CN109453431A - 一种表面电势可控的带电修复膜材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表面电势可控的带电修复膜材料及其制备方法，其解决了现有材料表面电势不可调控、无法与各组织缺损部位生理电微环境适配、材料修复效果受限的技术问题，其是由铁电高分子聚合物和有机溶剂制得薄膜状材料。本发明同时提供了其制备方法。本发明可广泛应用于手术植入仿生带电微环境修复材料技术领域。

Description

一种表面电势可控的带电修复膜材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种手术植入仿生带电微环境修复材料技术领域，具体地说是一种表面电势可控的带电修复膜材料及其制备方法。
背景技术
采用外科植入材料进行缺损修复是临床上常用的手段之一，伴随人们生活水平的提高，由于外伤、疾病等原因造成的组织缺损病例也逐渐增多，人工带电植入修复材料由于具有来源广泛、成本相对较低、免疫排斥反应较轻等优势，受到了研究者们的广泛关注。据研究报道，人体的各个组织中，均存在不同的生理电微环境，当组织损伤后，其生理电微环境也相应被改变。如何通过恢复体内组织的生理电微环境达到促进组织缺损修复的目的，是当下研究的热点问题。目前研制出的带电生物修复材料，材料的表面电势单一，无法与体内组织不同的生理电微环境相适配，对修复效果产生了一定的限制。
发明内容
本发明就是为了解决现有材料表面电势不可调控、无法与各组织缺损部位生理电微环境适配、材料修复效果受限的技术问题，提供一种表面电势可控的带电修复膜材料及其制备方法。
为此，本发明提供了一种表面电势可控的带电修复膜材料，其是由铁电高分子聚合物和有机溶剂制得薄膜状材料。
优选地，铁电高分子聚合物为聚偏氟—三氟乙烯。
优选地，有机溶剂为氮氮二甲基甲酰胺。
优选地，带电修复膜材料厚度为70μm。
优选地，聚偏氟—三氟乙烯在带电生物修复膜中的质量百分比10wt％。
本发明同时提供了一种表面电势可控的带电修复膜材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)称取聚偏氟—三氟乙烯，加入氮氮二甲基甲酰胺中，置于磁力搅拌器上搅拌，使聚合物均匀的分散在溶液中，得到聚合物溶液；(2)将步骤(1)所得的聚合物溶液，于流延机中流延，将通过流延所得薄膜烘干，得到一种高分子膜材料；(3)将步骤(2)所得高分子膜材料经过退火处理；(4)将步骤(3)所得的高分子膜材料进行极化处理，得到一种表面电势可控的带电修复膜材料。
优选地，步骤(3)中，退火温度不超过140℃。
优选地，步骤(4)中，极化电压为极化电压为12～20kV，极化距离为15～25mm。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用铁电聚合物主要成分，形成的膜材料结构均一，薄膜材料柔性良好，利于临床操作。
(2)本发明制得的带电修复膜材料，由于其中铁电聚合物成分具有自发极化特性，经过极化处理之后材料表面带有电荷，具有良好的电学稳定性，并可以通过调节退火温度，使材料晶型发生改变，达到调控材料表面电势的目的。
(3)本发明所制作得到的带电修复膜材料在骨缺损区域植入后具有良好的骨缺损修复效果；作用于细胞上，细胞表现出神经向分化的潜能。
(4)本发明所提供的制备方法操作简单、产品效果较稳定、产率较高，有利于工业化生产。
综上所述，本发明所提供的一种表面电势可控的带电修复膜材料针对传统组织修复材料表面电势不可控，无法与各组织不同生理电势相适配的问题，通过改变材料退火温度、晶型以及极化条件的方式，达到调控材料的表面电势的目的。当本材料表面为中低电势时，在骨缺损的植入实验中表现了良好的骨修复效果；表面为高电势时，在细胞培养实验中表现出神经向分化的潜能。并且材料具有良好的稳定性，可以通过二次手术的方式完整取出植入材料，有效避免材料的残留，在临床应用上具有良好的发展潜能。
附图说明
图1是实施例1表面高电势的带电修复膜材料的表面形貌扫描电镜图片；
图2是不同退火条件下的带电修复膜材料的晶体结构X射线衍射图；
图3是实施例3表面中等电势的带电修复膜材料作用大鼠骨髓间充质干细胞24小时后粘附和铺展情况的激光共聚焦显微镜照片；
图4是实施例3表面中等电势的带电修复膜材料修复大鼠颅骨缺损实验中实验组与不带电修复材料对照组的Micro-CT照片；
图5是实施例1表面高电势的带电修复材料作用大鼠骨髓间充质干细胞14天，细胞具有神经向分化形态的激光共聚焦显微镜照片。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权力要求书中所描述的本发明。
实施例1
(1)称取2g聚合物P(VDF-TrFE)，加入到20ml氮氮二甲基甲酰胺中，使聚合物溶液浓度为0.1g/ml，置于磁力搅拌器上搅拌6h，使聚合物均匀的溶解、分散在有机溶剂中，得到铁电聚合物溶液；
(2)将步骤(1)所得的混合液，于流延机中流延，将通过流延所得薄膜置于55℃温度下烘干，得到一种高分子聚合物膜材料，膜厚度为70μm；
(3)将步骤(2)所得薄膜材料经过退火处理，退火温度为140℃，退火时间为1h；
(4)将步骤(3)所得的薄膜材料进行极化处理，极化电压为20kV，极化距离为15mm，极化温度为25℃，极化时间为30min，得到一种表面高电势的带电生物修复膜材料。
实施例2
(1)称取2g聚合物P(VDF-TrFE)，加入到20ml有机溶剂氮氮二甲基甲酰胺中，使聚合物溶液浓度为0.1g/ml，置于磁力搅拌器上搅拌6h，使聚合物均匀的溶解、分散在有机溶剂中，得到铁电聚合物溶液；
(2)将步骤(1)所得的混合液，于流延机中流延，将通过流延所得薄膜置于55℃温度下烘干，得到一种高分子聚合物膜材料，膜厚度为70μm；
(3)将步骤(2)所得薄膜材料退火处理，退火温度为40℃，退火时间为1h；
(4)将步骤(3)所得的薄膜材料进行极化处理，极化电压为12kV，极化距离为25mm，极化温度为25℃，极化时间为30min，得到表面低电势的带电生物修复膜材料。
实施例3
(1)称取2g聚合物P(VDF-TrFE)，加入到20ml有机溶剂氮氮二甲基甲酰胺中，使聚合物溶液浓度为0.1g/ml，置于磁力搅拌器上搅拌6h，使聚合物均匀的溶解、分散在有机溶剂中，得到铁电聚合物溶液；
(2)将步骤(1)所得的混合液，于流延机中流延，将通过流延所得薄膜置于55℃温度下烘干，得到一种高分子聚合物膜材料，膜厚度为70μm；
(3)将步骤(2)所得薄膜材料经过退火处理，退火温度为90℃，退火时间为1h；
(4)将步骤(3)所得的薄膜材料进行极化处理，极化电压为16kV，极化距离为20mm，极化温度为25℃，极化时间为30min，得到表面中等电势的带电生物修复膜材料。
产品性能检测：
(1)利用X射线衍射(xrd)对不同退火条件下的带电生物修复膜材料的晶体结构进行检测，观察不同退火条件对材料晶型的改变，检测结果见附图2。
(2)将实施例3制得的表面中等电势的带电生物修复膜材料经钴60灭菌后，在其上面接种密度为5×104的大鼠骨髓间充质干细胞，培养24小时后固定细胞、进行黏着斑、细胞核及细胞骨架染色，利用激光共聚焦显微镜观察。测试结果见附图3。
(3)将实施例3中制得表面中等电势的带电生物修复膜材料经钴60灭菌后，剪成直径为7mm的圆形膜片，覆盖于直径为5mm的大鼠颅骨缺损处，缺损覆盖高分子聚合物(P(VDF-TrFE))未极化不带电材料作为对照组，术后8周处死动物，分离膜材料后进行micro-CT扫描观察。测试结果见附图4，图中，左边为实施例中带电生物修复膜的micro-CT扫描，右边为对照组的micro-CT扫描。
(4)将实施例1制得的表面高电势的带电生物修复膜材料经钴60灭菌后，在其上面接种密度为5×104的大鼠骨髓间充质干细胞，培养14天后固定细胞、进行βIII-tubulin及细胞核染色，利用激光共聚焦显微镜观察。测试结果见附图5。
结论：通过改变材料退火温度、极化条件的方式，使材料晶型发生改变，达到调控材料的表面电势的目的。当本材料表面为中低电势时，如图3，在骨缺损的植入实验中表现了良好的骨修复效果；表面为高电势时，如图5，在细胞培养实验中表现出神经向分化的潜能。

