CN109731147B - 多功能pcs杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明中公开了多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法及应用,采用了已有的具有很好生物相容性以及光致发光特性的高分子PCS,与具有多功能性的纳米纤维复合制备了PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体。本发明使用的热聚合方法,以本发明合成的弹性体,通过高分子修饰包覆,明显可以降低纳米纤维中的离子释放,从而降低生物毒性,同时保持其原有的光热效应,抗菌效果。因此,在本发明中,利用纳米纤维与硅接枝聚柠檬酸酯(PCS)利用温和的化学方法进行聚合反应所形成多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体,不仅可以合成具有抗菌,可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS‑CSNW纳米纤维复合弹性体,还可以合成具有荧光增强的,磁性成像的多功能PCS‑LHNW纳米纤维复合材料。
Description
技术领域
本发明属于可降解生物医用材料技术领域,具体涉及一种多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法及应用。
背景技术
人体的组织包括硬组织(骨)和软组织(皮肤、血管、肌肉)等具有优越的粘弹性力学性质,研发具有弹性行为的生物可降解弹性体材料已经成为目前再生医学和器官替代的重要方向。生物弹性体已经在功能植入装置、医用导管、绷带、假肢、人工器官、整形外科等领域取得了重要的应用进展。目前临床和研究报道的生物弹性体如聚酯、硅橡胶等具有优良的生物相容性,仿生的力学性质,可控的生物降解能力。近年来,以柠檬酸为单体,采用熔融聚合工艺合成的可降解生物弹性体聚柠檬酸酯具有合成简单、生物相容性高、成本低的优势,在再生医学领域展现出较高的应用前景。
然而,目前大部分生物弹性体应用中仍存在功能少的缺点,如不具备成像能力从而实现实时追踪,不具备抗微生物感染能力造成移植体感染,不具备光热能力实现光热治疗等。设计合成出低成本,多功能性,可降解,具有良好生物相容性的新型生物医用弹性体材料具有重要的科学意义和应用价值。采用无机-有机杂化技术可以高效实现高分子生物弹性体的多功能特性。
发明内容
本发明的目的在于提供几种多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法,该方法工艺简单,制得的弹性体具有多功能性以及较好的生物相容性。本发明将具有发光和磁性的LHNW和具有抗菌光热性质的CSNW杂化进聚(柠檬酸-硅氧烷)(PCS)弹性网络,期望制备出几种新型的多功能生物医用弹性移植体材料。
为达到以上几个目的,本发明采用以下的技术方案予以实现:
多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法,包括以下步骤:
1)PCS预聚物的制备:将柠檬酸和1,8辛二醇混合,在氮气保护下油浴进行热聚合,待全部熔解后,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷后,充分反应得到产物;产物纯化、冷冻干燥留用,得到PCS预聚物;
2)CSNW纳米纤维的制备:首先,在室温下将CuCl和OM混合,并在真空中加热除去氧气和水;同时,将二乙基二硫代氨基甲酸钠通过超声波分散在OM中,将其在260℃下注入到CuCl/OM溶液中,然后在260℃环境下保持,等待颜色为灰黑色取出;通过离心收集沉淀并用乙醇洗涤,然后在干燥箱得到CSNW纳米纤维;或者,
LHNW纳米纤维的制备:首先,将Gd(CH3COO)3·6H2O和/或Eu(CH3COO)3·6H2O,与CO(NH2)2加入高压釜中;然后加入OM和无水乙醇,将整个系统搅拌后,形成均匀溶液;将高压釜密封进行反应,反应结束后冷却至室温,离心收集形成的纳米纤维,并用乙醇洗涤数次,然后干燥得到LHNW纳米纤维;
3)PCS修饰的纳米纤维的制备:将PCS预聚物溶解在DMSO中,将CSNW纳米纤维或者LHNW纳米纤维加入到PCS预聚物溶液中,超声分散均匀,得到PCS修饰的纳米纤维;
4)PCS杂化预聚物溶液的制备:将PCS预聚物溶解在DMSO中,将PCS修饰过纳米纤维加入并均匀分散,得到PCS杂化预聚物溶液;
