CN105107022B - 一种在湿态下具有压缩弹性的纳米纤维多孔支架的制备方法 - Google Patents
一种在湿态下具有压缩弹性的纳米纤维多孔支架的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种在湿态下具有压缩弹性的纳米纤维多孔支架的制备方法，将明胶和聚乳酸溶于溶剂中，得到混合溶液，然后进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；将上述纳米纤维膜投入叔丁醇中，然后进行粉碎，冷冻、冷冻干燥，得到未交联的冻干支架；将上述未交联的冻干支架浸入交联液中，冲洗，浸泡去离子水中，然后进行冷冻、冷冻干燥，即得。本发明制备的材料具有可降解性和生物相容性较高的孔隙率，在湿态下具有一定的抗压缩性，可快速止血，利于细胞粘附、增殖和组织再生，可应用于止血材料，软骨组织工程，皮肤组织工程等领域。
Description
技术领域
本发明属于三维多孔支架的制备领域，特别涉及一种在湿态下具有压缩弹性的纳米纤维多孔支架的制备方法。
背景技术
细胞，支架和生长因子是组织工程的三大要素。在利用组织工程方法修复受损组织过程中，支架的制备与选取是其中一个重要的环节。优良的组织工程支架应在结构与生理功能上模拟天然组织与器官，提供力学支持和细胞生长的三维空间，满足细胞的粘附，增殖，迁移和分化等要求(S.Yang,K.-F.Leong,Z.Du and C.-K.Chua,The design ofscaffolds for use in tissue engineering.Part I.Traditional factors,Tissueengineering,7(2001)679-689)。因此，制备具有高孔隙率和力学支持的三维多孔支架是目前组织工程的研究热点之一。传统制备三维多孔组织工程支架的方法如热压成型(Y.Yang,S.Basu,D.L.Tomasko,L.J.Lee and S.-T.Yang,Fabrication of well-defined PLGAscaffolds using novel microembossing and carbon dioxide bonding,Biomaterials,26(2005)2585-2594.)，溶剂浇铸/粒子沥滤法(S.Yang,K.-F.Leong,Z.Du and C.-K.Chua,The design of scaffolds for use in tissue engineering.Part I.Traditionalfactors,Tissue engineering,7(2001)679-689.)，快速成型法(C.X.F.Lam,X.Mo,S.-H.Teoh and D.Hutmacher,Scaffold development using 3D printing with a starch-based polymer,Materials Science and Engineering:C,20(2002)49-56.)等已应用于组织工程领域。但是这些方法制备的支架一般无法仿生天然组织的细胞外基质结构。细胞外基质主要是由胶原纳米纤维构成，优良的组织工程支架应模拟天然细胞外基质的结构和功能。目前，制备由纳米纤维构成的支架的方法主要有静电纺，自组装和相分离技术(J.M.Holzwarth and P.X.Ma,3D nanofibrous scaffolds for tissue engineering,Journal of Materials Chemistry,21(2011)10243-10251.)。静电纺技术是一种简单快速制备纳米纤维的方法，但该技术制备的支架一般是由纳米纤维堆积构成的纤维膜，制备的三维支架力学性质较差，难以达到真正实际的应用(B.Sun,Y.Long,H.Zhang,M.Li,J.Duvail,X.Jiang and H.Yin,Advances in three-dimensional nanofibrousmacrostructures via electrospinning,Progress in Polymer Science,39(2014)862-890.)。自组装技术的局限在于很难控制支架的空隙和孔径。相分离技术方法简单，可以控制支架的形状，但是该技术只能将特定的某些聚合物制备出纳米纤维结构，如PLA，PGA，PU等。文献报道(X.Liu and P.X.Ma,Phase separation,pore structure,and propertiesof nanofibrous gelatin scaffolds,Biomaterials,30(2009)4094-4103.)可将明胶利用相分离技术制备出纳米纤维多孔支架，但该支架力学性质较差。因此，选择一种合适的加工技术，制备一种力学性质较好，由纳米纤维构成的三维多孔支架具有非常重要的应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在湿态下具有压缩弹性的纳米纤维多孔支架的制备方法，本发明制备的支架具有纳米纤维结构，可以仿生人体组织的细胞外基质；高孔隙率和大孔径可利于细胞的生长和增殖。
本发明的一种在湿态下具有压缩弹性的纳米纤维多孔支架的制备方法，包括：
(1)将明胶和聚乳酸溶于溶剂中，得到混合溶液，然后进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；
(2)将上述纳米纤维膜投入叔丁醇中，然后进行粉碎，冷冻、冷冻干燥，得到未交联的冻干支架；