Claims (8)

1.一种表面电势可控的带电修复膜材料，其特征是，其是由铁电高分子聚合物和有机溶剂制得的薄膜状材料。
2.根据权利要求1所述的表面电势可控的带电修复膜材料，其特征是，所述铁电高分子聚合物为聚偏氟—三氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的表面电势可控的带电修复膜材料，其特征是，所述有机溶剂为氮氮二甲基甲酰胺。
4.根据权利要求1所述的表面电势可控的带电修复膜材料，其特征在于，所述的带电修复膜材料厚度为70μm。
5.根据权利要求2所述的表面电势可控的带电修复膜材料，其特征在于，所述聚偏氟—三氟乙烯在带电生物修复膜中的质量百分比10wt％。
6.如权利要求1～5任意一项所述的表面电势可控的带电修复膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取聚偏氟—三氟乙烯，加入氮氮二甲基甲酰胺中，置于磁力搅拌器上搅拌，使聚合物均匀的分散在溶液中，得到的聚合物溶液；
(2)将所述步骤(1)所得的聚合物溶液，于流延机中流延，将通过流延所得薄膜烘干，得到一种高分子膜材料；
(3)将所述步骤(2)所得高分子膜材料经过退火处理；
(4)将所述步骤(3)所得的高分子膜材料进行极化处理，得到一种表面电势可控的带电修复膜材料。
7.根据权利要求6所述的表面电势可控的带电修复膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，退火温度不超过140℃。
8.根据权利要求6所述的表面电势可控的带电修复膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，极化电压为极化电压为12～20kV，极化距离为15～25mm。
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