CN108744036A - 聚多巴胺改性电纺丝pdlla-pcl-pdlla纤维球囊的制备方法及其产品和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚多巴胺改性电纺丝PDLLA‑PCL‑PDLLA纤维球囊的制备方法及其产品和应用，以聚乳酸聚己内酯嵌段共聚物（PDLLA‑PCL‑PDLLA）为生物支架的主体材料，通过静电纺丝法来构架纳米纤维球囊，最后将聚多巴胺作为表面改性剂附着于PDLLA‑PCL‑PDLLA纳米纤维表面。这种复合纳米纤维球囊有效地增加细胞粘附、生长和增殖，并且在促骨细胞生长，诱导细胞向成骨细胞分化的作用方面有积极的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种医用材料技术领域的方法，具体是一种聚多巴胺改性电纺丝PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊的制备方法及其产品和应用。
技术背景
组织和器官的缺损修复一直是影响人类健康的重大问题。将细胞种植到生物材料上，使其粘附、增殖、分化；把细胞和材料的复合物植入体内缺损位置，随着材料逐渐被降解吸收，细胞外基质不断分泌和组织不断形成，重建功能和形态，达到组织或器官缺损修复的目的。
经皮椎体成型术（PVP）和经皮椎体后凸成形术（PKP）是将穿刺针经皮直接刺入骨折椎体内，灌注骨水泥后使骨折椎体高度得到修复，快速加固椎体，达到止疼及尽快修复活动的目的。为防止灌注无机磷酸钙、硫酸钙类骨水泥时，发生的遇水溃散、承重能力低的缺点。临床上采用网袋结构防止无机骨水泥渗漏的发生发展。我研究部门采用聚乳酸聚己内酯嵌段共聚物（PDLLA-PCL-PDLLA），静电纺丝技术制备了防渗漏球囊。理论上，无机骨水泥注入到生物可降解和生物相容的球囊中，无机骨水泥承压能力低和遇水溃散的两个缺点可以被抑制。
聚多巴胺（Polydopamine）是仿天然黑色素（真黑素）的一种，通过多巴胺氧化自聚合得到。聚多巴胺在分子结构、光学以及生物相容性等性质方面呈现出类似于黑色素的性质。聚多巴胺分子中富含的邻苯二酚和氨基等基团赋予其极强的粘附性质，能与多种基底表层形成共价键和非共价键，从而能够粘附在多种及几乎全部基体材料表面。聚多巴胺在碱性环境（PH>7.5）下可以自发氧化自聚合反应，并且，反应伴随着多种单体与反应溶液的混合立即发生，随时间的推移，反应溶液由无色逐渐加深至深棕色，在有氧环境下，将待修饰的固体材料浸入到多巴胺溶液中，发生氧化自聚，在固体材料表面形成一层薄膜，这种方法反应条件温和，对待附着物质无明显影响。其粘附聚合层，随时间的增加其聚合层厚度也相应增加，由几纳米到几十纳米不等，聚多巴胺能在除溶液PH>13的强碱性条件下仍维持性质不变，具有优异的稳定性。如Park研究组通过多巴胺改性可降解的聚乙内酯纳米纤维，相比于原纤维支架，聚多巴胺的加入增强的血管内皮细胞的粘附、生长和增殖。
静电纺丝技术通过将生物相容性的天然高分子或合成高分子等溶解在特定的溶剂中，通过调整工艺参数，从而可以得到由纳米至微米级纤维所组成的多孔膜或其他生物相容性支架。单一组分的电纺PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊已经报道，而将PDLLA-PCL-PDLLA改性，复合聚多巴胺涂层的复合纤维膜尚未见报道。本文首先通过静电纺丝方法制备出PDLLA-PCL-PDLLA材料，通过在纳米纤维膜上原位引入聚多巴胺，这种复合纤维膜具有优良的生物相容性、可控降解性、促骨生长性能以及杰出的力学性能，是一种应用于骨组织修复工程领域的具有很大的潜力的材料。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种聚多巴胺改性电纺丝PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的聚多巴胺改性电纺丝PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种聚多巴胺改性电纺丝PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊的制备方法，其特征在于，以聚乳酸聚己内酯嵌段共聚物（PDLLA-PCL-PDLLA）为生物支架的主体材料，通过静电纺丝法来构架纳米纤维球囊，最后将聚多巴胺作为表面改性剂附着于PDLLA-PCL-PDLLA纳米纤维表面，包含以下步骤：
（1）交联支架材料的准备
将PCLLA-PEG-PCLLA原料加热至60℃后并抽真空，在烧瓶中充入惰性干燥的氩气后，加入LDI进行反应并使用磁力搅拌，保持反应温度为60℃过夜反应约48小时；将所得交联后的物质LDI-PEG-PCLLA与六氟异丙醇以质量比0.1:1进行混合，超声30分钟，磁力搅拌过夜后得到均一的溶液，配成质量浓度5~8%的溶液，室温下搅拌6~12h后得到一个均一的溶液；