5)多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备:将交联剂HDI和催化剂锌酸亚锡加入到PCS杂化预聚物溶液中,混合搅拌,放入模具中,在干燥箱进行溶剂挥发和初步的交联反应;待溶剂完全挥发后,升高温度继续进行交联反应,即得到多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体。
作为本发明的进一步改进,步骤2)中LHNW纳米纤维的原料采用Gd(CH3COO)3·6H2O和Eu(CH3COO)3·6H2O时,Gd(CH3COO)3·6H2O和Eu(CH3COO)3·6H2O的质量比为1:1。
作为本发明的进一步改进,步骤3)中,PCS预聚物溶液的质量浓度不超过5%。
作为本发明的进一步改进,步骤4)中,PCS杂化预聚物溶液中,CSNW纳米纤维加入量占PCS预聚物溶液质量的1~10%。
作为本发明的进一步改进,步骤4)中,LHNW纳米纤维加入量占PPCS预聚物溶液质量的5~30%。
作为本发明的进一步改进,步骤5)中,初始交联温度为40~60℃,时间2-4天,最终交联温度为80-100℃,交联时间为2天。
作为本发明的进一步改进,步骤1)中,步骤1)中具体步骤为:按摩尔比为1:1的柠檬酸和1,8辛二醇加入在氮气保护下160℃油浴进行热聚合,待全部熔解后,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷后,降温至140℃中反应2h;产物在去离子水中纯化,冷冻干燥即得到PCS预聚物。
作为本发明的进一步改进,步骤1)中,PCS预聚物的结构式为:
作为本发明的进一步改进,步骤2)中,
氯化亚铜与二乙基二硫代氨基甲酸钠的摩尔比为1:2.5;
Gd(CH3COO)3·6H2O或Eu(CH3COO)3·6H2O与CO(NH2)2的摩尔比为1:100。
上述的制备方法制得的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体在医用移植体中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明针对纯的高分子弹性体的具有很好的弹性,生物相容性,但是功能较少,而多功能纳米材料虽然具有很好的性质,但是生物相容性较差,没有办法应用于动物体内的问题提供了利用弹性聚酯与功能性纳米材料进行复合形成的一种多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体。该方法以人体天然代谢产物柠檬酸、1,8-辛二醇、(3-氨丙基)三乙氧基硅烷为单体,通过热聚合得到接枝硅的柠檬酸聚酯预聚物(PCS);将该预聚物与不同比例的纳米纤维通过化学交联得到纳米纤维复合弹性体。实现了复合材料的抗菌特性、良好生物相容性、近红外光热治疗和荧光/磁性双重成像的多功能特性,从而在生物成像和治疗方面具有应用潜力。本发明中所涉材料制备简单环保,所用操作方便,所需原料成本低。实验结果证明:该方法制可以用于制备抗菌可降解,可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW杂化纳米纤维复合弹性体,它具有良好的生物相容性,能够在抗菌性,热成像治疗上表现优异;也可用于制备具有荧光增强的,磁性成像的PCS-LHNW纳米复合材料显示出显着增强的弹性体机械性能,可调光致发光和磁性行为,以及优异的体外和体内的生物相容性。
本发明中所使用的柠檬酸,1,8-辛二醇和(3-氨丙基)三乙氧基硅烷合成的PCS具有良好的生物相容性和降解性,通过具有抗菌性和近红外光热特性的CSNW纳米纤维的添加,使得合成的PCS-CSNW杂化弹性体具有很好的生物相容性,同时,具有抗菌和近红外光热的特性,同时对于一般细胞具有很好的细胞相容性,而对癌细胞具有很好的抑制作用。而通过添加具有荧光增强和磁成像特性的LHNW纳米纤维,使得合成的PCS-LHNW杂化弹性体具有增强的弹性体机械性能,可调光致发光,磁性行为,以及优异的体外和体内的生物相容性。
本发明在具体应用时,具有以下优点:
(1)本发明所使用的聚柠檬酸-1,8-辛二醇,(3-氨丙基)三乙氧基硅烷的预聚物(PCS)是一种可降解硅接枝高分子聚酯,且其单体生物相容性良好,且廉价易得。
(2)本发明中CSNW纳米纤维的加入,使得PCS聚酯高分子展现出了原本的荧光特性的同时,能够有效抗菌,以及近红外的光热治疗。
