CN110302420A - 一种原位聚合pda涂覆表面修饰生物支架的制备方法 - Google Patents

一种原位聚合pda涂覆表面修饰生物支架的制备方法 Download PDF

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王伟雯
胡声雨
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Abstract

本发明采用PU和DA作为原料，通过静电纺丝技术得到PU/DA复合纳米纤维膜，随后将其放入DA溶液进行原位聚合获得纤维内外同时包含PDA颗粒的PU/PDA复合纳米纤维支架。原位聚合涂覆技术具有操作简单﹑有效提高涂层界面结合力﹑降低涂层时间﹑增加涂层稳定性和均匀性等优点，使其成为一种生物支架表面修饰改性的理想方法。该法制备获得的复合纳米纤维支架具有良好的亲水性能﹑力学性能和生物相容性，具有良好的耐久使用性能等优点，在修复和再生组织/器官领域具有广阔的应用前景。

Description

一种原位聚合PDA涂覆表面修饰生物支架的制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，尤其涉及一种原位聚合PDA涂覆表面修饰生物支架的制备方法。
背景技术
制备与人体细胞外基质结构和性能类似，用于组织/器官修复和再生的生物支架，是当前的研究热点和难点。基于表面涂层修饰技术的简单易行且适应性较强而得到广泛关注。但是表面涂层改性仍存在以下缺点：（1）界面结合力较差；（2）涂层时间较长或稳定性较差；（3）涂层均匀性较差。
针对上述存在的问题及技术不足，本发明公开了一种原位聚合PDA涂覆技术表面修饰生物支架的方法，其目的旨在提供不仅具有良好的亲水性能﹑力学性能和生物相容性，而且具有耐久使用性能的生物支架。本发明采用PU和DA作为原料，通过静电纺丝技术得到PU/DA复合纳米纤维膜，随后将其放入DA溶液进行原位聚合获得纤维内外同时包含PDA颗粒的PU/PDA复合纳米纤维支架。原位聚合涂覆技术具有操作简单﹑有效提高涂层界面结合力﹑降低涂层时间﹑增加涂层稳定性和均匀性等优点，使其成为一种生物支架表面修饰改性的理想方法。该法制备获得的复合纳米纤维支架具有良好的亲水性能﹑力学性能和生物相容性，具有良好的耐久使用性能等优点，在修复和再生组织/器官领域具有广阔的应用前景。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种原位聚合PDA涂覆表面修饰生物支架的制备方法。
一种原位聚合PDA涂覆表面修饰生物支架的制备方法，包括如下步骤：
步骤一）PU/DA纳米纤维膜的制备：将聚氨酯加入N,N-二甲基甲酰胺-四氢呋喃混合液中，溶解获得均匀的纺丝溶液；再向纺丝溶液中加入多巴胺，分散均匀；采用静电纺丝技术制备PU/DA纳米纤维膜。
步骤二）PU/PDA复合生物支架制备：将步骤制备获得的PU/DA纳米纤维膜放入溶有多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液并搅拌，使多巴胺在PU/DA纳米纤维膜上原位聚合形成聚多巴胺涂覆层；取出后洗涤﹑真空干燥即得到成品。
进一步的，所述N,N-二甲基甲酰胺-四氢呋喃混合液中N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的体积之比为7:3.
进一步的，所述纺丝溶液中聚氨酯和多巴胺的质量比为2:1
进一步的，所述步骤一）中静电纺丝参数为：电压15-18kv，收集距离为15-18cm，注射速率为0.5-1ml/h。
进一步的，所述溶有多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液的pH为8.5。
进一步的，所述步骤二）中将步骤制备获得的PU/DA纳米纤维膜放入溶有多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液中搅拌4h以上。
本发明的有益效果是：
(1) PDA原位涂覆技术有效增加PDA与基体间的界面结合力，解决涂层时间过长和涂层不均匀性的问题。
(2) 制备获得的复合生物支架不仅具有基体的优异力学性能，而且具有PDA良好的生物相容性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1. PU (A)和PU/PDA (B)复合纳米纤维膜SEM图.
图2.不同涂层时间下PU/PDA复合纳米纤维膜的水接触角.
图3. hMSC细胞在PU (a, b, c)和PU/PDA (d, e, f)复合纳米纤维膜培养1天，3天，5天的SEM图。
具体实施方式
一种基于原位聚合PDA涂覆技术表面修饰生物支架的方法，具体步骤如下：
