CN107789669A - 一种用于神经修复的三维套管材料 - Google Patents

一种用于神经修复的三维套管材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于神经修复的组织工程支架材料及其制备方法，利用同轴高压静电纺丝的制备方式，将明胶蛋白作为纤维的壳层结构，聚己内酯及聚混旋乙丙交酯共聚物为核内结构，先纺成单张纤维膜；然后，以聚乙烯单丝为轴，将纤维膜卷曲成套管形状，即可作为神经套管使用。本发明制备的三维套管材料植入人体内，与血液、组织液、体液均有良好的生物相容性，结构稳定，不易塌缩。

Description

一种用于神经修复的三维套管材料
技术领域
本发明涉及一种用于神经修复的组织工程支架材料及其制备方法，更具体 的，是一种利用同轴静电纺丝制备的壳核结构的支架材料多层卷曲成套管形状用 于神经修复。
背景技术
目前高压静电纺丝作为制备二维纤维材料的热门制造技术，因其制备的纤维 具有仿细胞外矩阵基质结构而备受关注。同轴高压静电纺丝是该技术领域的一种 特殊形式，能够制备多种壳核结构纤维，并将多种不同类型材料通过非溶液混合 手段混合，从而实现对纤维材料的物理性质进行微观调节组合。尤其对于亲水、 疏水聚合物，很难找到共溶剂直接溶解，但又需要借鉴彼此性质时，同轴高压静 电纺丝就提供了良好的途径。
作为组织工程支架材料的一种，神经套管一直是研究的热点，套管材料的设 计和选择对神经轴突的迁移和生长具有相当重要的作用。理想的神经套管材料， 需要具有良好的生物相容性，其机械强度、孔隙率、降解时间等均可以根据实际 使用的需要设计调控；其次，作为植入材料，应没有潜在的免疫反应，无论在植 入初期还是材料降解产物的释出都不应引起过度的免疫响应或炎性反应；此外， 更深层次的要求是定时定量释放有利于神经生长的活性物质，能够促进神经修 复。
利用已被FDA认可的可吸收聚合物设计神经套管，虽然生物相容性及体内可 降解性已被证实，但材料的强度相对较差，并且植入体内后强度和形状都不易长 期维持，部分套管容易出现移位、非预期断裂及支撑不够的塌缩，极大的限制了 其使用。除此以外，为能够更好的促进神经修复，不少研究团队也尝试在套管中 载入活性物质如粘性蛋白、生长因子等，但由于释放曲线及不同生物体间差异巨 大，无法真正的应用于临床。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种用于神经修复的三维套管材料，植 入人体内后与血液、组织液、体液均有良好的生物相容性，结构稳定，不易塌缩。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：种用于神经修复的三维套管材 料，其特征在于：所述三维套管材料的制备方法按照如下步骤：
s1，将聚己内酯和聚混旋乙丙交酯共聚物分别溶解在DMF与氯仿的混合溶剂 中，得到聚己内酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液；
s2，将明胶溶解在DMF与水的混合溶剂中，得到明胶溶液；
s3，将明胶溶液、聚己内酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液加入同轴静电 纺丝机中进行静电纺丝得到无纺布；
s4，取聚丙烯单丝为轴，将无纺布卷曲成套管形状，浸泡至乙醇水溶液中 10min；
s5，将套管去除后进行低温真空干燥，灭菌处理即可得到三维套管材料。
所述s1中的聚己内酯溶液的浓度为10％-40％，聚混旋乙丙交酯共聚物溶液 的浓度为20％-50％,所述混合溶剂中DMF与氯仿的体积比为1:1，所述聚己内酯 的分子量为6万至20万，聚混旋乙丙交酯共聚物的分子量为6万至20万。
所述s2中的明胶浓度为15％-35％，所述混合溶剂中的DMF与水的体积比为 1:2，所述明胶的分子量为6万-20万。
所述s3中的同轴静电纺丝机的壳层连接明胶溶液，核层连接聚己内酯溶液 或聚混旋乙丙交酯共聚物溶液，所述同轴静电纺丝机的参数如下：滚筒转速为 100-300r/min，喷头水平移动距离为7-15cm往复，壳层推进速率为5-10uL/min， 核层推进速率为20-30uL/min，接收距离为17.5-22.5cm，纺丝电压为17-28kV。
所述s3中的无纺布的厚度为20-200μm，纤维直径为200-1500nm。
所述核层喷头结构应略长于壳层结构，避免纺丝过程中喷头堵塞。