(3)将上述未交联的冻干支架浸入交联液中，冲洗，浸泡去离子水中，然后进行冷冻、冷冻干燥，即得纳米纤维多孔支架。
所述步骤(1)中明胶为牛明胶或鱼明胶；聚乳酸为左旋聚乳酸PLLA；溶剂为六氟异丙醇。
步骤(1)中明胶和聚乳酸在混合溶液中总的质量百分数为11％。
所述步骤(1)中明胶和聚乳酸的质量比为1:5。
所述步骤(1)中静电纺丝工艺为：明胶与聚乳酸混合溶液加入到注射器中，安装在推进泵上，连接高压，设置纺丝电压为15KV,推进速率为5ml/h,铝箔作为接受装置，接收距离为15cm，然后进行静电纺丝。
所述步骤(2)中纳米纤维膜和叔丁醇的比例为1-4g：100mL。
所述步骤(2)中粉碎为用高速分散机将纳米纤维膜粉碎。
所述步骤(2)中冷冻、冷冻干燥为：在-80℃冰箱中冷冻1h，然后置于冷冻干燥机中冷冻干燥。
所述步骤(3)中交联液为：体积比为1:4的戊二醛溶液与乙醇溶液的混合溶液；未交联的冻干支架浸入交联液中的时间为5-10min。
所述戊二醛溶液的体积百分浓度为25％。
所述步骤(3)中浸泡去离子水中的时间为24-48h。
有益效果
本发明以明胶/聚乳酸纳米纤维为材料制备三维纳米纤维多孔支架，(1)制备的支架具有纳米纤维结构，可以仿生人体组织的细胞外基质；(2)高孔隙率和大孔径可以利于细胞的生长和增殖；(3)在湿态下具有非常高的压缩弹性，在压缩形变达到80％时，仍能吸水恢复原来形貌；(4)该支架具有优良的吸水性能，吸水率最高可达2500％，可应用于止血材料，软骨组织工程、皮肤组织工程等领域。
附图说明
图1为明胶/PLA静电纺纳米纤维扫描电镜图片；
图2.明胶/PLA短纤维光学显微镜图片；
图3.明胶/PLA三维支架图片；
图4.明胶/PLA三维支架横断面扫描电镜图片；
图5.明胶/PLA三维支架在湿态下的压缩应力-应变曲线。
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
将明胶和聚乳酸(质量比为1:5)溶于六氟异丙醇中，总质量分数为11％。将溶液吸入注射器中，控制微量注射泵推进速率为5mL/h，连接15KV的高压电源与注射器针头相连，用铝箔接收，接收距离为15cm。静电纺丝得到明胶/PLA纳米纤维膜。
实施例2
将明胶和聚乳酸(质量比为1:5)溶于六氟异丙醇中，总质量分数为11％。将溶液吸入注射器中，控制微量注射泵推进速率为5mL/h，连接15KV的高压电源与注射器针头相连，用铝箔接收，接收距离为15cm。静电纺丝得到明胶/PLA纳米纤维膜。将纳米纤维膜用剪刀剪成大约0.5×0.5cm大小的片状。然后称取1g该纳米纤维膜加入到含100mL叔丁醇的烧杯中，用高速粉碎机将纳米纤维膜粉碎成均匀的短纤维溶液。
实施例3
将明胶和聚乳酸(质量比为1:5)溶于六氟异丙醇中，总质量分数为11％。将溶液吸入注射器中，控制微量注射泵推进速率为5mL/h，连接15KV的高压电源与注射器针头相连，用铝箔接收，接收距离为15cm。静电纺丝得到明胶/PLA纳米纤维膜。将纳米纤维膜用剪刀剪成大约0.5×0.5cm大小的片状。然后称取1g该纳米纤维膜加入到含100mL叔丁醇的烧杯中，用高速粉碎机将纳米纤维膜粉碎成均匀的短纤维溶液。然后，将短纤维溶液加入到模具中，放到-80℃的冰箱中，冷冻1小时，最后，再置入真空冷冻干燥器中干燥24小时，得到三维支架。将支架置入体积比为1:4的戊二醛溶液与乙醇溶液的混合溶液中交联10分钟，用水浸泡48小时，多次冲洗，最后冷冻干燥得到交联后的三维支架。支架密度为76.6mg/cm3,吸水率可达2500％。在湿态下压缩形变达到80％时仍可恢复原状。
实施例4
将明胶和聚乳酸(质量比为1:5)溶于六氟异丙醇中，总质量分数为11％。将溶液吸入注射器中，控制微量注射泵推进速率为5mL/h，连接15KV的高压电源与注射器针头相连，用铝箔接收，接收距离为15cm。静电纺丝得到明胶/PLA纳米纤维膜。将纳米纤维膜用剪刀剪成大约0.5×0.5cm大小的片状。然后称取3g该纳米纤维膜加入到含100mL叔丁醇的烧杯中，用高速粉碎机将纳米纤维膜粉碎成均匀的短纤维溶液。然后，将短纤维溶液加入到模具中，放到-80℃的冰箱中，冷冻1小时，最后，再置入真空冷冻干燥器中干燥24小时，得到三维支架。将支架置入体积比为1:4的戊二醛溶液与乙醇溶液的混合溶液中交联10分钟，用水浸泡48小时，多次冲洗，最后冷冻干燥得到交联后的三维支架。支架密度为138mg/cm3,孔隙率为90％，吸水率可达900％。在湿态下压缩形变达到80％时仍可恢复原状。
Claims (1)
1.一种在湿态下具有压缩弹性的纳米纤维多孔支架的制备方法，包括：
将质量比为1:5的明胶和聚乳酸溶于六氟异丙醇中，总质量分数为11％；将溶液吸入注射器中，控制微量注射泵推进速率为5mL/h，连接15KV的高压电源与注射器针头相连，用铝箔接收，接收距离为15cm；静电纺丝得到明胶/PLA纳米纤维膜；将纳米纤维膜用剪刀剪成0.5×0.5cm大小的片状；然后称取1g该纳米纤维膜加入到含100mL叔丁醇的烧杯中，用高速粉碎机将纳米纤维膜粉碎成均匀的短纤维溶液；然后，将短纤维溶液加入到模具中，放到-80℃的冰箱中，冷冻1小时，最后，再置入真空冷冻干燥器中干燥24小时，得到三维支架；将支架置入体积比为1:4的戊二醛溶液与乙醇溶液的混合溶液中交联10分钟，用水浸泡48小时，多次冲洗，最后冷冻干燥得到交联后的三维支架；支架密度为76.6mg/cm3,吸水率可达2500％，在湿态下压缩形变达到80％时仍可恢复原状。
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