CN110592947A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法及电纺丝膜，本发明通过静电纺丝技术制备了聚羟基脂肪酸酯电纺丝膜，并通过化学改性将聚多巴胺(PDA)接枝到聚羟基脂肪酸酯纤维支架表面，制备得到了聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜。本发明制备的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜具有防粘连、生物相容性良好、力学性能优异的优点，在组织修复、组织防粘连等生物医学领域具有广泛的应用前景。

Description

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
技术领域
本发明涉及医用生物材料领域，更具体地，本发明涉及具有防粘连效果的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法及电纺丝膜。
背景技术
聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种线性饱和聚酯，其纤维废弃物可被自然环境完全吸收，具有良好的生物降解性和生物相容性，而聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯(P34HB)是PHA家族中最新一代生物可降解材料。基于静电纺丝技术制备的纤维支架，具有与天然细胞外基质(ECM)相似的纤维结构，因而被广泛应用于细胞增殖培养、药物输送、生物传感器等领域。随着组织工程学研究的深入，静电纺丝技术不断发展，涌现出不同的纺丝工艺与方法，所制造出的纤维支架有着截然不同的性能，能够满足多种组织需要。然而，现有纤维支架制备材料多为PLA、PCL等可吸收人工合成高分子材料，其机械性能较差，结构容易遭外力破坏，并且降解速度过快，降解产物对细胞、组织有一定的损害，这些都限制了它们在细胞支架、组织修复中的应用。此外，现有的纤维支架在体内还存在粘连及相关并发症的问题。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法及电纺丝膜，利用静电纺丝方法制备得到的复合电纺丝膜具有优异的防粘连效果，还具有良好的力学性能和生物相容性以及适当的降解速度，其降解周期长达9-12个月，植入组织后可以提供持久、稳固的骨架结构支撑，降解产物为组织内天然能量来源，具有广泛的应用前景。
本发明采取的技术方案如下：
一种聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜(P34HB/PDA)的制备方法，包括如下步骤：
S1、聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯(P34HB)电纺丝膜的制备：将聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯共聚物粉末溶于二氯甲烷和二甲基甲酰胺的复合溶剂中，均匀搅拌配成浓度为50～150mg/mL的聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯溶液，将其加入到注射器中，注射器用针头喷嘴固定，在室温条件下设置针头与接收器之间距离为12～18cm，电压为10～20千伏，注射器推进速度为0.1～12.0毫升/小时，通过乙醇溶液收集电仿丝，随后，将获得的电仿丝用去离子水洗涤，冷冻干燥8～12h后热压成膜即获得聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯电纺丝膜；
S2、聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺(P34HB/PDA)复合电纺丝膜的制备：称取0.05～0.1g多巴胺，0.1～0.5g三羟甲基氨基甲烷试剂加入100ml烧杯中，加入去离子水50～100mL配成多巴胺溶液，室温条件下，将聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯电纺丝膜浸泡于上述多巴胺溶液中，磁力搅拌20～30h，取出后用乙醇洗涤电纺丝膜，自然晾干即获得聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜。
本发明采用聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯共聚物材料通过静电纺丝技术制备了电纺丝膜，并通过化学改性将聚多巴胺(PDA)接枝到P34HB纤维支架表面，制备得到P34HB/PDA复合电纺丝膜，其既具有聚羟基脂肪酸酯良好的力学性能和生物相容性，又具有聚多巴胺良好的防粘连性，还具有适当的降解速度，其降解周期长达9-12个月，植入组织后可以提供持久、稳固的骨架结构支撑，降解产物为组织内天然能量来源，具有广泛的应用前景。
优选地，所述复合溶剂为二氯甲烷和二甲基甲酰胺按体积比8:2～0.5:9.5配制而成的复合溶剂。更优选地，所述二氯甲烷和二甲基甲酰胺的体积比6:4～1.5:8.5。
优选地，所述室温条件为温度20℃，湿度45％。
优选地，所述聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯共聚物粉末为医用级粉末，纯度大于99.5％。
优选地，步骤S2中的多巴胺溶液中还可以添加抗菌肽、季铵盐单体、卤胺盐单体、三氯生、壳聚糖、季铵盐、抗生素、纳米银中的一种或者多种。
优选地，所述注射器为1mL注射器，注射器针头与接收器之间距离为15cm。
优选地，所述注射器推进速度为2～5毫升/小时
优选地，步骤S1获得的电仿丝用去离子水洗涤3～5次，步骤S2中取出的电纺丝膜用乙醇洗涤3～5次。
