CN111407924B - 一种具有各向异性表面的复合补片及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有各向异性表面的复合补片及其制备方法和应用，该补片以双层反蛋白石结构作为支架，在其中一面灌注润滑油得到仿猪笼草结构的超顺滑表面，以防止补片在体内与周围其他组织和脏器发生不必要粘连；而在另一面灌注生物相容性良好的水凝胶，以达到促进周围细胞快速粘附于补片表面，且能够迅速生长繁殖，加速伤口愈合的目的。将该补片用于治疗腹壁缺损时，可使得缺损部位快速愈合且无任何粘连导致的并发症，从而实现理想的组织修复。本发明的复合补片具有制备方法操作简易，成本低廉，且在有效促进损伤组织修复的同时，避免了与腔内脏器的严重粘连等优点。

Description

一种具有各向异性表面的复合补片及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物医用材料领域，具体涉及一种具有各向异性表面的复合补片及其制备方法和应用。
背景技术
组织缺损不论在日常生活还是外科手术中，都极为常见。由于其在人群中的高发性和普遍性，组织修复始终是整个医学界所面临的最重要的问题之一。随着现代医学的不断发展，组织修复的手段愈发多样化，出现了很多医疗器械和新药。其中，生物医用补片材料的多样性使其能够满足机体组织修复过程中不同部位对补片性能的不同需求，是目前修复体内组织缺损的一种极其有效的治疗介质。
现有的补片主要分为粘附性补片和抗粘附性补片。粘附性补片是一类普遍以高分子聚合材料作为支架的应用广泛的组织修复材料，比如聚丙烯聚酯类网状补片、缓释类补片及水凝胶类补片等。这类补片由于其良好的生物相容性和细胞粘附性，可很好的促进组织修复，但与此同时也极易与周围的组织和脏器发生粘连，产生严重的并发症。抗粘附性补片利用了超疏水材料表面较低的表面能及合适的微米级粗糙结构，有效地避免了补片与周围组织发生粘连，但也严重阻碍了补片与组织缺损部位的紧密贴合，易造成体内异物反应严重以及补片位置不易固定等问题，影响组织修复效果。因此，研究开发既能促进组织修复，又能避免与脏器粘连，可实现理想修复效果的新型补片迫在眉睫。
发明内容
本发明的目在于针对传统补片在修复损伤组织时与腔内脏器粘连严重或与创面无法紧密贴合的问题，提供一种具有各向异性表面的复合补片及其制备方法和应用，该补片同时具有超顺滑抗粘附性和水凝胶粘附性两种性质完全相反的表面。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种具有各向异性表面的复合补片，所述复合补片包括双层反蛋白石结构支架以及设于双层反蛋白石结构支架上下两侧的超顺滑抗粘附性表面和水凝胶粘附性表面；其中，所述的超顺滑抗粘附性表面为仿猪笼草结构制得，用于疏水、疏油和疏固态物质；所述的水凝胶粘附性表面具有良好的生物相容性，用于细胞粘附和生长。
本发明还保护一种具有各向异性表面的复合补片的制备方法，包括以下步骤：
S1：先利用垂直沉积法，使胶体粒子溶液自组装形成蛋白石结构模板；在蛋白石结构模板之间再加入聚合体前体溶液，待聚合体固化后利用牺牲模板法将蛋白石结构模板从固化的聚合体中去除，得到双层反蛋白石结构支架；
S2：利用真空条件，将润滑油灌注进步骤S1得到的双层反蛋白石结构支架的一个表面，在双层反蛋白石结构支架上制备得到超顺滑抗粘附性表面；然后将水凝胶前聚体溶液灌注进步骤S1得到的双层反蛋白石结构支架的另一个表面，经固化得到水凝胶粘附性表面，并最终制备得到具有各向异性表面的复合补片。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述步骤S1中， 胶体粒子溶液中胶体粒子的质量百分比浓度为1~10%；其中，所述的胶体粒子包括二氧化硅、聚苯乙烯、聚乙烯、四氧化三铁或二氧化钛中的一种，且胶体粒子的粒径大小为200~700nm。
