CN112107728A - 一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料及其制备方法 - Google Patents

一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种负载抗菌肽β‑HBD‑3的PCL/Zif‑8组织工程支架材料及其制备方法，包括以下步骤：配置静电纺丝溶剂；将抗菌肽β‑HBD‑3和Zif‑8配制成负载抗菌肽β‑HBD‑3的金属有机框架Zif‑8；将负载抗菌肽β‑HBD‑3的金属有机框架Zif‑8和PCL按照预设比例混合加入到静电纺丝溶剂中，并搅拌至透明，配置成纺丝母液；将纺丝母液注入静电纺丝设备中进行静电纺丝得到复合膜；将复合膜浸渍在壳聚糖溶液中，经自然晾干后，得到负载抗菌肽β‑HBD‑3的PCL/Zif‑8组织工程支架材料。本发明制备的负载抗菌肽β‑HBD‑3的PCL/Zif‑8组织工程支架材料相对比其他纳米纤维膜材料，具有抗菌性能好，生物相容性好，成骨性能好以及可降解性能好等特点。

Description

一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及生物料技术领域，尤其涉及一种负载抗菌肽β -HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料及其制备方法。
背景技术
随着材料科学、细胞生物学和组织工程技术的深入发展，生物医用材料在医疗领域的应用越来越广泛。生物医用材料是与生命系统接触，可对生物体的病损组织以及器官进行诊断、治疗、修复、替换以及诱导组织再生，以增进生物体功能且不会对其内部组织产生不良反应的一类特殊功能材料。利用这项领域所生产的产品每年都能带来超额的经济价值，美国每年在组织缺损疾病上的花费超过了四千亿美元，需要400-9000万个医院日，需要超过八百万次手术去治疗这些疾病，骨骼缺损在组织缺损病症中占据很大的比例。据估计，美国组织工程产品的市场总量每年为800亿美元。
骨缺损目前已成为临床上常见的病症，小面积的骨缺损可以通过治疗达到自身修复的效果，大面积的骨缺损最常用的方法是自体骨或异体骨移植。虽然自体骨移植具有生物相容性较好无排异反应的优点，但也存在可提供的骨组织有限，形状大小匹配度有限，手术后对自身完好骨组织造成损伤等缺点。
骨组织工程的发展为解决骨修复的难题带来了希望，制备骨组织工程支架，将骨细胞和生长因子复合到组织工程支架中，通过体内或体外培养，骨细胞在支架上粘附增殖，最后将支架移植到体内，在结构上起支撑作用，随着细胞的増殖分化，新生的骨组织逐渐生长，支架逐渐降解在体内，不起任何副作用。
聚己内酯(PCL)在组织工程中应用中发挥着优良的性能，骨组织工程支架的性能主要靠材料、制备工艺和支架结构来保证，材料的选择非常关键，需要满足以下几点：
(1)生物相容性：缺损组织细胞需要在支架上粘附、增殖、分化和移动，支架材料对细胞无毒害作用，人体不对支架产生任何排异反应。
(2)可降解性：随着缺损骨组织细胞的增殖和分化，缺损骨组织逐渐再生，骨组织工程支架逐渐分解，且分解产生的物质对人体无害，最后达到缺损骨愈合后支架在人体内完全降解且无任何毒副作用的效果。
(3)力学性能：支架具有一定的力学强度，在体内起支撑作用，为缺损组织的修复和再生提供环境，同时需要具有一定的初性，能承受一定的外力作用。
(4)孔隙结构：支架具有一定的孔隙大小和孔隙率，从而使细胞能在支架上粘附增殖和移动，同时也利于营养物质的供给和运输。
(5)可加工性：支架材料不仅需要满足一定的生物性能以在体内和组织贴合，还需要具备可加工性，用目前的制造工艺能加工出一定形状和大小的支架，并控制成本，达到个性化定制的目标，才能在临床上得到应用。
但是，聚己内酯材料支架，在植入人体后短时间难以与人体软组件结合，并且容易感染细菌，不利于使用。
发明内容
本发明为解决现有聚己内酯材料支架容易感染细菌，不利于使用的技术问题，提供了一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料及其制备方法。
本发明提供了一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，配置静电纺丝溶剂；
步骤S2，将抗菌肽β-HBD-3和Zif-8配制成负载抗菌肽β -HBD-3的金属有机框架Zif-8；
步骤S3，将负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8和PCL 按照预设比例混合加入到静电纺丝溶剂中，并搅拌至透明，配置成纺丝母液；
