CN108210994A - 一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法 - Google Patents

一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法，首先通过超声技术将天然纳米纤维素嵌入生物支架表面和内部，有效提高生物支架的亲水性能和生物相容性；其次对复合纤维进行聚多巴胺涂层改性。天然纳米纤维素的引入有效提高聚多巴胺在复合纤维生物支架上涂层的均匀性，提高涂层速率和涂层界面结合力。聚多巴胺涂层进一步提高生物支架的力学性能、亲水性能和生物相容性。该方法具有设备简单、操作方面、制备周期短、生产工艺可重复等优点，使其成为一种理想的加工制造均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的方法。

Description

一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别是涉及一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法。
背景技术
生物支架作为种植细胞的场所和组织再生的模板，在组织工程领域引起了越来越多的关注。目前，所制备的生物支架多数无法同时具备良好的力学性能、亲水性能和生物相容性。因此如何制备拥有良好综合性能的理想生物支架仍是目前具有挑战性的问题。
本技术引入一种由人下丘脑和脑垂体腺分泌的神经传导物质-多巴胺，多巴胺是海洋生物贻贝足腺细胞所分泌的贻贝吸附蛋白的主要成分，是左旋3,4-二羟基苯丙氨酸的类似物。由于多巴胺含有邻苯二酚及氨基官能团，在氧气及碱性环境下几乎能在所有的有机/无机材料表面自发氧化聚合形成一层具有超强粘附力的聚多巴胺涂层。这种粘附层具有良好的环境稳定性、优异的亲水性能、良好的生物相容性以及富含大量官能团以便进一步改性操作等优点。通过聚多巴胺表面涂层改性可以较好的提高生物支架的亲水性能、力学性能和生物相容性。
采用聚多巴胺涂层对生物支架进行表面修饰改性已经被广泛的研究和发展，同时结果表明聚多巴胺涂层改性支架的力学性能、亲水性能和生物相容性都得到明显的提高。但是，在聚多巴胺涂层构建的过程中，至今仍存在涂层的均匀性差、涂层时间长和涂层稳定性差等问题。为了解决上述问题，研究者们提出了支架预处理、共混、引入催化剂等方法，但是上述方法存在效果不显著、材料受限和有害物质残留等缺点。
针对上述存在的问题及技术不足，本发明的目的是提供一种操作简易、适应性强的方法进行生物支架聚多巴胺涂层前的预处理，从而提高涂层的均匀性、涂层速率和涂层界面结合力。该方法制备的聚多巴胺涂层复合纤维支架具有良好的力学性能、亲水性能和生物相容性，有利于细胞的粘附、增殖和分化。首先通过超声技术将天然纳米纤维素嵌入生物支架表面和内部，有效提高生物支架的亲水性能和生物相容性；其次对复合纤维进行聚多巴胺涂层改性。天然纳米纤维素的引入有效提高聚多巴胺在复合纤维生物支架上涂层的均匀性，提高涂层速率和涂层界面结合力。聚多巴胺涂层进一步提高生物支架的力学性能、亲水性能和生物相容性。该方法具有设备简单、操作方面、制备周期短、生产工艺可重复等优点，使其成为一种理想的加工制造均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法，包括如下步骤：
步骤一)配制纺丝溶液：将生物可降解的合成高分子材料溶于氯仿和二甲基甲酰胺的混合液中，常温下震荡溶解，获得高分子纺丝溶液；
步骤二)静电纺丝制备纳米纤维：将高分子纺丝溶液装入带有纺丝针头的注射器，将注射器安装于微量注射泵，将连接注射器的针头与高压发生装置相连，并以接地的铝箔纸为接收装置，得到纳米纤维膜；
步骤三)纳米纤维素悬浮液的制备：将纳米纤维素粉末置于的去离子水中搅拌，获得的纳米纤维素悬浮液；
步骤四)合成高分子/纳米纤维素复合纤维膜的制备：将纳米纤维膜放入纳米纤维素悬浮液中，采用超声波细胞粉碎机进行粒子嵌入处理，获得合成高分子/纳米纤维素复合纤维膜；
步骤五)聚多巴胺涂层：将多巴胺加入到Tris-HCl缓冲液中，制备多巴胺溶液；将合成高分子/纳米纤维素复合纤维膜浸泡在多巴胺溶液中，搅拌后取出，再用去离子水清洗、真空干燥后得到均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架。
进一步的改进，所述步骤一)中生物可降解的合成高分子材料为聚氨酯、聚乳酸、聚己内酯中的一种或几种的混合物。
进一步的改进，所述步骤一)中氯仿和二甲基甲酰胺的体积比为3:1。进一步的改进，所述步骤二)中注射器的针头内径为0.8mm。
进一步的改进，所述步骤二)中静电纺丝电压为15kV，接收距离为15cm，推进速率为1ml/h，纺丝温度为室温，湿度为40％。
进一步的改进，所述步骤五)中所述Tris-HCl缓冲液的pH值为8.5。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)采用粒子嵌入方法对生物支架进行改性，该方法具有设备简单、操作简易、材料的选择性广泛等优点。
(2)采用天然纳米纤维素对生物支架进行改性，该材料具有来源丰富、价格便宜、生物相容性好等优点，且纳米纤维素的引入可以有效提高聚多巴胺涂层的均匀性。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
图2为实施例1中TPU/CNF复合纤维支架涂层前后的SEM图：涂层前(左图)；涂层后(右图)；
图3为实施例2中PLA/CNF复合纤维支架涂层前后的SEM图：涂层前(左图)；涂层后(右图)；
图4为实施例3中PCL/CNF复合纤维支架涂层前后的SEM图：涂层前(左图)；涂层后(右图)。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的及优点更加清晰易懂，现结合实施例对本发明做进一步解释说明，应当指出的是，在此列出的所有实施例仅仅是说明性的，并不意味着对本发明范围进行限定。
