CN105169477A - 纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法 - Google Patents
纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于生物医学工程领域，具体涉及一种纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法。具体方法如下：配制稳定的纳米纤维素水悬浮液；将聚己内酯加入冰醋酸中，加热搅拌使聚己内酯完全溶解，然后加入壳聚糖和蒸馏水，直至壳聚糖完全溶解；加入纳米纤维素水悬浮液，搅拌下超声分散均匀；将混合物装入模具中，经冷冻干燥、脱模、洗涤、再真空干燥，即得纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架。该多孔支架与纯聚己内酯制备的多孔支架相比，力学性能有较大的提高，而且纳米纤维素与壳聚糖合用有利于提高支架的细胞亲和性、生物活性和降解性能。本发明原料来源丰富、制备工艺简单、产品力学性能和生物性能好，可广泛应用于组织工程支架领域。
Description
技术领域
本发明属于生物医学工程领域，具体涉及一种纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法。
背景技术
聚己内酯是一种具有优良生物相容性的可降解合成高分子材料。其结构重复单元上含有一个极性酯基和5个非极性亚甲基，这种结构使得聚己内酯具有较好的加工性和柔顺性。由于它在生物体内可以被彻底的降解和吸收，无毒无害，可制成具有三维多孔的支架，代替细胞外基质。但作为组织工程支架材料，聚己内酯也有明显的缺点，比如机械强度不够高、疏水性较强、生物活性特点不够好、降解速度慢。壳聚糖是一种多聚糖，结构类似于纤维素，存在于自然界中，来源非常广泛，而且价格低廉。壳聚糖具有良好生物相容性且降解性能好，因为有氨基基团，有利于软骨细胞的生长。在聚己内酯中加入壳聚糖，既保留了聚己内酯良好的生物相容性、可降解性及降解产物无毒性，又解决了聚己内酯疏水性带来的局限。然而因为壳聚糖的强度较低，以此构建的支架材料的机械强度仍然不够理想。
纳米纤维素具有很好的力学性能、亲水性能、生物相容性和可降解性能，作为生物医用材料的增强材料具有巨大的应用前景。但纳米纤维素表面含有大量的羟基，纳米纤维素间具有很强的氢键作用，当纳米纤维素作为粉体使用时，之前制备时的干燥过程很容易造成纳米纤维素的团聚，使其在复合体系中分散不均匀，从而影响复合材料的力学性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法，它的主要特征是纳米纤维素以水悬浮液的方式加入，使得纳米纤维素可以在制备时不需经过干燥而直接与水配成悬浮液加以利用，从而避免纳米纤维素在干燥时因为氢键作用而引发的团聚，而且纳米纤维素不需要进行表面改性，大大简化了制备工艺。
一种纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法，包含以下具体步骤：
将纳米纤维素按0.1~1.6%的质量浓度与蒸馏水混合，超声波分散20~60min，得到稳定的纳米纤维素水悬浮液；按1~20g/100ml重量体积浓度将聚己内酯加入冰醋酸中，于40~60℃下加热搅拌0.5~2h使聚己内酯完全溶解，然后升温至70~85℃，加入一定量壳聚糖和冰醋酸体积2~3%的蒸馏水，加热搅拌1~2h使壳聚糖完全溶解后，加入一定量的纳米纤维素水悬浮液，搅拌下超声分散0.5~1h；将混合物装入模具中，先于冷冻干燥机中冷冻干燥30~58h，取出用蒸馏水反复洗涤至洗涤液为中性，再于30~50℃下真空干燥8~24h，即得纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架。
所述的聚己内酯的相对分子量为：3~16万。
所述的壳聚糖为脱乙酰度90％以上，相对分子量20~70万。
所述的纳米纤维素为：直径为1~100纳米的棒状纳米纤维素或纤维素纳米纤丝。
所述的壳聚糖与聚己内酯的质量比为1:100~30:100。
所述的纳米纤维素与聚己内酯的质量比为0.1:100~5:100。
本发明所述的纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架，内部为相互连通的孔隙结构，孔隙率为85~95％，其孔径尺寸为50~450μm。