由所述的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法制备得到的电纺丝膜。本发明所述的电纺丝膜是新一代可降解PHA/PDA复合电纺丝膜，具有良好的力学性能、生物相容性和防粘连特性，在组织修复、组织防粘连等生物医学领域具有广泛的应用前景。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明所述制备方法所获得的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜肉眼观为超薄膜状结构，微观结构为与细胞外基质相似的纤维结构，有助于细胞增殖长入，以促进组织修复再生，其中，P34HB是生物基完全可降解材料，具有良好的生物相容性，降解周期长达9-12个月，降解产物为组织内天然能量来源，其物理性能更是能媲美不可吸收高分子材料，植入组织后提供持久、稳固的骨架结构支撑，而PDA已被证实是一类生物相容性好的表面涂层材料，可以有效防止组织粘连并减少相关并发症，PDA丰富的表面酚羟基基团使得后续具有极大的改性空间，可以进一步接枝抗感染、抗炎、促生长基团，获得性能各异的材料；本发明所述的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜具有良好的力学性能、生物相容性和防粘连特性，在组织修复、组织防粘连等生物医学领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1P34HB电纺丝膜实物外观图。
图2为本发明实施例1P34HB电纺丝膜扫描电镜图。
图3为本发明实施例1P34HB/PDA复合电纺丝膜实物外观图。
图4为本发明实施例1P34HB/PDA复合电纺丝膜扫描电镜图。
图5为本发明实施例1P34HB电纺丝膜和P34HB/PDA复合电纺丝膜的细胞增殖对比图。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
一种聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜，其制备过程如下：
S1、聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯(P34HB)电纺丝膜的制备：称取1g医用级P34HB粉末(纯度大于99.5％)溶于10mL二氯甲烷和二甲基甲酰胺(DMF)的复合溶剂中(二氯甲烷和二甲基甲酰胺的体积比为3:7)，均匀搅拌配成浓度为100mg/mL的P34HB溶液并加入1mL注射器中，注射器用针头喷嘴固定。在室温20℃、湿度45％的条件下，设置针头与接收器之间距离为15cm，电压为15千伏，注射器推进速度为3毫升/小时，通过乙醇溶液收集电仿丝。随后，将获得的电仿丝用去离子水洗涤3次，冷冻干燥过夜后热压成膜即获得成品P34HB电纺丝膜。图1所示为P34HB电纺丝膜外观图，图2所示为P34HB电纺丝膜SEM图。
S2、聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺(P34HB/PDA)复合电纺丝膜的制备：称取0.06g多巴胺，0.12g三羟甲基氨基甲烷(Tris)试剂加入100ml烧杯中，加入去离子水50mL配成一定浓度的多巴胺溶液。室温状态下，将P34HB电纺丝膜浸泡于上述多巴胺溶液中，磁力搅拌24h，取出后用乙醇洗涤3次，自然晾干即获得P34HB/PDA复合电纺丝膜。图3所示为P34HB/PDA电纺丝膜外观图，图4为P34HB/PDA电纺丝膜SEM图。
实施例2
一种聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜，其制备过程如下：
S1、聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯(P34HB)电纺丝膜的制备：称取0.5g医用级P34HB粉末(纯度大于99.5％)溶于10mL二氯甲烷和二甲基甲酰胺(DMF)的复合溶剂中(二氯甲烷和二甲基甲酰胺的体积比为6:4)，均匀搅拌配成浓度为100mg/mL的P34HB溶液并加入1mL注射器中，注射器用针头喷嘴固定。在室温20℃、湿度45％的条件下，设置针头与接收器之间距离为15cm，电压为15千伏，注射器推进速度为2毫升/小时，通过乙醇溶液收集电仿丝。随后，将获得的电仿丝用去离子水洗涤3次，冷冻干燥过夜后热压成膜即获得成品P34HB电纺丝膜。
S2、聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺(P34HB/PDA)复合电纺丝膜的制备：称取0.05g多巴胺，0.12g三羟甲基氨基甲烷(Tris)试剂加入100ml烧杯中，加入去离子水50mL配成一定浓度的多巴胺溶液。室温状态下，将P34HB电纺丝膜浸泡于上述多巴胺溶液中，磁力搅拌24h，取出后用乙醇洗涤3次，自然晾干即获得P34HB/PDA复合电纺丝膜。
实施例3
一种聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜，其制备过程如下：
S1、聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯(P34HB)电纺丝膜的制备：称取1.5g医用级P34HB粉末(纯度大于99.5％)溶于10mL二氯甲烷和二甲基甲酰胺(DMF)的复合溶剂中(二氯甲烷和二甲基甲酰胺的体积比为1.5:8.5)，均匀搅拌配成浓度为100mg/mL的P34HB溶液并加入1mL注射器中，注射器用针头喷嘴固定。在室温20℃、湿度45％的条件下，设置针头与接收器之间距离为15cm，电压为15千伏，注射器推进速度为5毫升/小时，通过乙醇溶液收集电仿丝。随后，将获得的电仿丝用去离子水洗涤3次，冷冻干燥过夜后热压成膜即获得成品P34HB电纺丝膜。
S2、聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺(P34HB/PDA)复合电纺丝膜的制备：称取0.1g多巴胺，0.5g三羟甲基氨基甲烷(Tris)试剂加入100ml烧杯中，加入去离子水100mL配成一定浓度的多巴胺溶液，再加入0.02纳米银。室温状态下，将P34HB电纺丝膜浸泡于上述多巴胺溶液中，磁力搅拌24h，取出后用乙醇洗涤3次，自然晾干即获得P34HB/PDA复合电纺丝膜。