上述步骤S1中，聚合体前体溶液中聚合体的质量百分比浓度为5~40%；其中，所述的聚合体包括聚氨酯、聚乙二醇二丙烯酸酯或丙烯酰胺中的一种。
上述的聚合体进行固化方法包括紫外光固化或溶剂挥发固化中的一种。
上述步骤S1中，所述的牺牲模板法具体包括化学腐蚀法、物理溶解法或高温煅烧法中的一种；其中，在化学腐蚀法中，选用的腐蚀试剂为氢氟酸、氢氧化钠或丙酮中的一种。
上述步骤S2中，所述的润滑油包括液体石蜡或白凡士林中的一种。
上述步骤S2中，所述的水凝胶前聚体为甲基丙烯酸酯明胶、基质胶、牛血清白蛋白、胶原蛋白、丝素蛋白、琼脂糖、聚乙烯醇中的一种或两种以上的混合物。
上述的水凝胶前聚体进行固化方法包括紫外光固化或热固化中的一种。
本发明还保护所述的具有各向异性表面的复合补片在制备治疗腹壁缺损组织修复生物材料中的应用。将制备得到的复合补片用于治疗腹壁缺损的哺乳动物模型，可观察到缺损部位快速愈合且无任何粘连导致的并发症，从而实现理想的组织修复。其中，哺乳动物模型选自大鼠、兔、猪。
本发明的有益效果在于：
1）本发明以双层反蛋白石结构作为支架，将两种性质的液体同时灌注进支架的两个表面，以构成其独特的表面各向异性的优势，制备方法操作简易，成本低廉。
2）本发明的超顺滑表面可以有效防止补片在体内与周围其他组织和脏器发生不必要粘连；而水凝胶粘附性表面可以促进周围细胞快速粘附于补片表面，且能够迅速生长繁殖，加速伤口愈合。将该补片用于治疗体内组织缺损时，可使得缺损部位快速愈合且无任何粘连导致的并发症，从而实现理想的组织修复。
附图说明
图1是具有各向异性表面的复合补片的整体结构示意图。
图2是具有各向异性表面的复合补片的制备过程示意图。
图3是具有各向异性表面的复合补片的组织修复应用过程示意图。
图4是本发明实施例1制备的双层反蛋白石结构支架电镜图。
图5是本发明实施例1制备的超顺滑抗粘附性表面滚动角测试图。
图6是本发明实施例1制备的水凝胶粘附性表面细胞活性对比图。
图7是本发明实施例1制备的复合补片应用于腹壁缺损的大鼠模型结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例中未注明具体条件的，按照本领域熟知的常规条件或制造商建议的条件进行，所用仪器或试剂未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
参见图1所示的一种具有各向异性表面的复合补片，所述复合补片包括双层反蛋白石结构支架以及设于双层反蛋白石结构支架上下两侧的超顺滑抗粘附性表面和水凝胶粘附性表面；其中，所述的超顺滑抗粘附性表面为仿猪笼草结构制得，用于疏水、疏油和疏固态物质；所述的水凝胶粘附性表面具有良好的生物相容性，用于细胞粘附和生长。
参见图2，一种具有各向异性表面的复合补片的制备方法，包括以下步骤：
S1：先利用垂直沉积法，使胶体粒子溶液自组装形成蛋白石结构模板；在蛋白石结构模板之间再加入聚合体前体溶液，待聚合体固化后利用牺牲模板法将蛋白石结构模板从固化的聚合体中去除，得到双层反蛋白石结构支架；
S2：利用真空条件，将润滑油灌注进步骤S1得到的双层反蛋白石结构支架的一个表面，在双层反蛋白石结构支架上制备得到超顺滑抗粘附性表面；然后将水凝胶前聚体溶液灌注进步骤S1得到的双层反蛋白石结构支架的另一个表面，经固化得到水凝胶粘附性表面，并最终制备得到具有各向异性表面的复合补片。
本实施中，所述的具有各向异性表面的复合补片在制备治疗腹壁缺损组织修复生物材料中的应用。参见图3，可以将制备得到的复合补片用于治疗腹壁缺损的哺乳动物模型，从而实现理想的组织修复。其中，哺乳动物模型选自大鼠、兔、猪。
实施例1
一种具有各向异性表面的聚氨酯（PU）复合补片的制备
（1）PU双层反蛋白石结构支架的制备：