(3)本发明中制备的抗菌,可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体在980nm的激光进行激发下,具有很强的光热特性,可以实时监测材料在小鼠体内的降解情况。
(4)发明中制备具有荧光增强的,磁性成像的PCS-LHNW纳米纤维复合材料在体外T1磁性成像,体内外的荧光增强以及荧光成像,可以实时监测材料在小鼠体内的降解情况。
附图说明
图1为本发明合成的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体(PCS-CSNW和PCS-LHNW)的弹性力学性能的测定;
图2为本发明合成的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体(PCS-CSNW和PCS-LHNW)的体外光致发光性能的测定;
图3为本发明合成的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体(PCS-CSNW)的体外近红外光热性能的测定;
图4为本发明合成的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体(PCS-CSNW)的体内外抗菌性能的测定;
图5为本发明合成的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体(PCS-LHNW)的体外的T1的磁性成像测定;
图6为本发明合成的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体(PCS-LHNW)的体内外的小动物成像测定;
图7为本发明合成的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体(PCS-CSNW和PCS-LHNW)对于成肌细胞(C2C12)细胞毒性的测定;
图8为本发明合成的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体(PCS-CSNW)对于人肝癌细胞(HepG2)光热治疗的测定。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
本发明的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备技术,包括以下步骤:
1)PCS预聚物的制备:按摩尔比为1:1的柠檬酸和1,8辛二醇加入到50mL的圆底烧瓶中,在氮气保护下160℃油浴进行热聚合,待全部熔解后,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷后,降温至140℃中反应2h;产物在去离子水中纯化,冷冻干燥留用;
2)CSNW纳米纤维的制备:首先,在室温下将1.0mmol氯化亚铜(I)(CuCl)和10.0ml油胺(OM)加入到三颈烧瓶(50mL)中,并在真空中加热至130℃以除去氧气和水。同时,将2.5mmol二乙基二硫代氨基甲酸钠(NaDDTC)通过超声波分散在6.0ml OM中,将其在260℃下注入到CuCl/OM溶液中,然后将混合物在260℃保持15min,其颜色为灰黑色。通过以8500rpm离心10分钟收集沉淀(CSNW)并用乙醇洗涤,然后在60℃真空干燥箱中干燥12h。
3)LHNW纳米纤维的制备:首先,将0.50mmol乙酸钆(III)(Gd(CH3COO)3·6H2O)和50mmol尿素CO(NH2)2加入20mL聚四氟乙烯衬里的高压釜中;然后加入5mL OM和15mL无水乙醇,将整个系统搅拌30min后,形成均匀溶液。将高压釜密封并在180℃下加热,反应持续72h,冷却至室温后,通过在9000rmp离心收集形成的超薄Gd(OH)CO3纳米纤维,并用乙醇洗涤数次,然后在60℃下真空干燥过夜。
其中,PCS溶液质量体积比不超过5%。其他超薄Ln(OH)CO3(Ln=Eu)纳米纤维的合成与Gd(OH)CO3纳米纤维类似,采Eu(CH3COO)3·6H2O作为前兆。
4)PCS修饰的纳米纤维的制备:将PCS预聚物溶解在二甲基亚枫(DMSO)中,将纳米纤维加入到质量体积比为1%的PCS预聚物溶液中,超声分散均匀,得到PCS修饰的纳米纤维。
纳米纤维占PCS预聚物的总质量浓度为1~10%。或者纳米纤维占PCS预聚物的总质量浓度为5~30%。
采用Gd(OH)CO3和Eu(OH)CO3共同作为原料时,Gd(OH)CO3和Eu(OH)CO3的质量比为1:1。