步骤S4，将纺丝母液注入静电纺丝设备中进行静电纺丝得到复合膜；
步骤S5，将复合膜浸渍在壳聚糖溶液中，经自然晾干后，得到负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料。
进一步地，所述纺丝母液的质量浓度为5％-15％，壳聚糖溶液的浓度为5mg/ml～10mg/ml。
进一步地，步骤S4中，静电纺丝过程以0.5-1ml/h泵出纺丝母液，在针上施加10～20kV范围内的电压；将形成的纤维收集在距针尖5-15cm的铝箔覆盖平台上，得到复合膜。
进一步地，步骤S2中，负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架 Zif-8是将不同浓度的抗菌肽β-HBD-3溶液置于Zif-8水热反应溶液进行反应，抗菌肽β-HBD-3溶液的浓度包括2μg/ml、5μg/ml和10 μg/ml。
进一步地，所述Zif-8水热反应溶液通过第一溶液和第二溶液混合制得。
进一步地，所述第一溶液为2-甲基咪唑溶于NH4OH溶液，搅拌30min后制得；其中2-甲基咪唑的浓度为1.8～1.9mol/L。
进一步地，所述第二溶液为Zn(NO3)2溶于超纯水中，搅拌 30min后制得；其中Zn(NO3)2的浓度为0.6～0.7mol/L。
进一步地，负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8的制备步骤如下：
将第二溶液快速倒入第一溶液中搅拌5min，然后加入抗菌肽β -HBD-3溶液，置于反应釜中18-24h，温度为25-26℃。
另一方面，本发明还提供一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8 组织工程支架材料，所述负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料采用所述的制备方法制得。
本发明的有益效果是：本发明制备的负载抗菌肽β-HBD-3的 PCL/Zif-8组织工程支架材料通过添加负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8，具有良好的生物相容性和可生物降解性，能促进细胞生长、增殖、粘附，又具备抗菌、成骨等功能；相对比其他纳米纤维膜材料，具有抗菌性能好，生物相容性好，成骨性能好以及可降解性能好等特点。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，配置静电纺丝溶剂；
步骤S2，将抗菌肽β-HBD-3和Zif-8配制成负载抗菌肽β -HBD-3的金属有机框架Zif-8；
步骤S3，将负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8和PCL 按照预设比例混合加入到静电纺丝溶剂中，并搅拌至透明，配置成纺丝母液；
步骤S4，将纺丝母液注入静电纺丝设备中进行静电纺丝得到复合膜；
步骤S5，将复合膜浸渍在壳聚糖溶液中，经自然晾干后，得到负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料。
本发明制备的负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料通过添加负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8，具有良好的生物相容性和可生物降解性，能促进细胞生长、增殖、粘附，又具备抗菌、成骨等功能；相对比其他纳米纤维膜材料，具有抗菌性能好，生物相容性好，成骨性能好以及可降解性能好等特点。
抗菌肽原指昆虫体内经诱导而产生的一类具有抗菌活性的碱性多肽物质，分子量在2000～7000左右，由20～60个氨基酸残基组成。这类活性多肽多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点。抗菌肽具有选择性免疫激活和调节功能，对败血症有良好的预防和保护作用；抗菌肽具有广谱抗菌活性，对细菌有很强的杀伤作用，对部分病毒、真菌、原虫和癌细胞等有杀灭作用，能提高免疫力、加速伤口愈合过程。通过将负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8与PCL 复合，能够有效提高支架材料的抗菌性，解决了聚己内酯材料支架容易感染细菌的问题，更有利于使用。
在一个可选实施例中，所述纺丝母液的质量浓度为5％-15％，壳聚糖溶液的浓度为5mg/ml～10mg/ml。
