CN113337918B - 立构复合聚乳酸静电纺丝材料、制备方法及在制备硬脑膜中的用途 - Google Patents

立构复合聚乳酸静电纺丝材料、制备方法及在制备硬脑膜中的用途 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物材料领域,具体涉及立构复合聚乳酸静电纺丝材料及其制备方法和用途。本发明提供了一种立构复合聚乳酸静电纺丝材料,其特征在于:所述的静电纺丝材料是由右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸、EGCG,经高压静电纺丝法制备而成。本发明提供的立构复合聚乳酸静电纺丝材料具有更好的耐热性,能够改善聚乳酸的机械性能欠佳和热变形温度低的缺点,并且其拉伸强度和断裂伸长与人硬脑膜相接近,采用其制备立构复合聚乳酸纳米纺丝纤维膜,有希望得到与天然硬脑膜性能接近的硬脑膜人工替代物。

Description

立构复合聚乳酸静电纺丝材料、制备方法及在制备硬脑膜中的用途
技术领域
本发明属于生物材料领域,具体涉及立构复合聚乳酸静电纺丝材料及其制备方法和在制备硬脑膜中的用途。
背景技术
硬脑膜介于颅骨和脑组织之间,是一种由取向各异的胶原纤维和成纤维细胞层构成的膜性组织,是重要的脑组织防护介质1。硬脑膜的缺损会造成脑脊液漏、感染、癫痫、脑膜炎等并发症,因此硬脑膜重建是脑外科手术中的关键步骤之一。在脑外科手术中,有10~30%的患者需要进行硬脑膜修复,因为引起硬脑膜缺损的原因多样,包括肿瘤侵袭、外伤、先天畸形、炎症等。
目前关于硬脑膜替代物的研究所涉及到的材料,包括自体移植物、异体移植物以及聚合物材料等几大类。通过移植自体组织,比如通过脂肪的移植来进行硬脑膜修补,会对机体本身造成二次损伤。而使用异体移植物,比如牛心包膜、鱼鳔等材料,有致病性以及抗原性存在的风险。除此以外,聚合物来源的硬脑膜补片也是硬脑膜修补的候选替代物之一。被报道的聚合物硬脑膜替代物包括聚合物静电纺丝膜和水凝胶补片2。水凝胶硬脑膜替代物因为不具有纤维状的结构,因此不能对硬脑膜天然的生理结构进行模拟。
聚乳酸是一种常用的生物塑料,易于加工。因为其具有优良的生物相容性,能够进行生物分解和吸收,对环境友好,而被广泛运用于组织工程和伤口修复的相关研究中。聚乳酸已被批准用于医用埋植剂、手术缝合线及微球等医用制剂和器械中。以聚乳酸为基础的硬脑膜替代物已被报道能够减少组织粘连并且具有与硬脑膜组织的相容性。目前已有文献报道利用3D打印制备左旋聚乳酸(PLLA)硬脑膜补片用于硬脑膜修复3。对人硬脑膜的力学性能进行的研究表明,天然硬脑膜的极限抗拉强度为7±2MPa,断裂伸长率为116±3%4。单一左旋聚乳酸膜只能在结构上模拟硬脑膜,其拉伸强度为4.14±0.18MPa,断裂伸长率为60.5±13.2%,与人的硬脑膜相比具有较大差距,不能模拟硬脑膜的机械性能。Xu报道采用左旋聚乳酸和一型胶原为基础制备出的静电纺丝用作硬脑膜替代物,但是其制备出的电纺丝拉伸强度均未超过4MPa5。机械强度欠佳是聚乳酸的缺点之一。除此以外,聚乳酸的热变形温度低,也是影响其广泛使用的缺点之一。热变形温度低会使得聚乳酸纺丝在必要的灭菌过程或促进结晶的加热过程中产生形变,而影响其形貌特点和使用。
聚乳酸的两种对映异构体能通过特殊的CH3···O=C和CαH···O=C氢键相互作用,形成聚乳酸立构复合物。立构复合物的存在能使聚乳酸的耐热性得到改善,熔点升高约50℃,与此同时机械性能也得到提高。除此以外,Ishii等人在体内研究中还发现,相较于PLLA,立构复合聚乳酸引起的炎症反应更为温和6
现有的制备立构复合聚乳酸静电纺丝材料的方法包括熔融纺丝和高压静电纺丝。由于聚乳酸立构复合物的熔点在220℃左右,因此熔融纺丝往往需要在较高温度下进行。然而高温可能引起聚乳酸降解,尤其是分子量较低的聚乳酸。静电纺丝是制备立构复合聚乳酸静电纺丝材料的重要手段。静电纺丝可以在室温下进行,完成后采用热处理即可形成立构复合聚乳酸静电纺丝。高压静电纺丝是在高压电场下拉伸聚合物熔体或溶液而制备出的静电纺丝纤维。静电纺丝被认为能够模拟细胞外基质的结构而支持细胞的黏附和增殖,因此被广泛应用于组织工程相关的研究领域。静电纺丝的纳米纤维结构与硬脑膜的结构相似,因此,静电纺丝膜已被报道用作具有生物模拟作用的硬脑膜替代物。并且在静电纺丝的过程中,聚乳酸分子量会在电场的作用下发生取向,使得立构复合物更易形成7