5)PCS杂化预聚物溶液的制备:将PCS预聚物溶解在DMSO中,其质量体积分数为10%,并且将PCS修饰过纳米纤维加入并均匀分散,得到PCS杂化预聚物溶液;
6)多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备:将交联剂HDI和催化剂锌酸亚锡加入到PCS杂化预聚物溶液中,混合搅拌0.5h后,放入聚四氟乙烯的圆形模具中,在干燥箱进行溶剂挥发和初步的交联反应;待溶剂完全挥发后,升高温度继续进行交联反应,即得到多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体。初始交联温度为40~60℃,时间2-4天,最终交联温度为80-100℃,交联时间为2天。
PCS预聚物的结构式为:
本发明致力于几种多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法,主要基于硅接枝聚柠檬酸酯预聚物(PCS)的杂化复合材料。因为具有可控的生物降解、良好的生物相容性以及低成本,PCS已经广泛应用于生物医学领域。然而,在材料的多功能性上来说,除了对于荧光性能,其他性能上来说十分匮乏。为此,我们大胆引入了不同种类纳米纤维,该类材料单独使用,生物毒性较大,但是具有极好的光热效应和抗菌效果,或是具有荧光增强,磁成像特性等。
本发明的原理为:制备前期首先使用低浓度的PCS将纳米纤维表面进行修饰,提高了纳米纤维在溶液中的分散性,然后将修饰过的纳米纤维与PCS混合均匀,制备成多功能性的复合弹性体。然后以本发明合成的弹性体,通过高分子修饰包覆,明显可以降低纳米纤维中的离子释放,从而降低生物毒性,同时保持其原有的光热效应,抗菌效果。因此,在本发明中,利用纳米纤维与硅接枝聚柠檬酸酯(PCS)利用温和的化学方法进行聚合反应所形成多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体,不仅可以合成具有抗菌,可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体,还可以合成具有荧光增强的,磁性成像的多功能PCS-LHNW纳米纤维复合材料。
为了更好的理解本发明,下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
1)PCS预聚物的制备:将总质量6g的柠檬酸,1,8-辛二醇和(3-氨丙基)三乙氧基硅烷按照1:1:0.4,先将柠檬酸和1,8-辛二醇加入到50mL圆底烧瓶中,氮气环境下搅拌放入160℃油浴中熔解;待全部熔解后,温度立即降至140℃,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷,氮气环境下反应2h。反应产物溶解在DMSO后,在去离子水中透析纯化2天,冷冻干燥留做后用;
2)CSNW纳米纤维的制备:首先,在室温下将1.0mmol氯化亚铜(I)(CuCl)和10.0ml油胺(OM)加入到三颈烧瓶(50mL)中,并在真空中加热至130℃以除去氧气和水。同时,将2.5mmol二乙基二硫代氨基甲酸钠(NaDDTC)通过超声波分散在6.0ml OM中,将其在260℃下注入到CuCl/OM溶液中,然后将混合物在260℃保持15min,其颜色为灰黑色。通过以8500rpm离心10分钟收集沉淀(CSNW)并用乙醇洗涤,然后在60℃真空干燥箱中干燥12h。
3)抗菌可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体的制备:将CSNW和PCS按照质量百分比为2.5%加入DMSO溶液中,加入HDI和辛酸亚锡搅拌30min以便形成均匀的PCS纳米复合材料的预聚物,放入聚四氟乙烯的模具中,然后在55℃烘箱中去除溶剂,在80℃的烘箱中交联48h后,取出即得到抗菌可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体。
实施例2
1)PCS预聚物的制备:将总质量6g的柠檬酸,1,8-辛二醇和(3-氨丙基)三乙氧基硅烷按照1:1:0.4,先将柠檬酸和1,8-辛二醇加入到50mL圆底烧瓶中,氮气环境下搅拌放入160℃油浴中熔解;待全部熔解后,温度立即降至140℃,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷,氮气环境下反应2h。反应产物溶解在DMSO后,在去离子水中透析纯化2天,冷冻干燥留做后用;