将600nm的二氧化硅粒子以1 wt%的浓度均匀分散在乙醇中，将玻片垂直放置在溶液中，恒温恒压条件下静置一夜，使得二氧化硅胶体粒子在玻片上自组装形成蛋白石结构模板；将20 wt%的聚氨酯溶液注入两片模板之间，在80℃的条件下通过溶剂挥发将其固化，然后在浓度为1wt%的氢氟酸中过夜放置，利用化学腐蚀法将两层蛋白石结构模板腐蚀完全，从而获得PU双层反蛋白石结构支架，参见图4，是制备的双层反蛋白石结构支架电镜表征图，由图可知，两层蛋白石结构模板均已腐蚀完全，而其所形成的反蛋白石多孔结构为后续两种溶液的灌注以形成各向异性的表面奠定了重要的结构基础。
（2）液体石蜡超顺滑抗粘附性表面的制备：
将所得的PU双层反蛋白石结构支架用去离子水反复清洗，去除表面残留的氢氟酸，再将其放入60℃烘箱中待其干燥完全。取出后，将液体石蜡滴加于支架的一个表面，而后放入真空干燥箱中，常温放置0.5 h，利用真空条件，使液体石蜡完全浸润到支架表面的反蛋白石孔洞中，从而构成液体石蜡超顺滑抗粘附性表面，参见图5，是对制备的超顺滑抗粘附性表面进行滚动角测试的结果，由图可知，该表面的滚动角只有4°，且可以维持一定的时间，说明其具有良好的超顺滑特性和持久性能。
（3）甲基丙烯酸酯明胶（GelMA）粘附性表面的制备：
取基丙烯酸酯明胶（GelMA）固体溶于水中，45℃水浴溶解成浓度为15wt%的GelMA溶液，并加入1% (v/v) 的2-羟基-2-甲基苯丙酮（HMPP）作为光引发剂混合均匀。而后，将GelMA溶液滴加于PU双层反蛋白石结构支架的另一个表面，放入真空干燥箱中，常温放置0.5 h，利用真空条件，使GelMA溶液完全浸润到支架表面的反蛋白石孔洞中，取出用紫外光照射30s将其固化，从而构成GelMA粘附性表面，参见图6，分别在制备的水凝胶粘附性表面和细胞培养板表面进行细胞活性测试，随着培养时间的增加，两者表面的细胞活性逐渐增加，且水凝胶粘附性表面的细胞活性始终高于细胞培养板表面的细胞活性，表明水凝胶表面有良好的粘度细胞以及促进细胞快速生长繁殖的性能。
（4）PU复合补片的应用：
构建一只腹壁缺损的大鼠模型，将制备得到的PU复合补片固定于缺损部位处，于两周后对补片修复效果进行初步肉眼观察以及通过样本切片染色进一步佐证。参见图7，复合补片的GelMA粘附性表面能与缺损部位紧密贴合，以促进损伤组织的快速修复；而复合补片的液体石蜡超顺滑抗粘附性表面能有效避免补片与腔内其他脏器和组织发生粘连，实现了理想的组织修复效果。
实施例2
一种具有各向异性表面的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）复合补片的制备
（1）PEGDA双层反蛋白石结构支架的制备：
将300nm的聚苯乙烯粒子以10 wt%的浓度均匀分散在乙醇中，将玻片垂直放置在溶液中，恒温恒压条件下静置一夜，使得聚苯乙烯胶体粒子在玻片上自组装形成蛋白石结构模板。将混有1% (v/v)光引发剂的浓度为40wt%的PEGDA预聚溶液注入两片模板之间，待溶液完全浸润模板后，用紫外光照射30s将其固化，然后在丙酮溶液中过夜放置，通过丙酮腐蚀掉聚苯乙烯胶体粒子形成的正结构模板，从而获得PEGDA双层反蛋白石结构支架。
（2）白凡士林超顺滑抗粘附性表面的制备：
将所得的PEGDA双层反蛋白石结构支架用去离子水反复清洗，去除表面残留的丙酮溶液，再将其放入40℃烘箱中待其干燥完全。取出后，将白凡士林滴加于支架的一个表面，而后放入真空干燥箱中，利用真空条件，使白凡士林完全浸润到支架表面的反蛋白石孔洞中，从而构成白凡士林超顺滑抗粘附性表面。
（3）基质胶（Matrigel）粘附性表面的制备：
取10%体积分数的胎牛血清和1%体积分数的双抗均匀混合于DEME非完全培养基中制得细胞培养液，再取基质胶（Matrigel）与上述配置的细胞培养液以体积比1:5的比例进行混合，然后将得到的混合溶液滴加于PEGDA双层反蛋白石结构支架的另一个表面，放入真空干燥箱中，常温放置0.5 h，利用真空条件，使Matrigel溶液完全浸润到支架表面的反蛋白石孔洞中，取出放置于37℃的热台上加热直至支架表面基质胶固化完全，从而构成Matrigel粘附性表面。
（4）PEGDA复合补片的应用：