聚乳酸植入物可能引起组织的炎症反应,这也是聚乳酸应用中面临的问题之一。EGCG(表没食子儿茶素没食子酸酯)是一种天然的茶多酚类物质,主要存在于绿茶中,具有抗氧化性和抗炎作用,有报道应用于神经退行性疾病相关的研究中。目前还没有在在静电纺丝中加入EGCG并用于制备硬脑膜人工替代物的报道。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提供了一种立构复合聚乳酸静电纺丝材料。
本发明提供的立构复合聚乳酸静电纺丝材料,是由右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸、EGCG,经高压静电纺丝法制备而成。
进一步的,上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料是由包括以下步骤的方法制备得到的:
a、将干燥后的羟基磷灰石分散于DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中,以二月桂二丁基锡为催化剂,先与异氰酸酯类化合物、二醇在氮气保护下50~60℃反应8~12小时后,用二氯甲烷离心洗涤,然后在室温下真空干燥30~50小时;
b、将干燥后的二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石分散于甲苯中,与右旋丙交酯于氮气保护下在120~180℃反应8~16小时后,石油醚沉淀出产物;
c、将干燥后的产物用二氯甲烷在45℃进行索氏提取4~6小时,得到含有右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰的羟基磷灰石的混合物;
d、将右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸、EGCG加入混合溶剂中,配制成上述三种物料总质量浓度为5~12%的混合物;
e、将步骤d的混合物装入配有内径为0.5~1.2mm针头注射器的静电纺丝设备中,在电压15~20kV、温度23~35℃、湿度40%~65%的条件下,以流量0.9~4.5ml/h的速度注射成静电纺丝,静电纺丝在接收器接收4小时后形成静电纺丝膜;
f、将所得静电纺丝膜在室温下真空干燥,以除去有机溶剂,然后在60~120℃热处理1小时,得到立构复合聚乳酸静电纺丝材料。
上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,所述制备方法步骤a中的二月桂二丁基锡的用量为羟基磷灰石质量的3‰;每1g羟基磷灰石与1.2~4.8mmol异氰酸酯类化合物反应;所述异氰酸酯类化合物与二醇的摩尔比为1:0.4~2.1。
上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,所述制备方法步骤a中的的异氰酸酯类化合物为HMDI(4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯)、IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)或HDI(六亚甲基二异氰酸酯)中的任意一种。
上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,所述制备方法步骤a中的的二醇为乙二醇或1,4-丁二醇。
上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,所述制备方法步骤b中的二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石、右旋丙交酯的质量比为1︰5~20。
上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,所述制备方法步骤d中的左旋聚乳酸的重均分子量为2.1×105g/mol。
上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,所述中的右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸的质量比为20~60︰50~80。优选的,所述右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸的质量比为35~55:45~65。
上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,所述EGCG的用量为右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸总质量的0~15%。优选的,所述EGCG的用量为右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸总质量的8~15%。