（2）制备PDLLA-PCL-PDLLA聚合物交联支架
将步骤（1）所得溶液装入一个玻璃注射器内，在纺丝电压10~15 KV，托盘接收距离为10~15 cm，推流速为0.32 ~ 0.40 mL/h条件下，通过静电纺丝设备得到复合纳米纤维膜支架；
（3）经聚多巴胺功能修饰的聚合物交联支架
向10mmol/L的Tris-HCl溶液中加入多巴胺，多巴胺的浓度为0.01~0.04g/mL, 将步骤（2）中PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊浸入到该多巴胺溶液中，室温静置10~24小时；多巴胺在纳米纤维膜表面原位聚合生成聚多巴胺，颜色由白色变为棕色，得到聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊。将聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊用去离子水洗涤5~8遍，然后50~80℃真空烘箱中干燥8~12小时。
步骤（1）LDI与PCLLA-PEG-PCLLA的质量比为1:5~1:1；配制方式为室温溶解或60℃以下加热助溶，还可以辅以机械搅拌或磁力搅拌。
一种聚多巴胺改性电纺丝PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊，其特征在于根据上述任一所述方法制备得到。
一种聚多巴胺改性电纺丝PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊在骨修复中的应用。
（1）电纺丝交联支架材料的制备
将所得嵌段共聚物PDLLA-PCL-PDLLA与六氟异丙醇以适量质量比进行混合，超声30分钟，磁力搅拌过夜后得到均一的溶液，配成质量浓度1~20%的溶液，室温下搅拌6~12h后得到均一的溶液。将所得溶液装入一个20 mL玻璃注射器内，在电场电压10~15 KV，托盘接收距离为12 ~15 cm，推速为0.32 ~ 0.40 mL/h条件下，通过静电纺丝设备得到平面PDLLA-PCL-PDLLA纤维膜，完毕后将所得膜放入真空烘箱中室温下干燥过夜备用。制备球囊材料时球囊接受装置为钛合金棒，其中末端为定制球囊形状的椭圆头部，球囊接受器的旋转速度位1~100rpm，收集喷出的纤维，时间为1~8hours，既得可降解型PDLLA-PCL-PDLLA初步支架。
（2）聚多巴胺修饰的PDLLA-PCL-PDLLA的球囊制备。
向10mmol/L的Tris-HCl溶液中加入多巴胺，多巴胺的浓度为0.01~0.04g/mL, 将PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊浸入到该多巴胺溶液中，室温静置10~24小时；多巴胺在纳米纤维膜表面原位聚合生成聚多巴胺，颜色由白色变为棕色，得到聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊。将聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊用去离子水洗涤5~8遍，然后50~80℃真空烘箱中干燥8~12小时。
本发明包括以下步骤：
1. 配制PDLLA-PCL-PDLLA的聚合物溶液，具体成分为PDLLA：PCL=7:3，其固有粘度为2.3dL/g。
2. 多巴胺材料与PDLLA-PCL-PDLLA支架的质量比为0%~5%。
本发明的优点在于：
1. 静电纺丝制备聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊方法简便，适于大量生产富有孔状通道的薄膜材料，孔隙率可以达到80%以上。
2. 本发明所制备的复合纤维膜支架结合了各组分所具有的优点，使得所制备的复合纤维膜同时具有良好的生物相容性、可降解性、良好的力学性能以及促骨生长性能,同时微孔结构利于细胞的粘附和爬行。
3. 聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊在保留PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊优异性能的前体下，可进一步赋予球囊耐高温性能、热收缩稳定性能、耐腐蚀性及浸润性能。
这种复合纳米纤维球囊有效地增加细胞粘附、生长和增殖，并且在促骨细胞生长，诱导细胞向成骨细胞分化的作用方面有积极的效果。
附图说明
1、附图1为实施例1使用多巴胺改性前后的HapPDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊的对比SEM照片。
具体实施方式