1. PU/DA纳米纤维膜的制备：首先，将1.6g PU颗粒放入21 mLDMF/THF (7/3, v/v)混合溶剂，室温震荡3 h，获得均一的PU溶液；随后，将0.8gDA放入PU溶液，超声搅拌1 h，获得均一的PU/DA纺丝溶；最后，将纺丝溶液放入20 ml 注射器，在电压为15-18kv，收集距离为15-18cm，注射速率为0.5-1ml/h，温度为25℃，湿度为40%条件下采用静电纺丝装置获得PU/DA纳米纤维膜。
2. PU/PDA复合生物支架制备：首先，将2g/L的DA溶解在10mM Tris-HCl缓冲溶液制备Tris-HCl-DA混合溶液；随后，将步骤（1）获得的PU/DA纳米纤维膜浸入pH值为8.5的Tris-HCl-DA缓冲溶液中，溶液温度为30℃。磁力搅拌4 h, 14 h, 24 h, 40 h后取出纳米纤维膜并用蒸馏水仔细洗涤以除去残留的Tris-HCl-DA溶液；最后，将纳米纤维膜在60℃下真空干燥4h，得到PU/PDA复合生物支架。
为了更好的说明本发明，结合附图，介绍本发明实施例1所得PU/PDA复合生物支架。
图1给出了PU和PU/PDA复合纳米纤维膜的SEM图。从图中可以看出，与PU支架相比，PU/PDA复合纳米纤维的直径增加，表面粗糙度增加。结果表明通过原位聚合方法成功将PDA纳米颗粒涂覆于PU纳米纤维表面。
图2 给出了不同涂层时间下PU/PDA复合纳米纤维膜的水接触角。由图2可知，纯PU纳米纤维膜的水接触角为128.57°±2.22°，具有疏水性能。PU/PDA/4，PU/PDA/14，PU/PDA/24和PU/PDA/4水接触角分别为109.49°±0.27°,70.7°±4.97°，35.79°±2.05°和0°, 随着涂层时间的增加，水接触角明显降低，使复合纤维膜的亲水性能显著提高。结果表明采用PDA涂覆方法改性PU纳米纤维可以有效地提高生物支架的亲水性能，从而进一步提高其生物相容性。
表1给出了不同涂层时间下PU/PDA复合纳米纤维膜的力学性能。由表1可知，与PU纳米纤维相比，PU/PDA复合纳米纤维膜的拉伸强度﹑杨氏模量和断裂伸长率都明显提高。随着涂层时间的增加，PU/PDA复合纳米纤维膜的力学性能先增加后降低。结果表明，通过PDA涂层，可以有效地提高复合纳米纤维支架的力学性能。
表1. 不同涂层时间下PU/PDA复合纳米纤维膜的力学性能
图3给出了hMSC细胞在PU和PU/PDA复合纳米纤维膜培养1天，3天，5天的形态图。由图3可知，细胞在PU支架上呈现圆球或椭圆形，这主要是由于PU的疏水性能所致。而细胞在PU/PDA复合纳米纤维膜呈现成完全伸展的状态，与纳米纤维良好的融合。结果表明，通过PDA涂层，可以有效地提高复合纳米纤维支架的细胞相容性。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种原位聚合PDA涂覆表面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）PU/DA纳米纤维膜的制备：将聚氨酯加入N,N-二甲基甲酰胺-四氢呋喃混合液中，溶解获得均匀的纺丝溶液；再向纺丝溶液中加入多巴胺，分散均匀；采用静电纺丝技术制备PU/DA纳米纤维膜;
步骤二）PU/PDA复合生物支架制备：将步骤制备获得的PU/DA纳米纤维膜放入溶有多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液并搅拌，使多巴胺在PU/DA纳米纤维膜上原位聚合形成聚多巴胺涂覆层；取出后洗涤﹑真空干燥即得到成品。
2.如权利要求1所述的一种原位聚合PDA涂覆表面修饰生物支架的制备方法，其特征在于，所述N,N-二甲基甲酰胺-四氢呋喃混合液中N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃的体积之比为7:3。
3.如权利要求1所述的一种原位聚合PDA涂覆表面修饰生物支架的制备方法，其特征在于，所述纺丝溶液中聚氨酯和多巴胺的质量比为2:1。
4.如权利要求1所述的一种原位聚合PDA涂覆表面修饰生物支架的制备方法，其特征在于，所述步骤一）中静电纺丝参数为：电压15-18kv，收集距离为15-18cm，注射速率为0.5-1ml/h。
5.如权利要求1所述的一种原位聚合PDA涂覆表面修饰生物支架的制备方法，其特征在于，所述溶有多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液的pH为8.5。
6.如权利要求1所述的一种原位聚合PDA涂覆表面修饰生物支架的制备方法，其特征在于，所述步骤二）中将步骤制备获得的PU/DA纳米纤维膜放入溶有多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液中搅拌4h以上。
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