在一个可选实施例中，步骤S4中，静电纺丝过程以0.5-1ml/h 泵出纺丝母液，在针上施加10～20kV范围内的电压；将形成的纤维收集在距针尖5-15cm的铝箔覆盖平台上，得到复合膜。
在一个可选实施例中，步骤S2中，负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8是将不同浓度的抗菌肽β-HBD-3溶液置于Zif-8水热反应溶液进行反应，抗菌肽β-HBD-3溶液的浓度包括2μg/ml、5μ g/ml和10μg/ml。
在一个可选实施例中，所述Zif-8水热反应溶液通过第一溶液和第二溶液混合制得。
在一个可选实施例中，所述第一溶液为2-甲基咪唑溶于
NH4OH溶液，搅拌30min后制得；其中2-甲基咪唑的浓度为 1.8～1.9mol/L。
在一个可选实施例中，所述第二溶液为Zn(NO3)2溶于超纯水中，搅拌30min后制得；其中Zn(NO3)2的浓度为0.6～0.7mol /L。
在一个可选实施例中，负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架 Zif-8的制备步骤如下：
将第二溶液快速倒入第一溶液中搅拌5min，然后加入抗菌肽β -HBD-3溶液，置于反应釜中18-24h，温度为25-26℃。
另一方面，本发明还提供一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8 组织工程支架材料，所述负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料采用所述的制备方法制得。
本发明制备的负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料通过添加负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8，具有良好的生物相容性和可生物降解性，能促进细胞生长、增殖、粘附，又具备抗菌、成骨等功能；相对比其他纳米纤维膜材料，具有抗菌性能好，生物相容性好，成骨性能好以及可降解性能好等特点。
具体实施例如下：
实施例1
(1)配置第一溶液；将2-甲基咪唑溶于NH4OH溶液，搅拌 30min后制得，2-甲基咪唑的浓度为1.8mol/L。
(2)配置第二溶液：Zn(NO3)2溶于超纯水中，搅拌30min； Zn(NO3)2的浓度为0.6mol/L。
(3)配置抗菌肽β-HBD-3溶液，浓度为2μg/ml。
(4)将步骤(2)中的第二溶液快速倒入步骤(1)中的第一溶液中，搅拌5min后加入步骤(3)配置的抗菌肽β-HBD-3溶液，然后置于反应釜中18h，温度为25℃，最后得到负载得到抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8白色粉末。
(5)配置聚己内酯纺丝溶液，溶液浓度为5％。
(6)将步骤(4)中制得的Zif-8白色粉末均匀混合到步骤(5)中所配置的聚己内酯纺丝溶液，白色粉末的浓度为1％。
(7)将步骤(6)得到的纺丝溶液进行静电纺丝，其中以0.5ml/h泵出溶液，在针上施加10kV范围内的电压。将形成的纤维收集在距针尖5cm铝箔覆盖的平台上。
(8)将步骤(7)中的所制得的纤维膜置于浓度为5mg/ml的壳聚糖溶液中，晾干后，得到负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料。
实施例2
(1)配置第一溶液：2-甲基咪唑溶于NH4OH溶液，搅拌 30min，2-甲基咪唑的浓度为1.8mol/L。
(2)配置第二溶液：Zn(NO3)2溶于超纯水中，搅拌30min， Zn(NO3)2的浓度为0.6mol/L。
(3)配置抗菌肽β-HBD-3溶液，浓度为5μg/ml。
(4)将步骤(2)中的第二溶液快速倒入步骤(1)中的第一溶液中，搅拌5min后加入步骤(3)配置的抗菌肽β-HBD-3溶液，然后置于反应釜中18h，温度为25℃，最后得到负载得到抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8白色粉末。
(5)配置聚己内酯纺丝溶液，溶液浓度为10％。
(6)将步骤(4)中制得的Zif-8白色粉末均匀混合到步骤(5)中所配置的聚己内酯纺丝溶液，白色粉末的浓度为2％。
(7)将步骤(6)得到的纺丝溶液进行静电纺丝，其中以1ml/h泵出溶液，在针上施加15kV范围内的电压。将形成的纤维收集在距针尖15cm铝箔覆盖的平台上。