以下实施例以发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。
实施例1
将嵌段共聚物0.05g PDLLA-PCL-PDLLA与10ml六氟异丙醇以进行混合，超声30分钟，磁力搅拌过夜后得到均一的溶液，配成质量浓度5%的溶液，室温下搅拌6~12h后得到均一的溶液。将所得溶液装入一个20 mL玻璃注射器内，在电场电压13KV，托盘接收距离为12 ~15cm，推速为0.40 mL/h条件下，通过静电纺丝设备得到平面PDLLA-PCL-PDLLA纤维膜，完毕后将所得膜放入真空烘箱中室温下干燥过夜备用。制备球囊材料时球囊接受装置为钛合金棒，其中末端为定制球囊形状的椭圆头部，球囊接受器的旋转速度位50rpm，收集喷出的纤维，时间为4hours，既得可降解型PDLLA-PCL-PDLLA初步支架，显微照片如图1。
实施例2
将嵌段共聚物0.05g PDLLA-PCL-PDLLA与10 ml六氟异丙醇以适量质量比进行混合，超声30分钟，磁力搅拌过夜后得到均一的溶液，配成质量浓度5%的溶液，室温下搅拌6~12h后得到均一的溶液。将所得溶液装入一个20 mL玻璃注射器内，在电场电压13KV，托盘接收距离为12 ~15 cm，推速为0.40 mL/h条件下，通过静电纺丝设备得到平面PDLLA-PCL-PDLLA纤维膜，完毕后将所得膜放入真空烘箱中室温下干燥过夜备用。制备球囊材料时球囊接受装置为钛合金棒，其中末端为定制球囊形状的椭圆头部，球囊接受器的旋转速度位50rpm，收集喷出的纤维，时间为4hours，既得可降解型PDLLA-PCL-PDLLA初步支架。10mmol/L的Tris-HCl溶液中加入多巴胺，多巴胺的浓度为0.01g/mL, 将PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊浸入到该多巴胺溶液中，室温25摄氏度静置24小时；多巴胺在纳米纤维膜表面原位聚合生成聚多巴胺，颜色由白色变为棕色，得到聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊。将聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊用去离子水洗涤5~8遍，然后50~80℃真空烘箱中干燥12小时。
实施例3
将嵌段共聚物0.05g PDLLA-PCL-PDLLA与10ml 六氟异丙醇以适量质量比进行混合，超声30分钟，磁力搅拌过夜后得到均一的溶液，配成质量浓度5%的溶液，室温下搅拌6~12h后得到均一的溶液。将所得溶液装入一个20 mL玻璃注射器内，在电场电压13KV，托盘接收距离为12 ~15 cm，推速为0.40 mL/h条件下，通过静电纺丝设备得到平面PDLLA-PCL-PDLLA纤维膜，完毕后将所得膜放入真空烘箱中室温下干燥过夜备用。制备球囊材料时球囊接受装置为钛合金棒，其中末端为定制球囊形状的椭圆头部，球囊接受器的旋转速度位50rpm，收集喷出的纤维，时间为4hours，既得可降解型PDLLA-PCL-PDLLA初步支架。向10mmol/L的Tris-HCl溶液中加入多巴胺，多巴胺的浓度为0.02g/mL, 将PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊浸入到该多巴胺溶液中，室温静置24小时；多巴胺在纳米纤维膜表面原位聚合生成聚多巴胺，颜色由白色变为棕色，得到聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊。将聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊用去离子水洗涤5~8遍，然后50~80℃真空烘箱中干燥12小时。
实施例4
将嵌段共聚物0.05g PDLLA-PCL-PDLLA与10ml 六氟异丙醇以适量质量比进行混合，超声30分钟，磁力搅拌过夜后得到均一的溶液，配成质量浓度5%的溶液，室温下搅拌6~12h后得到均一的溶液。将所得溶液装入一个20 mL玻璃注射器内，在电场电压13KV，托盘接收距离为12 ~15 cm，推速为0.40 mL/h条件下，通过静电纺丝设备得到平面PDLLA-PCL-PDLLA纤维膜，完毕后将所得膜放入真空烘箱中室温下干燥过夜备用。制备球囊材料时球囊接受装置为钛合金棒，其中末端为定制球囊形状的椭圆头部，球囊接受器的旋转速度位50rpm，收集喷出的纤维，时间为4hours，既得可降解型PDLLA-PCL-PDLLA初步支架。向10mmol/L的Tris-HCl溶液中加入多巴胺，多巴胺的浓度为0.05g/mL, 将PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊浸入到该多巴胺溶液中，室温静置24小时；多巴胺在纳米纤维膜表面原位聚合生成聚多巴胺，颜色由白色变为棕色，得到聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊。将聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊用去离子水洗涤5~8遍，然后50~80℃真空烘箱中干燥12小时，如图1使用多巴胺改性前后的HapPDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊的对比SEM照片所示，经聚多巴胺改性后的纤维，纤维表面粘附不规则的聚合物成分，增加了对细胞的粘附。