实施例1：
一种基于均匀聚多巴胺涂层改性热塑性聚氨酯(TPU)/CNF复合纤维支架的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)如图1所示，称取1.6g TPU溶于20mL的氯仿:二甲基甲酰胺(体积比3:1)混合溶液，常温下震荡溶解，获得分散良好、均匀的TPU纺丝溶液；
(2)将上述步骤(1)制备的TPU纺丝溶液装入带有纺丝针头的10 ml聚四氟乙烯注射器，将注射器安装于SN-50微量注射泵，将连接注射器的针头(内径0.8mm)与高压发生装置相连，并以接地的铝箔纸为接收装置，纺丝电压为15kV、接收距离为15cm、推进速率为1ml/h、纺丝温度为室温、湿度为40％左右，制备得到TPU纳米纤维膜；
(3)称取0.08g CNF置于50ml去离子水磁力搅拌30min，获得均一的CNF悬浮液；
(4)将步骤(2)中制备获得的TPU纳米纤维膜放入步骤(3) 制备的CNF悬浮液中，采用超声波细胞粉碎机超声处理10min，获得TPU/CNF复合纤维膜；
(5)称取0.3028g三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶于250ml去离子水，搅拌使其完全溶解，随后逐滴往Tris溶液中加入稀盐酸调节其pH 值至8.5，获得Tris-HCl缓冲液。
(6)首先将0.5g的多巴胺加入到Tris-HCl缓冲液中，制备浓度为 2g/L的多巴胺溶液；其次将步骤(4)中得到的复合纤维支架浸泡在多巴胺溶液中，室温磁力搅拌20h取出样品，用去离子水清洗后真空干燥。
图2给出了聚多巴胺涂层前后的TPU/CNF复合纤维支架的SEM 图。从图中可以看出，与涂层前TPU/CNF复合纤维相比，涂层后复合纤维表面粗糙度增加，且直径明显增加，另外，在聚多巴胺的裂纹处(箭头所指)可以看出，聚多巴胺完全包覆了复合纤维，从而形成了核-壳结构。结果表明：TPU/CNF复合纤维表面成功形成了均匀聚多巴胺涂层。
实施例2：
一种基于均匀聚多巴胺涂层改性聚乳酸(PLA)/CNF复合纤维支架的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)称取2.6g PLA溶于20ml的氯仿:二甲基甲酰胺(3:1)混合溶液，常温下震荡溶解，获得分散良好、均匀的PLA纺丝溶液。
(2)将上述步骤(1)制备的PLA纺丝溶液装入带有纺丝针头的10 ml聚四氟乙烯注射器，将注射器安装于SN-50微量注射泵，将连接注射器的针头(内径0.8mm)与高压发生装置相连，并以接地的铝箔纸为接收装置，纺丝电压为15kV、接收距离为15cm、推进速率为1ml/h、纺丝温度为室温、湿度为40％左右，制备得到PLA纳米纤维膜；
(3)称取0.08g CNF置于50ml去离子水磁力搅拌30min，获得均一的CNF悬浮液；
(4)将步骤(2)中制备获得的PLA纳米纤维膜放入步骤(3) 制备的CNF悬浮液中，采用超声波细胞粉碎机超声处理10min，获得PLA/CNF复合纤维膜；
(5)称取0.3028g三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶于250ml去离子水，搅拌使其完全溶解，随后逐滴往Tris溶液中加入稀盐酸调节其pH 值至8.5，获得Tris-HCl缓冲液；
(6)首先将0.5g的多巴胺加入到Tris-HCl缓冲液中，制备浓度为 2g/L的多巴胺溶液；其次将步骤(4)中得到的复合纤维支架浸泡在多巴胺溶液中，室温磁力搅拌20h取出样品，用去离子水清洗后真空干燥。
图3给出了聚多巴胺涂层前后PLA/CNF复合纤维支架的SEM 图。从图3(a,b)中可以看出，与涂层前PLA/CNF复合纤维相比，涂层后复合纤维表面粗糙度增加，且直径明显增加。另外，在聚多巴胺的裂纹处(箭头所指)可以看出，聚多巴胺完全包覆了复合纤维，从而形成了核-壳结构。结果表明：PLA/CNF复合纤维表面成功形成了均匀聚多巴胺涂层。
实施例3：
一种基于均匀聚多巴胺涂层改性聚己内酯(PCL)/CNF复合纤维支架的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)称取4g PCL溶于20ml氯仿:二甲基甲酰胺(4:1)混合溶液，常温下震荡溶解，获得分散良好、均匀的PCL纺丝溶液。
(2)将上述步骤(1)制备的PLA纺丝溶液装入带有纺丝针头的10 ml聚四氟乙烯注射器，将注射器安装于SN-50微量注射泵，将连接注射器的针头(内径0.8mm)与高压发生装置相连，并以接地的铝箔纸为接收装置，纺丝电压为15kV、接收距离为15cm、推进速率为1ml/h、纺丝温度为室温、湿度为40％左右，制备得到PCL纳米纤维膜；
(3)称取0.08g CNF置于50ml去离子水磁力搅拌30min，获得均一的CNF悬浮液；
(4)将步骤(2)中制备获得的PCL纳米纤维膜放入步骤(3) 制备的CNF悬浮液中，采用超声波细胞粉碎机超声处理10min，获得PCL/CNF复合纤维膜；
(5)称取0.3028g三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶于250ml去离子水，搅拌使其完全溶解，随后逐滴往Tris溶液中加入稀盐酸调节其pH 值至8.5，获得Tris-HCl缓冲液；
(6)首先将0.5g的多巴胺加入到Tris-HCl缓冲液中，制备浓度为 2g/L的多巴胺溶液；其次将步骤(4)中得到的复合纤维支架浸泡在多巴胺溶液中，室温磁力搅拌20h取出样品，用去离子水清洗后真空干燥。
图4给出了聚多巴胺涂层前后PCL/CNF复合纤维支架的SEM 图。从图4(a,b)中可以看出，与涂层前PCL/CNF复合纤维相比，涂层后复合纤维表面粗糙度增加，且直径明显增加。另外，在聚多巴胺的裂纹处(箭头所指)可以看出，聚多巴胺完全包覆了复合纤维，从而形成了核-壳结构。结果表明：PCL/CNF复合纤维表面成功形成了均匀聚多巴胺涂层。