所述s3中的无纺布包括壳层材料与核层材料，所述壳层材料采用明胶，所 述核层材料采用聚己内酯和聚混旋乙丙交酯共聚物，所述核层材料一侧为聚己内 酯，另一侧为聚混旋乙丙交酯共聚物。
所述s3中的三种聚合物质量总含量为100％，为保障其力学性能及促细胞增 殖性能，聚己内酯含量不低于30％，聚混旋乙丙交酯共聚物和明胶的含量分别不 高于20％。
所述s4中的聚丙烯单丝的直径为0.5-5mm，所述卷曲层数不超过10层，所 述乙醇水溶液的乙醇与水的体积比为9。
所述s5中的低温真空干燥的温度为不高于30°，灭菌方式为EO灭菌。
本发明利用同轴高压静电纺丝的制备方式，将明胶蛋白作为纤维的壳层结构 解决仿细胞外矩阵基质的化学及物理结构，聚己内酯及聚混旋乙丙交酯共聚物为 核内结构，先纺成单张纤维膜，一侧核内聚合物为聚己内酯，另一侧核内聚合物 为聚混旋乙丙交酯共聚物。此后，以聚乙烯单丝为轴，将纤维膜卷曲成管状，即 可作为神经套管使用。该结构的设计，纤维核内的聚己内酯溶胀后由于其较低的 玻璃化温度及部分结晶性能，纤维溶胀后套管内层趋于膨胀；而纤维核内的PLGA 溶胀后由于其较高的玻璃化温度及无定形分子链结构，纤维溶胀后套管外层趋于 压缩；单根纤维外层为亲水性的明胶蛋白，植入后明胶层快速溶胀溶解，形成水 凝胶层，使多层结构更为紧密，同时其蛋白特性能够很好的诱使细胞长入，从而 促进神经修复。
三维套管材料植入体内作为神经套管，与血液、组织液、体液均有良好的生 物相容性。植入后，各组分溶胀的结果使套管结构更为稳定，不易塌缩，整体长 达6个月以上的降解时间，也极大程度的避免神经修复过程的不必要炎性响应。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明利用同轴高压静电纺丝的制备方式，将明胶蛋白作为纤维的壳层结 构解决仿细胞外矩阵基质的化学及物理结构。
2.本发明制备的三维套管材料植入人体内，与血液、组织液、体液均有良好 的生物相容性，结构稳定，不易塌缩。
3.本发明制备的三维套管材料在植入1个月后，其管径完全不发生变化，且 未与周边组织黏连；对直径小于1.5cm的神经能够有效促进其修复。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述三维套管材料的制备方 法按照如下步骤：
s1，将聚己内酯和聚混旋乙丙交酯共聚物分别溶解在DMF与氯仿的混合溶剂 中，得到聚己内酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液；
s2，将明胶溶解在DMF与水的混合溶剂中，得到明胶溶液；
s3，将明胶溶液、聚己内酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液加入同轴静电 纺丝机中进行静电纺丝得到无纺布；
s4，取聚丙烯单丝为轴，将无纺布卷曲成套管形状，浸泡至乙醇水溶液中 10min；
s5，将套管去除后进行低温真空干燥，灭菌处理即可得到三维套管材料。
所述s1中的聚己内酯溶液的浓度为10％，聚混旋乙丙交酯共聚物溶液的浓 度为20％,所述混合溶剂中DMF与氯仿的体积比为1:1，所述聚己内酯的分子量 为6万，聚混旋乙丙交酯共聚物的分子量为6万。
所述s2中的明胶浓度为35％，所述混合溶剂中的DMF与水的体积比为1:2， 所述明胶的分子量为20万。
所述s3中的同轴静电纺丝机的壳层连接明胶溶液，核层连接聚己内酯溶液 或聚混旋乙丙交酯共聚物溶液，所述同轴静电纺丝机的参数如下：滚筒转速为 300r/min，喷头水平移动距离为7-15cm往复，壳层推进速率为5uL/min，核层 推进速率为20uL/min，接收距离为17.5cm，纺丝电压为17kV。
所述s3中的无纺布的厚度为20μm，纤维直径为200nm。
所述核层喷头结构应略长于壳层结构，避免纺丝过程中喷头堵塞。
所述s3中的无纺布包括壳层材料与核层材料，所述壳层材料采用明胶，所 述核层材料采用聚己内酯和聚混旋乙丙交酯共聚物，所述核层材料一侧为聚己内 酯，另一侧为聚混旋乙丙交酯共聚物。
所述s3中的三种聚合物质量总含量为100％，为保障其力学性能及促细胞增 殖性能，聚己内酯含量为60％，聚混旋乙丙交酯共聚物为20％和明胶的含量为20％。
所述s4中的聚丙烯单丝的直径为0.5mm，所述卷曲层数为7层，所述乙醇 水溶液的乙醇与水的体积比为9。
所述s5中的低温真空干燥的温度为30℃，灭菌方式为EO灭菌。
实施例2
种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述三维套管材料的制备方 法按照如下步骤：