2)CSNW纳米纤维的制备:首先,在室温下将1.0mmol氯化亚铜(I)(CuCl)和10.0ml油胺(OM)加入到三颈烧瓶(50mL)中,并在真空中加热至130℃以除去氧气和水。同时,将2.5mmol二乙基二硫代氨基甲酸钠(NaDDTC)通过超声波分散在6.0ml OM中,将其在260℃下注入到CuCl/OM溶液中,然后将混合物在260℃保持15min,其颜色为灰黑色。通过以8500rpm离心10分钟收集沉淀(CSNW)并用乙醇洗涤,然后在60℃真空干燥箱中干燥12h。
3)抗菌可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体的制备:将CSNW和PCS按照质量百分比为7.5%加入DMSO溶液中,加入HDI和辛酸亚锡搅拌30min以便形成均匀的PCS纳米复合材料的预聚物,放入聚四氟乙烯的模具中,然后在55℃烘箱中去除溶剂,在80℃的烘箱中交联48h后,取出即得到抗菌可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体。
实施例3
1)PCS预聚物的制备:将总质量6g的柠檬酸,1,8-辛二醇和(3-氨丙基)三乙氧基硅烷按照1:1:0.4,先将柠檬酸和1,8-辛二醇加入到50mL圆底烧瓶中,氮气环境下搅拌放入160℃油浴中熔解;待全部熔解后,温度立即降至140℃,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷,氮气环境下反应2h。反应产物溶解在DMSO后,在去离子水中透析纯化2天,冷冻干燥留做后用;
2)CSNW纳米纤维的制备:首先,在室温下将1.0mmol氯化亚铜(I)(CuCl)和10.0ml油胺(OM)加入到三颈烧瓶(50mL)中,并在真空中加热至130℃以除去氧气和水。同时,将2.5mmol二乙基二硫代氨基甲酸钠(NaDDTC)通过超声波分散在6.0ml OM中,将其在260℃下注入到CuCl/OM溶液中,然后将混合物在260℃保持15min,其颜色为灰黑色。通过以8500rpm离心10min收集沉淀(CSNW)并用乙醇洗涤,然后在60℃真空干燥箱中干燥12h。
3)抗菌可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体的制备:将CSNW和PCS按照质量百分比为10%加入DMSO溶液中,加入HDI和辛酸亚锡搅拌30min以便形成均匀的PCS纳米复合材料的预聚物,放入聚四氟乙烯的模具中,然后在55℃烘箱中去除溶剂,在80℃的烘箱中交联48h后,取出即得到抗菌可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体。
实施例4
1)PCS预聚物的制备:将总质量6g的柠檬酸,1,8-辛二醇和(3-氨丙基)三乙氧基硅烷按照1:1:0.4,先将柠檬酸和1,8-辛二醇加入到50mL圆底烧瓶中,氮气环境下搅拌放入160℃油浴中熔解;待全部熔解后,温度立即降至140℃,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷,氮气环境下反应2h。反应产物溶解在DMSO后,在去离子水中透析纯化2天,冷冻干燥留做后用;
2)LHNW纳米纤维的制备:首先,将0.50mmol Gd(CH3COO)3·6H2O(或Eu(CH3COO)3·6H2O)和50mmol尿素CO(NH2)2加入20mL聚四氟乙烯衬里的高压釜中;然后加入5mL OM和15mL无水乙醇,将整个系统搅拌30min后,形成均匀溶液。将高压釜密封并在180℃下加热,反应持续72h,冷却至室温后,通过在9000rmp离心收集形成的超薄Gd(OH)CO3(Eu(OH)CO3)纳米纤维,并用乙醇洗涤数次,然后在60℃下真空干燥过夜。
3)具有荧光增强的,磁性成像的PCS-LHNW纳米纤维复合材料的制备:将LHNW纳米纤维(GHNW与EHNW的质量比为1:1)和PCS按照质量百分比5%加入DMSO溶液中,加入HDI和辛酸亚锡搅拌30min以便形成均匀的PCS纳米复合材料的预聚物,放入聚四氟乙烯的模具中,然后在55℃烘箱中去除溶剂,在80℃的烘箱中交联48h后,取出即得到具有荧光增强,磁成像,以及活体小动物成像的多功能PCS-LHNW纳米纤维复合弹性体。
实施例5
1)PCS预聚物的制备:将总质量6g的柠檬酸,1,8-辛二醇和(3-氨丙基)三乙氧基硅烷按照1:1:0.4,先将柠檬酸和1,8-辛二醇加入到50mL圆底烧瓶中,氮气环境下搅拌放入160℃油浴中熔解;待全部熔解后,温度立即降至140℃,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷,氮气环境下反应2h。反应产物溶解在DMSO后,在去离子水中透析纯化2天,冷冻干燥留做后用;