(8)将步骤(7)中的所制得的纤维膜置于浓度为10mg/ml的壳聚糖溶液中，晾干后，得到负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料。
实施例3
(1)配置第一溶液：2-甲基咪唑溶于NH4OH溶液，搅拌 30min，2-甲基咪唑的浓度为1.9mol/L。
(2)配置第二溶液：Zn(NO3)2溶于超纯水中，搅拌30min， Zn(NO3)2的浓度为0.7mol/L。
(3)配置抗菌肽β-HBD-3溶液，浓度为5μg/ml。
(4)将步骤(2)中的第二溶液快速倒入步骤(1)中的第一溶液中，搅拌5min后加入步骤(3)配置的抗菌肽β-HBD-3溶液，然后置于反应釜中18h，温度为25℃，最后得到负载得到抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8白色粉末。
(5)配置聚己内酯纺丝溶液，溶液浓度为15％。
(6)将步骤(4)中制得的Zif-8白色粉末均匀混合到步骤(5)中所配置的聚己内酯纺丝溶液，白色粉末的浓度为3％。
(7)将步骤(6)得到的纺丝溶液进行静电纺丝，其中以1ml/h泵出溶液，在针上施加15kV范围内的电压。将形成的纤维收集在距针尖15cm铝箔覆盖的平台上。
(8)将步骤(7)中的所制得的纤维膜置于浓度为10mg/ml的壳聚糖溶液中，晾干后，得到负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，配置静电纺丝溶剂；
步骤S2，将抗菌肽β-HBD-3和Zif-8配制成负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8；
步骤S3，将负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8和PCL按照预设比例混合加入到静电纺丝溶剂中，并搅拌至透明，配置成纺丝母液；
步骤S4，将纺丝母液注入静电纺丝设备中进行静电纺丝得到复合膜；
步骤S5，将复合膜浸渍在壳聚糖溶液中，经自然晾干后，得到负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料。
2.如权利要求1所述的一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述纺丝母液的质量浓度为5％-15％，壳聚糖溶液的浓度为5mg/ml～10mg/ml。
3.如权利要求1所述的一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，静电纺丝过程以0.5-1ml/h泵出纺丝母液，在针上施加10～20kV范围内的电压；将形成的纤维收集在距针尖5-15cm的铝箔覆盖平台上，得到复合膜。
4.如权利要求1所述的一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8是将不同浓度的抗菌肽β-HBD-3溶液置于Zif-8水热反应溶液进行反应，抗菌肽β-HBD-3溶液的浓度包括2μg/ml、5μg/ml和10μg/ml。
5.如权利要求4所述的一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述Zif-8水热反应溶液通过第一溶液和第二溶液混合制得。
6.如权利要求5所述的一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述第一溶液为2-甲基咪唑溶于NH4OH溶液，搅拌30min后制得；其中2-甲基咪唑的浓度为1.8～1.9mol/L。
7.如权利要求5所述的一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述第二溶液为Zn(NO3)2溶于超纯水中，搅拌30min后制得；其中Zn(NO3)2的浓度为0.6～0.7mol/L。
8.如权利要求5所述的一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，负载抗菌肽β-HBD-3的金属有机框架Zif-8的制备步骤如下：
将第二溶液快速倒入第一溶液中搅拌5min，然后加入抗菌肽β-HBD-3溶液，置于反应釜中18-24h，温度为25-26℃。
9.一种负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料，其特征在于，所述负载抗菌肽β-HBD-3的PCL/Zif-8组织工程支架材料采用权利要求1～8任一项所述的制备方法制得。
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