上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,所述步骤d中述的混合溶剂是由二氯甲烷、六氟异丙醇和乙酸乙酯按体积比1~2︰5~7︰0.8~2组成。优选的,二氯甲烷、六氟异丙醇和乙酸乙酯的体积比为1︰5︰0.8。
上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,所述步骤e所述的静电纺丝用转速为100~350转/分的接收器收集,注射器针尖距接收器的距离为9~25cm。优选的,所述接收器转速为150~250转/分;针尖与接收器的距离优选为10~15cm。
作为本发明的优选方案,上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,其所述制备方法的步骤e中所述静电纺丝设备注射器的针头内径为0.8~1.2mm。
作为本发明的优选方案,上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,其所述制备方法的步骤e中所述的温度为25~35℃。所述的湿度为40~50%;所述的电压为18~19kV;所述的流量为1~2ml/h。
作为本发明的优选方案,上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料中,其所述制备方法的步骤f中所述的热处理温度为80℃。
本发明还提供了上述立构复合聚乳酸静电纺丝材料在制备硬脑膜替代物中的应用。同时也提供了上述的立构复合聚乳酸静电纺丝材料作为主要材料制备的硬脑膜人工替代物。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
1、本发明提供的立构复合聚乳酸静电纺丝材料以具有生物可降解性和生物相容性的聚乳酸为基底,在静电纺丝的过程中聚乳酸分子链在电场作用下取向,因此能够在热处理后形成含有聚乳酸立构复合物的纳米纺丝材料,与用左旋聚乳酸制备成的纳米纺丝相比,具有更好的耐热性,在热处理后其形貌不会发生明显改变。
2、本发明提供的立构复合聚乳酸静电纺丝材料,与初纺静电纺丝和由左旋聚乳酸制备的静电纺丝相比,能够改善聚乳酸的机械性能欠佳和热变形温度低的缺点,并且其拉伸强度和断裂伸长与人硬脑膜相接近,且实验证明支持细胞黏附,生物相容性更佳。而加入EGCG的立构复合聚乳酸静电纺丝材料,则表现出了更佳的抗菌和抗氧化能力,也具有更好的抗炎能力,在脑膜缺损模型中表现出更好的效果。说明采用本发明立构复合聚乳酸静电纺丝材料制备立构复合聚乳酸纳米纺丝纤维膜,有希望得到与天然硬脑膜性能接近的硬脑膜人工替代物。
附图说明
图1本发明实施例1制备的未经热处理过的初纺复合纺丝的扫描电镜照片,从该照片中可见初纺复合纺丝直径分布均匀。
图2本发明实施例1中所用羟基磷灰石的透射电镜照片。可见其呈纺锤形,长约100nm,宽20~40nm。
图3本发明实施例1制备的未经热处理的初纺静电纺丝的透射电镜照片,可见羟基磷灰石分布。
图4本发明实施例1制备的经热处理后的立构复合聚乳酸静电纺丝材料的扫描电镜照片,从该照片中可见,热处理后的纳米纤维仍维持其均匀的直径,未出现变形弯曲等现象。
图5本发明实施例2制备的初纺和热处理后纺丝的X光衍射曲线。A为初纺静电纺丝,B为80℃热处理1小时后的立构复合聚乳酸静电纺丝。
图6本发明实施例2制备的80℃热处理后PLA静电纺丝(图A)和立构复合聚乳酸静电纺丝(图B)的DSC图像。图中“Endo”表示吸热。
图7具有代表性的初纺(B、D)及热处理后(A、C、E)的静电纺丝材料的拉伸曲线:A和B分别为本发明实施例2制备得到的立构复合聚乳酸静电纺丝材料和初纺静电纺丝材料;C和D分别为本发明实施例3制备得到的EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料和初纺EGCG静电纺丝材料;E为本发明实施例2制备得到的热处理后的PLA静电纺丝材料。
图8L929细胞活力图:A为培养于玻璃爬片上的L929细胞设置为对照组,B为热处理后的PLA静电纺丝材料,C为实施例2制备的立构复合聚乳酸静电纺丝材料,D为实施例3制备的EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料。