s1，将聚己内酯和聚混旋乙丙交酯共聚物分别溶解在DMF与氯仿的混合溶剂 中，得到聚己内酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液；
s2，将明胶溶解在DMF与水的混合溶剂中，得到明胶溶液；
s3，将明胶溶液、聚己内酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液加入同轴静电 纺丝机中进行静电纺丝得到无纺布；
s4，取聚丙烯单丝为轴，将无纺布卷曲成套管形状，浸泡至乙醇水溶液中 10min；
s5，将套管去除后进行低温真空干燥，灭菌处理即可得到三维套管材料。
所述s1中的聚己内酯溶液的浓度为40％，聚混旋乙丙交酯共聚物溶液的浓 度为50％,所述混合溶剂中DMF与氯仿的体积比为1:1，所述聚己内酯的分子量为 20万，聚混旋乙丙交酯共聚物的分子量为20万。
所述s2中的明胶浓度为35％，所述混合溶剂中的DMF与水的体积比为1:2， 所述明胶的分子量为20万。
所述s3中的同轴静电纺丝机的壳层连接明胶溶液，核层连接聚己内酯溶液 或聚混旋乙丙交酯共聚物溶液，所述同轴静电纺丝机的参数如下：滚筒转速为 300r/min，喷头水平移动距离为7-15cm往复，壳层推进速率为10uL/min，核层 推进速率为30uL/min，接收距离为22.5cm，纺丝电压为28kV。
所述s3中的无纺布的厚度为200μm，纤维直径为1500nm。
所述核层喷头结构应略长于壳层结构，避免纺丝过程中喷头堵塞。
所述s3中的无纺布包括壳层材料与核层材料，所述壳层材料采用明胶，所 述核层材料采用聚己内酯和聚混旋乙丙交酯共聚物，所述核层材料一侧为聚己内 酯，另一侧为聚混旋乙丙交酯共聚物。
所述s3中的三种聚合物质量总含量为100％，为保障其力学性能及促细胞增 殖性能，聚己内酯含量为80％，聚混旋乙丙交酯共聚物为10％和明胶为10％。
所述s4中的聚丙烯单丝的直径为5mm，所述卷曲层数为9层，所述乙醇水 溶液的乙醇与水的体积比为9。
所述s5中的低温真空干燥的温度为为15℃，灭菌方式为EO灭菌。
实施例3
种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述三维套管材料的制备方 法按照如下步骤：
s1，将聚己内酯和聚混旋乙丙交酯共聚物分别溶解在DMF与氯仿的混合溶剂 中，得到聚己内酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液；
s2，将明胶溶解在DMF与水的混合溶剂中，得到明胶溶液；
s3，将明胶溶液、聚己内酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液加入同轴静电 纺丝机中进行静电纺丝得到无纺布；
s4，取聚丙烯单丝为轴，将无纺布卷曲成套管形状，浸泡至乙醇水溶液中 10min；
s5，将套管去除后进行低温真空干燥，灭菌处理即可得到三维套管材料。
所述s1中的聚己内酯溶液的浓度为20％，聚混旋乙丙交酯共聚物溶液的浓 度为30％,所述混合溶剂中DMF与氯仿的体积比为1:1，所述聚己内酯的分子量为 15万，聚混旋乙丙交酯共聚物的分子量为13万。
所述s2中的明胶浓度为25％，所述混合溶剂中的DMF与水的体积比为1:2， 所述明胶的分子量为12万。
所述s3中的同轴静电纺丝机的壳层连接明胶溶液，核层连接聚己内酯溶液 或聚混旋乙丙交酯共聚物溶液，所述同轴静电纺丝机的参数如下：滚筒转速为 200r/min，喷头水平移动距离为7-15cm往复，壳层推进速率为8uL/min，核层 推进速率为25uL/min，接收距离为21.5cm，纺丝电压为24kV。
所述s3中的无纺布的厚度为120μm，纤维直径为800nm。
所述核层喷头结构应略长于壳层结构，避免纺丝过程中喷头堵塞。
所述s3中的无纺布包括壳层材料与核层材料，所述壳层材料采用明胶，所 述核层材料采用聚己内酯和聚混旋乙丙交酯共聚物，所述核层材料一侧为聚己内 酯，另一侧为聚混旋乙丙交酯共聚物。
所述s3中的三种聚合物质量总含量为100％，为保障其力学性能及促细胞增 殖性能，聚己内酯含量为65％，聚混旋乙丙交酯共聚物的含量为15％和明胶的含 量为20％。
所述s4中的聚丙烯单丝的直径为3.5mm，所述卷曲层数为5层，所述乙醇 水溶液的乙醇与水的体积比为9。
所述s5中的低温真空干燥的温度为为20°，灭菌方式为EO灭菌。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明利用同轴高压静电纺丝的制备方式，将明胶蛋白作为纤维的壳层结 构解决仿细胞外矩阵基质的化学及物理结构，