2)LHNW纳米纤维的制备:首先,将0.50mmol Gd(CH3COO)3·6H2O(或Eu(CH3COO)3·6H2O)和50mmol尿素CO(NH2)2加入20mL聚四氟乙烯衬里的高压釜中;然后加入5mL OM和15mL无水乙醇,将整个系统搅拌30min后,形成均匀溶液。将高压釜密封并在180℃下加热,反应持续72h,冷却至室温后,通过在9000rmp离心收集形成的超薄Gd(OH)CO3(Eu(OH)CO3)纳米纤维,并用乙醇洗涤数次,然后在60℃下真空干燥过夜。
3)具有荧光增强的,磁性成像的PCS-LHNW纳米纤维复合材料的制备:将LHNW纳米纤维(GHNW与EHNW的质量比为1:1)和PCS按照质量百分比15%加入DMSO溶液中,加入HDI和辛酸亚锡搅拌30min以便形成均匀的PCS纳米复合材料的预聚物,放入聚四氟乙烯的模具中,然后在60℃烘箱中去除溶剂处理一天,在100℃的烘箱中交联48h后,取出即得到具有荧光增强,磁成像,以及活体小动物成像的多功能PCS-LHNW纳米纤维复合弹性体。
实施例6
1)PCS预聚物的制备:将总质量6g的柠檬酸,1,8-辛二醇和(3-氨丙基)三乙氧基硅烷按照1:1:0.4,先将柠檬酸和1,8-辛二醇加入到50mL圆底烧瓶中,氮气环境下搅拌放入160℃油浴中熔解;待全部熔解后,温度立即降至140℃,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷,氮气环境下反应2h。反应产物溶解在DMSO后,在去离子水中透析纯化2天,冷冻干燥留做后用;
2)LHNW纳米纤维的制备:首先,将0.50mmol Gd(CH3COO)3·6H2O(或Eu(CH3COO)3·6H2O)和50mmol尿素CO(NH2)2加入20mL聚四氟乙烯衬里的高压釜中;然后加入5mL OM和15mL无水乙醇,将整个系统搅拌30min后,形成均匀溶液。将高压釜密封并在180℃下加热,反应持续72h,冷却至室温后,通过在9000rmp离心收集形成的超薄Gd(OH)CO3(Eu(OH)CO3)纳米纤维,并用乙醇洗涤数次,然后在60℃下真空干燥过夜。
3)具有荧光增强的,磁性成像的PCS-LHNW纳米纤维复合材料的制备:将LHNW纳米纤维(GHNW与EHNW的质量比为1:1)和PCS按照质量百分比30%加入DMSO溶液中,加入HDI和辛酸亚锡搅拌30min以便形成均匀的PCS纳米复合材料的预聚物,放入聚四氟乙烯的模具中,然后在40℃烘箱中去除溶剂,在90℃的烘箱中交联48h后,取出即得到具有荧光增强,磁成像,以及活体小动物成像的多功能PCS-LHNW纳米纤维复合弹性体。
实施例7
1)PCS预聚物的制备:将总质量6g的柠檬酸,1,8-辛二醇和(3-氨丙基)三乙氧基硅烷按照1:1:0.4,先将柠檬酸和1,8-辛二醇加入到50mL圆底烧瓶中,氮气环境下搅拌放入160℃油浴中熔解;待全部熔解后,温度立即降至140℃,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷,氮气环境下反应2h。反应产物溶解在DMSO后,在去离子水中透析纯化2天,冷冻干燥留做后用;
2)CSNW纳米纤维的制备:首先,在室温下将1.0mmol氯化亚铜(I)(CuCl)和10.0ml油胺(OM)加入到三颈烧瓶(50mL)中,并在真空中加热至130℃以除去氧气和水。同时,将2.5mmol二乙基二硫代氨基甲酸钠(NaDDTC)通过超声波分散在6.0ml OM中,将其在260℃下注入到CuCl/OM溶液中,然后将混合物在260℃保持15min,其颜色为灰黑色。通过以8500rpm离心10min收集沉淀(CSNW)并用乙醇洗涤,然后在60℃真空干燥箱中干燥12h。
3)抗菌可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体的制备:将CSNW和PCS按照质量百分比为1%加入DMSO溶液中,加入HDI和辛酸亚锡搅拌30min以便形成均匀的PCS纳米复合材料的预聚物,放入聚四氟乙烯的模具中,然后在40℃烘箱中去除溶剂处理两天,在85℃的烘箱中交联48h后,取出即得到抗菌可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体。