Claims (6)

1.一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一)配制纺丝溶液：将生物可降解的合成高分子材料溶于氯仿和二甲基甲酰胺的混合液中，常温下震荡溶解，获得高分子纺丝溶液；
步骤二)静电纺丝制备纳米纤维：将高分子纺丝溶液装入带有纺丝针头的注射器，将注射器安装于微量注射泵，将连接注射器的针头与高压发生装置相连，并以接地的铝箔纸为接收装置，得到纳米纤维膜；
步骤三)纳米纤维素悬浮液的制备：将纳米纤维素粉末置于的去离子水中搅拌，获得的纳米纤维素悬浮液；
步骤四)合成高分子/纳米纤维素复合纤维膜的制备：将纳米纤维膜放入纳米纤维素悬浮液中，采用超声波细胞粉碎机进行粒子嵌入处理，获得合成高分子/纳米纤维素复合纤维膜；
步骤五)聚多巴胺涂层：将多巴胺加入到Tris-HCl缓冲液中，制备多巴胺溶液；将合成高分子/纳米纤维素复合纤维膜浸泡在多巴胺溶液中，搅拌后取出，再用去离子水清洗、真空干燥后得到均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架。
2.如权利要求1中所述的一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法，其特征在于，所述步骤一)中生物可降解的合成高分子材料为聚氨酯、聚乳酸、聚己内酯中的一种或几种的混合物。
3.如权利要求1中所述的一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法，其特征在于，所述步骤一)中氯仿和二甲基甲酰胺的体积比为3:1。
4.如权利要求1中所述的一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法，其特征在于，所述步骤二)中注射器的针头内径为0.8mm。
5.如权利要求1中所述的一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法，其特征在于，所述步骤二)中静电纺丝电压为15kV，接收距离为15cm，推进速率为1ml/h，纺丝温度为室温，湿度为40％。
6.如权利要求1中所述的一种均匀化聚多巴胺涂层修饰生物支架的制备方法，其特征在于，所述步骤五)中所述Tris-HCl缓冲液的pH值为8.5。
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