Claims (4)
1.一种聚多巴胺改性电纺丝PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊的制备方法，其特征在于，以聚乳酸聚己内酯嵌段共聚物（PDLLA-PCL-PDLLA）为生物支架的主体材料，通过静电纺丝法来构架纳米纤维球囊，最后将聚多巴胺作为表面改性剂附着于PDLLA-PCL-PDLLA纳米纤维表面，包含以下步骤：
（1）交联支架材料的准备：
将PCLLA-PEG-PCLLA原料加热至60℃后并抽真空，在烧瓶中充入惰性干燥的氩气后，加入LDI进行反应并使用磁力搅拌，保持反应温度为60℃过夜反应约48小时；将所得交联后的物质LDI-PEG-PCLLA与六氟异丙醇以质量比0.1:1进行混合，超声30分钟，磁力搅拌过夜后得到均一的溶液，配成质量浓度5~8%的溶液，室温下搅拌6~12h后得到一个均一的溶液；
（2）制备PDLLA-PCL-PDLLA聚合物交联支架：
将步骤（1）所得溶液装入一个玻璃注射器内，在纺丝电压10~15 KV，托盘接收距离为10~15 cm，推流速为0.32 ~ 0.40 mL/h条件下，通过静电纺丝设备得到复合纳米纤维膜支架；
（3）经聚多巴胺功能修饰的聚合物交联支架：
向10mmol/L的Tris-HCl溶液中加入多巴胺，多巴胺的浓度为0.01~0.04g/mL, 将步骤（2）中PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊浸入到该多巴胺溶液中，室温静置10~24小时；多巴胺在纳米纤维膜表面原位聚合生成聚多巴胺，颜色由白色变为棕色，得到聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊。将聚多巴胺表面改性的PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊用去离子水洗涤5~8遍，然后50~80℃真空烘箱中干燥8~12小时。
2.根据权利要求1所述一种聚多巴胺改性电纺丝PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊的制备方法，其特征在于，步骤（1）LDI与PCLLA-PEG-PCLLA的质量比为1:5~1:1；配制方式为室温溶解或60℃以下加热助溶，还可以辅以机械搅拌或磁力搅拌。
3.一种聚多巴胺改性电纺丝PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊，其特征在于根据权利要求1或2所述制备方法得到。
4.一种根据权利要求3所述聚多巴胺改性电纺丝PDLLA-PCL-PDLLA纤维球囊在骨修复中的应用。
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| CN110029500A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-19 | 东华大学 | 用于组织工程化血管支架构建的功能化取向纤维及其制备方法 |
| CN110029500B (zh) * | 2019-04-23 | 2021-07-02 | 东华大学 | 用于组织工程化血管支架构建的功能化取向纤维及其制备方法 |
| CN110592947A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-12-20 | 中山大学附属第六医院 | 聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法及电纺丝膜 |
| CN113294613A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-08-24 | 江苏龙山管件有限公司 | 一种耐高温合金弯头及其加工工艺 |
| CN113294613B (zh) * | 2021-04-30 | 2024-05-31 | 江苏龙山管件有限公司 | 一种耐高温合金弯头及其加工工艺 |
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