2.本发明制备的三维套管材料植入人体内，与血液、组织液、体液均有良好 的生物相容性，结构稳定，不易塌缩。
3.本发明制备的三维套管材料在植入1个月后，其管径完全不发生变化，且 未与周边组织黏连；对直径小于1.5cm的神经能够有效促进其修复。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限 于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以 对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都 在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述三维套管材料的制备方法按照如下步骤：
s1，将聚己内酯和聚混旋乙丙交酯共聚物分别溶解在DMF与氯仿的混合溶剂中，得到聚己内酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液；
s2，将明胶溶解在DMF与水的混合溶剂中，得到明胶溶液；
s3，将明胶溶液、聚己内酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液加入同轴静电纺丝机中进行静电纺丝得到无纺布；
s4，取聚丙烯单丝为轴，将无纺布卷曲成套管形状，浸泡至乙醇水溶液中10min；
s5，将套管去除后进行低温真空干燥，灭菌处理即可得到三维套管材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述s1中的聚己内酯溶液的浓度为10％-40％，聚混旋乙丙交酯共聚物溶液的浓度为20％-50％,所述混合溶剂中DMF与氯仿的体积比为1:1，所述聚己内酯的分子量为6万至20万，聚混旋乙丙交酯共聚物的分子量为6万至20万。
3.根据权利要求1所述的一种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述s2中的明胶浓度为15％-35％，所述混合溶剂中的DMF与水的体积比为1:2，所述明胶的分子量为6万-20万。
4.根据权利要求1所述的一种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述s3中的同轴静电纺丝机的壳层连接明胶溶液，核层连接聚己内酯溶液或聚混旋乙丙交酯共聚物溶液，所述同轴静电纺丝机的参数如下：滚筒转速为100-300r/min，喷头水平移动距离为7-15cm往复，壳层推进速率为5-10uL/min，核层推进速率为20-30uL/min，接收距离为17.5-22.5cm，纺丝电压为17-28kV。
5.根据权利要求1所述的一种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述s3中的无纺布的厚度为20-200μm，纤维直径为200-1500nm。
6.根据权利要求4所述的一种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述核层喷头结构应略长于壳层结构，避免纺丝过程中喷头堵塞。
7.根据权利要求1所述的一种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述s3中的无纺布包括壳层材料与核层材料，所述壳层材料采用明胶，所述核层材料采用聚己内酯和聚混旋乙丙交酯共聚物，所述核层材料一侧为聚己内酯，另一侧为聚混旋乙丙交酯共聚物。
8.根据权利要求1所述的一种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述s3中的三种聚合物质量总含量为100％，为保障其力学性能及促细胞增殖性能，聚己内酯含量不低于30％，聚混旋乙丙交酯共聚物和明胶的含量分别不高于20％。
9.根据权利要求1所述的一种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述s4中的聚丙烯单丝的直径为0.5-5mm，所述卷曲层数不超过10层，所述乙醇水溶液的乙醇与水的体积比为9。
10.根据权利要求1所述的一种用于神经修复的三维套管材料，其特征在于：所述s5中的低温真空干燥的温度为不高于30°，灭菌方式为EO灭菌。
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