图9立构复合聚乳酸静电纺丝材料(A)和热处理后的PLA静电纺丝材料(B)培养L929细胞3天后的扫描电镜图像。标尺为10μm。
图10本发明所提供的静电纺丝材料作为硬脑膜替代物植入新西兰大白兔硬脑膜缺损部位的手术过程示意图。
图11EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料的最小抑菌浓度。+表示能观察到菌落生长,-表示不能观察到菌落生长。空白为不添加材料浸出液组,浸出液A为立构复合聚乳酸静电纺丝材料浸出液组,浸出液B为EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料浸出液组。
具体实施方式
本发明上述技术方案中提供的立构复合聚乳酸静电纺丝材料。其具体可由包括以下步骤的的制备方法制得:
a、将干燥后的羟基磷灰石分散于DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中,以二月桂二丁基锡为催化剂,先与异氰酸酯类化合物、二醇在氮气保护下50~60℃下反应8~12小时后,用二氯甲烷离心洗涤,然后在室温下真空干燥30~50小时;所述二月桂二丁基锡用量为羟基磷灰石质量的3‰,每1克羟基磷灰石与1.2~4.8mmol异氰酸酯类化合物反应,异氰酸酯类化合物与二醇的摩尔比为1:0.4~2.1;所述的异氰酸酯类化合物为HMDI、IPDI或HDI中的任意一种;所述的二醇为乙二醇或1,4-丁二醇;
b、将干燥后的二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石分散于甲苯中,与右旋丙交酯于氮气保护下在120~180℃反应8~16小时后,石油醚沉淀出产物;所述二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石、右旋丙交酯的质量比为1︰5~20;
c、将干燥后的产物用二氯甲烷在45℃进行索氏提取4~6小时,得到含有右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰的羟基磷灰石的混合物;
d、将右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸、EGCG加入混合溶剂中,配制成上述三种物料总质量浓度为5~12%的混合物;所述左旋聚乳酸的重均分子量为2.1×105g/mol;所述右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸的质量比为20~60︰50~80;优选的质量比为35~55:45~65;所述EGCG的用量为右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸总质量的0~15%;优选的,EGCG的用量为右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸总质量的8~15%;所述的混合溶剂是由二氯甲烷、六氟异丙醇和乙酸乙酯按体积比1~2︰5~7︰0.8~2组成;优选的,二氯甲烷和六氟异丙醇的体积比为1︰5︰0.8;
e、将步骤d的混合物装入配有内径为0.5~1.2mm针头注射器的静电纺丝设备中,在电压15~20kV、温度23~35℃、湿度40%~65%的条件下,以流量0.9~4.5ml/h的速度注射成静电纺丝;所述的静电纺丝用转速为100~350转/分的接收器收集,注射器针尖距接收器的距离为9~25cm;静电纺丝在接收器接收4小时后形成静电纺丝膜;优选的,所述接收器转速为150~250转/分,针尖与接收器的距离优选为10~15cm;优选的,所述静电纺丝设备注射器的针头内径为0.8~1.2mm;所述的湿度为40~50%;优选的,所述的电压为18~19kV;所述的流量为1~2ml/h;
f、将所得静电纺丝在室温下真空干燥,以除去有机溶剂,然后在60~120℃热处理1小时,得到立构复合聚乳酸静电纺丝材料;优选的,所述的热处理温度为80℃。
本发明实施例中使用的PLA(聚乳酸)的重均分子量为2.1×105g/mol,PDI为1.7,左旋异构体光学纯度为98%,采购自Nature works公司。10%胎牛血清采购自美国Gimini公司。1%青链霉素采购自索莱宝生物科技有限公司。DMEM培养基采购自美国Gibico公司。L929细胞采购自美国ATCC(美国模式培养物集存库)。新西兰大白兔采购自四川大学实验动物中心。静电纺丝设备为北京富友马科技有限责任公司生产的FM-1206静电纺丝机。金黄色葡萄球菌(ATCC 25923)和大肠杆菌(ATCC 25922)采购自美国ATCC(美国模式培养物集存库)。