本发明所制备的几种多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体可以提高材料的生物相容性,形成的杂化弹性体具有很好的力学性能,并且通过多功能的纳米纤维的加入,赋予了PCS杂化纳米纤维新的功能,使得杂化弹性体既可拥有了一定的荧光特性,也可以具有荧光增强的能力可用于小动物的荧光成像,也可以使得弹性材料具有核磁成像的特性,用于监控体内材料的降解,缺损组织的的恢复。下面结合实验数据详细分析。
图1是本发明合成的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体-PCS杂化纳米纤维复合材料的弹性力学性能的测定,图1A和图1B为PCS-CSNW纳米纤维复合材料的弹性力学性能的光学表征以及测定;图1C为PCS-LHNW纳米纤维复合材料的弹性力学性能的测定。
图2是本发明制得的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体-PCS杂化纳米纤维复合材料的光致发光性能测试,图2A为PCS-CSNW纳米纤维复合材料的光致发光性能测试,从图中可以发现随着CSNW加入的增加,基于PCS的光致发光性能会随之明显减弱;图2B为PCS-LHNW纳米纤维复合材料的光致发光性能测试,从图中可以发现随着LHNW的加入,光致发光性能有明显增强,说明LHNW的加入,可以显著增强高分子本身的光致发光性能。
图3为本发明制得的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体-PCS-CSNW纳米纤维复合材料的近红外光热性能测试。从图3A为PCS-CSNW纳米纤维复合材料从波长300-1700nm范围内的吸光度的变化,说明CSNW纳米纤维的加入,使得PCS-CSNW在全波长范围都有吸收,并且在900-1200nm有明显的吸收峰即在近红外波段有明显的吸收;图3B和图3C可以看出,在980nm的激光激发下,PCS-CSNW纳米纤维复合材料的的近红外性能测试。
图4为本发明制得的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体-PCS-CSNW纳米纤维复合材料的体内外抗菌性能测试。图3A和图3B为PCS-CSNW纳米纤维复合材料体外大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.a)体外抗菌性测试,说明CSNW纳米纤维的加入,使得PCS-CSNW具有很好的抗菌性能;图3C为PCS-CSNW纳米纤维复合材料体内大肠杆菌(E.coli)的抗菌性测试,同样也说明了PCS-CSNW在体内同样有很好的抗菌效果。
图5为本发明制得多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体-PCS-LHNW米纤维复合材料的体外的T1的磁性成像测定。可以看出,PCS-LHNW 30%相比PCS-LHNW 0%具有更好的磁性成像效果。
图6为本发明制得多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体-PCS-LHNW米纤维复合材料的体内小动物成像测定。图6A为PCS-LHNW植入小鼠皮下后,随着时间变化的小鼠体内成像;图6B为对不同时间点小鼠体内成像统计图。可以看出,随着植入时间的增加,小鼠体内成像的强度在减弱。
图7为本发明制得的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体(PCS-CSNW和PCS-LHNW)对于成肌细胞(C2C12)细胞毒性的测定。可以看出,PCS-CSNW和PCS-LHNW与对照组相比的细胞毒性特别低,甚至对细胞的增殖有一定的促进作用。
图8为本发明制得的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体-PCS-CSNW纳米纤维复合材料对于人肝癌细胞(HepG2)光热治疗的测定。可以看出,与对照组相比,光热治疗后,PCS-CSNW组癌细胞的明显减少,说明对于癌细胞的增殖有明显的抑制。