为考察是否成功制备出了P34HB/PDA复合电纺丝膜，对实施例1至实施例3制备的P34HB电纺丝膜和P34HB/PDA复合电纺丝膜的实物外观和SEM图进行了观察、测试和对比。观察外观图可知，P34HB/PDA复合电纺丝膜相比于P34HB电纺丝膜颜色发生改变，由白色变成黑色，对比SEM测试出来的SEM图可知，相对于PHA电纺丝纤维的SEM图，P34HB/PDA的SEM图中可以清楚的看到其表面包覆了一层膜。P34HB电纺丝膜肉眼观为超薄膜状结构，微观结构为与细胞外基质相似的纤维结构，有助于细胞增殖长入，以促进组织修复再生。如图1为实施例1P34HB电纺丝膜实物外观图，图2为实施例1P34HB电纺丝膜扫描电镜图，图3为实施例1P34HB/PDA复合电纺丝膜实物外观图，图4为实施例1P34HB/PDA复合电纺丝膜扫描电镜图。对比图1、图3可知，P34HB/PDA复合电纺丝膜相比于P34HB电纺丝膜颜色发生改变，由白色变成黑色。对比图2和图4可知，P34HB/PDA的SEM图相比PHA的SEM图，P34HB/PDA的纤维增粗了，表明PHA电纺丝纤维结构上包覆有PDA。
为考察P34HB/PDA复合电纺丝膜的生物相容性，进行如下实验：取P34HB电纺丝膜、P34HB/PDA复合电纺丝膜经环氧乙烷灭菌，通过CCK-8细胞毒方法评估两种类型的电纺丝膜在不同时间点(1周，2周，4周)对细胞增殖的影响。将上述两种类型电纺丝膜裁剪合适置于96孔板孔底，使用细胞培养基预培养过夜，常规培养人源骨髓间充质干细胞，调整细胞密度至5×104/mL加入每孔中孵育，待单层细胞铺满材料表面后，在不同时间点分别加入10uLCCK-8试剂共孵育4h。随后，将上清液移入新的96孔板中，并通过酶标仪在490nm下测试溶液吸光度值。通过测试结果可知，P34HB/PDA复合电纺丝膜和未改性P34HB电纺丝膜的OD490明显高于细胞的阳性对照组和阴性对照组，表明P34HB材料对于细胞增殖有正面促进作用，同时，涂覆PDA后的P34HB/PDA复合电纺丝膜OD490高于未改性P34HB电纺丝膜，证明我们的改性材料P34HB/PDA复合电纺丝膜具有更优的细胞相容性，能很好的促进细胞增殖分化。如图5为实施例1P34HB电纺丝膜和P34HB电纺丝膜的细胞增殖柱状对比图，从图5可知，P34HB/PDA复合电纺丝膜OD490最高，表明其细胞相容性、生物相容性优异。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
本发明所述的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜能够用于制成医用防粘连膜、组织缺损修补膜等，具有广泛的医用价值。

Claims (8)

1.一种聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯电纺丝膜的制备：将聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯共聚物粉末溶于二氯甲烷和二甲基甲酰胺的复合溶剂中，均匀搅拌配成浓度为50～150mg/mL的聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯溶液，将其加入到注射器中，注射器用针头喷嘴固定，在室温条件下设置针头与接收器之间距离为12～18cm，电压为10～20千伏，注射器推进速度为0.1～12.0毫升/小时，通过乙醇溶液收集电仿丝，随后，将获得的电仿丝用去离子水洗涤，冷冻干燥8～12h后热压成膜即获得聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯电纺丝膜；
S2、聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备：称取0.05～0.1g多巴胺，0.1～0.5g三羟甲基氨基甲烷试剂加入100ml烧杯中，加入去离子水50～100mL配成多巴胺溶液，室温条件下，将聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯电纺丝膜浸泡于上述多巴胺溶液中，磁力搅拌20～30h，取出后用乙醇洗涤电纺丝膜，自然晾干即获得聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜。
2.根据权利要求1所述的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法，其特征在于，所述复合溶剂为二氯甲烷和二甲基甲酰胺按体积比8:2～0.5:9.5配制而成的复合溶剂。
3.根据权利要求1所述的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法，其特征在于，所述室温条件为温度20℃，湿度45％。
4.根据权利要求1所述的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法，其特征在于，所述聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯共聚物粉末为医用级粉末，纯度大于99.5％。
5.根据权利要求1所述的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中的多巴胺溶液中添加了抗菌肽、季铵盐单体、卤胺盐单体、三氯生、壳聚糖、季铵盐、抗生素、纳米银中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法，其特征在于，所述注射器为1mL注射器，注射器针头与接收器之间距离为15cm。
7.根据权利要求1所述的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜的制备方法，其特征在于，步骤S1获得的电仿丝用去离子水洗涤3～5次，步骤S2中取出的电纺丝膜用乙醇洗涤3～5次。
8.由权利要求1-7任一权利要求所述的制备方法制备得到的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝膜。
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