针深为6-9mm。
8.一种如权利要求1-2任一所述的纳/微米纤维三维多孔结构支架材料的应用，其特征在于：在骨修复、软骨修复、肌腱再生及皮肤再生中作为支架材料的应用。
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| CN107412870A (zh) * | 2017-04-11 | 2017-12-01 | 常州大学 | 一种具有双层多孔结构的胶原基皮肤修复材料及其制备方法 |
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| CN109568635B (zh) * | 2018-12-17 | 2021-11-16 | 河南省医疗器械检验所 | 一种原位膨胀高吸水性止血材料及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102000362A (zh) * | 2010-12-02 | 2011-04-06 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 丝素蛋白/纳米羟基磷灰石多孔支架材料及其制备方法 |
| CN102908651A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-06 | 威高集团有限公司 | 一种具有微纳复合结构的氧化再生纤维素类止血材料的制备方法 |
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| CN102908651A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-06 | 威高集团有限公司 | 一种具有微纳复合结构的氧化再生纤维素类止血材料的制备方法 |
| CN103191463A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-07-10 | 上海师范大学 | 一种壳聚糖纤维/生物活性玻璃三维有序多孔支架材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
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| Endothelial cell colonization and angiogenic potential of combined nano- and micro-fibrous scaffolds for bone tissue engineering;Marina I. Santos等;《Biomaterials》;20080815;第29卷(第32期);摘要、第4307页"2.1 Scaffolds"部分 * |
| 基于静电纺丝技术的多级结构聚合物纳米纤维复合材料的研究进展;缪月娥等;《高分子学报》;20120831(第8期);801-811 * |
| 静电纺丝法制备组织工程钠/微米纤维支架;何创龙等;《自然科学进展》;20051031;第15卷(第10期);1175-1182 * |
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