本发明中制得的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体,制备过程简单,以本发明合成的弹性体,通过高分子修饰包覆,明显可以降低纳米纤维中的离子释放,从而降低生物毒性,同时保持其原有的光热效应,抗菌效果。因此,在本发明中,利用纳米纤维与硅接枝聚柠檬酸酯(PCS)利用温和的化学方法进行聚合反应所形成多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体,不仅可以合成具有抗菌,可降解以及可近红外光热治疗的多功能PCS-CSNW纳米纤维复合弹性体,还可以合成具有荧光增强的,磁性成像的多功能PCS-LHNW纳米纤维复合材料。因此该多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体在组织再生中有着很好的应用前景。
以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (7)
1.多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)PCS预聚物的制备:将柠檬酸和1,8辛二醇混合,在氮气保护下油浴进行热聚合,待全部熔解后,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷后,充分反应得到产物;产物纯化、冷冻干燥留用,得到PCS预聚物;
2)CSNW纳米纤维的制备:首先,在室温下将CuCl和OM混合,并在真空中加热除去氧气和水;同时,将二乙基二硫代氨基甲酸钠通过超声波分散在OM中,将其在260℃下注入到CuCl/OM溶液中,然后在260℃环境下保持,等待颜色为灰黑色取出;通过离心收集沉淀并用乙醇洗涤,然后在干燥箱得到CSNW纳米纤维;
其中,OM为油胺;
或者,
LHNW纳米纤维的制备:首先,将Gd(CH3COO)3·6H2O和/或Eu(CH3COO)3·6H2O与CO(NH2)2加入高压釜中;然后加入OM和无水乙醇,将整个系统搅拌后,形成均匀溶液;将高压釜密封进行反应,反应结束后冷却至室温,离心收集形成的纳米纤维,并用乙醇洗涤数次,然后干燥得到LHNW纳米纤维;
氯化亚铜与二乙基二硫代氨基甲酸钠的摩尔比为1:2.5;
Gd(CH3COO)3·6H2O或Eu(CH3COO)3·6H2O与CO(NH2)2的摩尔比为1:100;
3)PCS修饰的纳米纤维的制备:将PCS预聚物溶解在DMSO中,将CSNW纳米纤维或者LHNW纳米纤维加入到PCS预聚物溶液中,超声分散均匀,得到PCS修饰的纳米纤维;
4)PCS杂化预聚物溶液的制备:将PCS预聚物溶解在DMSO中,将PCS修饰过纳米纤维加入并均匀分散,得到PCS杂化预聚物溶液;
PCS杂化预聚物溶液中,CSNW纳米纤维加入量占PCS预聚物溶液质量的1~10%;
LHNW纳米纤维加入量占PCS预聚物溶液质量的5~30%;
5)多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备:将交联剂HDI和催化剂锌酸亚锡加入到PCS杂化预聚物溶液中,混合搅拌,放入模具中,在干燥箱进行溶剂挥发和初步的交联反应;待溶剂完全挥发后,升高温度继续进行交联反应,即得到多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体。
2.根据权利要求1所述的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法,其特征在于,步骤2)中LHNW纳米纤维的原料采用Gd(CH3COO)3·6H2O和Eu(CH3COO)3·6H2O时,Gd(CH3COO)3·6H2O和Eu(CH3COO)3·6H2O的质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法,其特征在于,步骤3)中,PCS预聚物溶液的质量浓度不超过5%。
4.根据权利要求1所述的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法,其特征在于,步骤5)中,初始交联温度为40~60℃,时间2-4天,最终交联温度为80-100℃,交联时间为2天。
5.根据权利要求1所述的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体的制备方法,其特征在于,步骤1)具体步骤为:按摩尔比为1:1的柠檬酸和1,8辛二醇加入在氮气保护下160℃油浴进行热聚合,待全部熔解后,加入(3-氨丙基)三乙氧基硅烷后,降温至140℃,反应2h;产物在去离子水中纯化,冷冻干燥即得到PCS预聚物。
7.权利要求1至6任意一项所述的制备方法制得的多功能PCS杂化纳米纤维生物医用弹性体在医用移植体中的应用。
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