本发明的积极效果在于：1、使用了纳米纤维素作为增强材料，而且纳米纤维素以水悬浮液的方式加入，使得纳米纤维素可以在制备时不需经过干燥而直接与水配成悬浮液加以利用，从而避免纳米纤维素在干燥时因为氢键作用而引发的团聚，大大改善了纳米纤维素在复合体系中的分散性，制备的纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架，其力学性能大大提高，当纳米纤维素、壳聚糖与聚己内酯的质量比为0.8:8:100时，测得该支架的孔隙率为87.2%，压缩强度为146.2kPa，与同样条件制备的纯聚己内酯多孔支架的压缩强度（32.2kPa）相比增加了354%，与壳聚糖/聚己内酯制备的多孔支架（68.2kPa）相比增加了114%；2、纳米纤维素不需要进行表面改性，大大简化了制备工艺，降低了制造成本，而且原料来源丰富；3、纳米纤维素具有较强的亲水性能，壳聚糖有氨基基团，两者合用更进一步提高了多孔支架的细胞亲和性和生物活性，有利于细胞的吸附和生长，同时制备的多孔支架具有更好的降解性能。
附图说明
图1为本发明纯聚己内酯多孔支架的扫描电子显微镜照片。
图2为本发明纳米纤维素、壳聚糖与聚己内酯的质量比为0.8:8:100时，纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但是本发明保护的范围并不局限于实施例所表示的范围。
实施例1
将纳米纤维素按0.8%的质量浓度与蒸馏水混合，超声波分散30min，得到稳定的纳米纤维素水悬浮液；在250ml三口瓶中加入0.8g聚己内酯和9.2ml冰醋酸，于50℃下加热搅拌1h使聚己内酯完全溶解，然后升温至80℃，加入0.064g壳聚糖和0.2ml的蒸馏水，加热搅拌约1.5h使壳聚糖完全溶解后，加入1.2g纳米纤维素水悬浮液，搅拌下超声分散1h；将混合物装入模具中，先于冷冻干燥机中冷冻干燥36h，取出用蒸馏水反复洗涤至洗涤液为中性，再于30℃下真空干燥24h，即得纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架。测得该支架的孔隙率为87.2%，压缩强度为146.2kPa，与同样条件制备的纯聚己内酯多孔支架的压缩强度（32.2kPa）相比增加了354%，与壳聚糖/聚己内酯制备的多孔支架（68.2kPa）相比增加了114%。
实施例2
将纳米纤维素按0.8%的质量浓度与蒸馏水混合，超声波分散30min，得到稳定的纳米纤维素水悬浮液；在250ml三口瓶中加入0.8g聚己内酯和9.2ml冰醋酸，于50℃下加热搅拌1h使聚己内酯完全溶解，然后升温至80℃，加入0.032g壳聚糖和0.2ml的蒸馏水，加热搅拌约1.5h使壳聚糖完全溶解后，加入0.8g纳米纤维素水悬浮液，搅拌下超声分散1h；将混合物装入模具中，先于冷冻干燥机中冷冻干燥36h，取出用蒸馏水反复洗涤至洗涤液为中性，再于30℃下真空干燥24h，即得纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架。测得该支架的孔隙率为86.8%，压缩强度为70.3kPa，与同样条件制备的纯聚己内酯多孔支架的压缩强度（32.2kPa）相比增加了118%，与壳聚糖/聚己内酯制备的多孔支架（68.2kPa）相比增加了3%。
实施例3
将纳米纤维素按0.8%的质量浓度与蒸馏水混合，超声波分散30min，得到稳定的纳米纤维素水悬浮液；在250ml三口瓶中加入0.8g聚己内酯和9.2ml冰醋酸，于50℃下加热搅拌1h使聚己内酯完全溶解，然后升温至80℃，加入0.096g壳聚糖和0.2ml的蒸馏水，加热搅拌约1.5h使壳聚糖完全溶解后，加入0.8g纳米纤维素水悬浮液，搅拌下超声分散1h；将混合物装入模具中，先于冷冻干燥机中冷冻干燥36h，取出用蒸馏水反复洗涤至洗涤液为中性，再于30℃下真空干燥24h，即得纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架。测得该支架的孔隙率为85.6%，压缩强度为80.0kPa，与同样条件制备的纯聚己内酯多孔支架的压缩强度（32.2kPa）相比增加了148%，与壳聚糖/聚己内酯制备的多孔支架（68.2kPa）相比增加了17.3%。
实施例4