构建一只腹壁缺损的大鼠模型，将制备得到的PEGDA复合补片固定于缺损部位处，于两周后对补片修复效果进行初步肉眼观察以及通过样本切片染色进一步佐证。结果表明，复合补片的Matrigel粘附性表面能与缺损部位紧密贴合，以促进损伤组织的快速修复；而复合补片的白凡士林超顺滑抗粘附性表面能有效避免补片与腔内其他脏器和组织发生粘连，实现了理想的组织修复效果。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有各向异性表面的复合补片，其特征在于：所述复合补片包括双层反蛋白石结构支架以及设于双层反蛋白石结构支架上下两侧的超顺滑抗粘附性表面和水凝胶粘附性表面；其中，双层反蛋白石结构支架的上下面对称凹设有反蛋白石孔洞，所述超顺滑抗粘附性表面和水凝胶粘附性表面分别灌设于上下反向反蛋白石孔洞中，所述的超顺滑抗粘附性表面为仿猪笼草结构的超滑表面，用于疏水、疏油和疏固态物质；所述的水凝胶粘附性表面用于细胞粘附和生长。
2.权利要求1所述的一种具有各向异性表面的复合补片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：先利用垂直沉积法，使胶体粒子溶液自组装形成蛋白石结构模板；在蛋白石结构模板之间再加入聚合体前体溶液，待聚合体固化后利用牺牲模板法将蛋白石结构模板从固化的聚合体中去除，得到双层反蛋白石结构支架；
S2：利用真空条件，将润滑油灌注进步骤S1得到的双层反蛋白石结构支架的一个表面，在双层反蛋白石结构支架上制备得到超顺滑抗粘附性表面；然后将水凝胶前聚体溶液灌注进步骤S1得到的双层反蛋白石结构支架的另一个表面，经固化得到水凝胶粘附性表面，并最终制备得到具有各向异性表面的复合补片。
3. 根据权利要求2所述的一种具有各向异性表面的复合补片的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中， 胶体粒子溶液中胶体粒子的质量百分比浓度为1~10%；其中，所述的胶体粒子包括二氧化硅、聚苯乙烯、聚乙烯、四氧化三铁或二氧化钛中的一种，且胶体粒子的粒径大小为200~700nm。
4.根据权利要求2所述的一种具有各向异性表面的复合补片的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，聚合体前体溶液中聚合体的质量百分比浓度为5~40%；其中，所述的聚合体包括聚氨酯、聚乙二醇二丙烯酸酯或丙烯酰胺中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种具有各向异性表面的复合补片的制备方法，其特征在于：所述的聚合体进行固化方法包括紫外光固化或溶剂挥发固化中的一种。
6.根据权利要求2所述的一种具有各向异性表面的复合补片的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述的牺牲模板法具体包括化学腐蚀法、物理溶解法或高温煅烧法中的一种；其中，在化学腐蚀法中，选用的腐蚀试剂为氢氟酸、氢氧化钠或丙酮中的一种。
7.根据权利要求2所述的一种具有各向异性表面的复合补片的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述的润滑油包括液体石蜡或白凡士林中的一种。
8.根据权利要求2所述的一种具有各向异性表面的复合补片的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述的水凝胶前聚体为甲基丙烯酸酯明胶、基质胶、牛血清白蛋白、胶原蛋白、丝素蛋白、琼脂糖、聚乙烯醇中的一种或两种以上的混合物。
9.根据权利要求8所述的一种具有各向异性表面的复合补片的制备方法，其特征在于：所述的水凝胶前聚体进行固化方法包括紫外光固化或热固化中的一种。
10.权利要求1所述的具有各向异性表面的复合补片在制备治疗腹壁缺损组织修复生物材料中的应用。
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