将纳米纤维素按0.8%的质量浓度与蒸馏水混合，超声波分散30min，得到稳定的纳米纤维素水悬浮液；在250ml三口瓶中加入0.8g聚己内酯和9.2ml冰醋酸，于50℃下加热搅拌1h使聚己内酯完全溶解，然后升温至80℃，加入0.064g壳聚糖和0.2ml的蒸馏水，加热搅拌约1.5h使壳聚糖完全溶解后，加入0.4g纳米纤维素水悬浮液，搅拌下超声分散1h；将混合物装入模具中，先于冷冻干燥机中冷冻干燥36h，取出用蒸馏水反复洗涤至洗涤液为中性，再于30℃下真空干燥24h，即得纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架。测得该支架的孔隙率为85.4%，压缩强度为76.6kPa，与同样条件制备的纯聚己内酯多孔支架的压缩强度（32.2kPa）相比增加了138%，与壳聚糖/聚己内酯制备的多孔支架（68.2kPa）相比增加了12.3%。
实施例5
将纳米纤维素按0.8%的质量浓度与蒸馏水混合，超声波分散30min，得到稳定的纳米纤维素水悬浮液；在250ml三口瓶中加入0.8g聚己内酯和9.2ml冰醋酸，于50℃下加热搅拌1h使聚己内酯完全溶解，然后升温至80℃，加入0.064g壳聚糖和0.2ml的蒸馏水，加热搅拌约1.5h使壳聚糖完全溶解后，加入0.8g纳米纤维素水悬浮液，搅拌下超声分散1h；将混合物装入模具中，先于冷冻干燥机中冷冻干燥36h，取出用蒸馏水反复洗涤至洗涤液为中性，再于30℃下真空干燥24h，即得纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架。测得该支架的孔隙率为87.7%，压缩强度为77.8kPa，与同样条件制备的纯聚己内酯多孔支架的压缩强度（32.2kPa）相比增加了142%，与壳聚糖/聚己内酯制备的多孔支架（68.2kPa）相比增加了14.1%。
实施例6
将纳米纤维素按0.8%的质量浓度与蒸馏水混合，超声波分散30min，得到稳定的纳米纤维素水悬浮液；在250ml三口瓶中加入0.8g聚己内酯和9.2ml冰醋酸，于50℃下加热搅拌1h使聚己内酯完全溶解，然后升温至80℃，加入0.064g壳聚糖和0.2ml的蒸馏水，加热搅拌约1.5h使壳聚糖完全溶解后，加入1.6g纳米纤维素水悬浮液，搅拌下超声分散1h；将混合物装入模具中，先于冷冻干燥机中冷冻干燥36h，取出用蒸馏水反复洗涤至洗涤液为中性，再于30℃下真空干燥24h，即得纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架。测得该支架的孔隙率为85.3%，压缩强度为94.9kPa，与同样条件制备的纯聚己内酯多孔支架的压缩强度（32.2kPa）相比增加了195%，与壳聚糖/聚己内酯制备的多孔支架（68.2kPa）相比增加了39.1%。
Claims (6)
1.纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法，其特征在于包含以下具体步骤：
将纳米纤维素按0.1~1.6%的质量浓度与蒸馏水混合，超声波分散20~60min，得到稳定的纳米纤维素水悬浮液；按1~20g/100ml重量体积浓度将聚己内酯加入冰醋酸中，于40~60℃下加热搅拌0.5~2h使聚己内酯完全溶解，然后升温至70~85℃，加入一定量壳聚糖和冰醋酸体积2~3%的蒸馏水，加热搅拌1~2h使壳聚糖完全溶解后，加入一定量的纳米纤维素水悬浮液，搅拌下超声分散0.5~1h；将混合物装入模具中，先于冷冻干燥机中冷冻干燥30~58h，取出用蒸馏水反复洗涤至洗涤液为中性，再于30~50℃下真空干燥8~24h，即得纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法，其特征在于所述的聚己内酯的相对分子量为：3~16万。
3.根据权利要求1所述的纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法，其特征在于所述的壳聚糖为脱乙酰度90％以上，相对分子量20~70万。
4.根据权利要求1所述的纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法，其特征在于所述的纳米纤维素为：直径为1~100纳米的棒状纳米纤维素或纤维素纳米纤丝。
5.根据权利要求1所述的纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法，其特征在于所述的壳聚糖与聚己内酯的质量比为1:100~30:100。
6.根据权利要求1所述的纳米纤维素/壳聚糖/聚己内酯多孔支架的制备方法，其特征在于所述的纳米纤维素与聚己内酯的质量比为0.1:100~5:100。
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