实施例1
取1克干燥后的羟基磷灰石分散于10毫升DMF中,加入4.8mmol HDI、3.3mmol乙二醇和3mg催化剂在氮气环境中反应12小时。用二氯甲烷离心洗涤产物后在在室温下真空干燥48小时,得到二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石。取1g干燥后的二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石分散于甲苯中,与20g右旋丙交酯在150℃下反应12小时,石油醚沉淀产物。将沉淀产物在室温下真空干燥48小时后,用二氯甲烷在45℃进行索氏提取4小时,得到用于静电纺丝的由右旋聚乳酸与右旋聚乳酸修饰的羟基磷灰石的混合物。将按质量比为40︰60真空干燥后的混合物和重均分子量为2.1×105g/mol,PDI为1.7,左旋异构体光学纯度为98%的PLA混合,然后加入二氯甲烷︰六氟异丙醇:乙酸乙酯为1︰5:1的混合溶剂中,配制成浓度上述混合物和PLA总质量浓度为12%的混合溶液;将配制的混合溶液置于与内径为0.8mm针头相连的静电纺丝装置中,在温度30℃、湿度50%、电压18kV下,以流量1.1ml/h注射成静电纺丝,用转速为150转/分的接收器收集静电纺丝,针尖距离接收器15cm;静电纺丝在接收器接收4小时后形成静电纺丝膜,将所得静电纺丝膜放入真空干燥箱中在室温下干燥后,用扫描电镜观察可见其中的纺丝直径均匀,外表光滑(见图1)。用透射电镜观察羟基磷灰石,如图2,可见羟基磷灰石呈纺锤形,长约100nm,宽20~40nm。用透射电镜观察用上述方法制备的静电纺丝,可见其中分散的羟基磷灰石(图3)。将干燥后的静电纺丝膜在80℃下处理1小时后得到立构复合聚乳酸静电纺丝材料,用扫描电镜观察,可见热处理后的静电纺丝的形貌与热处理前相比,没有明显变化,直径依然较为均匀,并且没有因加热而发生明显形变(见图4)。
实施例2
取1克干燥后的羟基磷灰石分散于10毫升DMF中,加入2.4mmol IPDI和3mg催化剂,在氮气保护下50℃反应8小时,再加入2.4mmol 1,4-丁二醇,在氮气环境中60℃反应12小时。用二氯甲烷离心洗涤产物后在在室温下真空干燥48小时,得到二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石。取1g干燥后的二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石分散于甲苯中,与10g右旋丙交酯在150℃下反应12小时,石油醚沉淀产物。将沉淀产物在室温下真空干燥48小时后,用二氯甲烷在45℃进行索氏提取4小时,得到用于静电纺丝的由右旋聚乳酸与右旋聚乳酸修饰的羟基磷灰石的混合物(混合物)。将按质量比为50:50的混合物和重均分子量为2.1×105g/mol,PDI为1.7,左旋异构体光学纯度为98%的PLA混合,然后加入二氯甲烷:六氟异丙醇为1:5的混合溶剂中配制为上述混合物和PLA总质量浓度为10%的混合溶液;将配制的混合溶液置于内径为0.6mm针头相连的静电纺丝装置中,在温度32℃、湿度56%、电压15kV下,以流量0.9ml/h注射成静电纺丝,用转速为100转/分的接收器收集,针尖距接收器10cm;静电纺丝在接收器接收4小时后形成静电纺丝膜,将所得静电纺丝膜放入真空干燥箱中在室温下干燥。干燥后的静电纺丝膜标记为初纺静电纺丝材料。将初纺静电纺丝材料在80℃下加热1小时后,取初纺静电纺丝材料和热处理后的静电纺丝材料进行XRD分析,角度范围为5到60°(如图5)。可见初纺静电纺丝材料(图5A)在5-30°的范围内仅有无定形区域,而热处理后的静电纺丝材料出现了聚乳酸立构复合晶位于11.8°、20.6°和23.8°的衍射峰,证明热处理后得到了立构复合聚乳酸静电纺丝材料(图5B)。
为进行对比,取2.1×105g/mol,PDI为1.7,左旋异构体光学纯度为98%的PLA,加入二氯甲烷:六氟异丙醇:乙酸乙酯为1:5:0.8的混合溶剂中配制为PLA质量浓度为10%的溶液,按上述相同静电纺丝条件制备PLA静电纺丝材料,采用相同的热处理条件,得到热处理后的PLA静电纺丝材料。取热处理后得到的立构复合聚乳酸静电纺丝材料和热处理后的PLA静电纺丝材料进行DSC分析,温度范围为30~245℃,升温速率为10℃/min,DSC曲线见图6。可见立构复合聚乳酸静电纺丝材料(图6B)的熔点约为221℃,相较于热处理后的PLA纺丝材料(图6A)提高了约55℃。
将初纺静电纺丝和立构复合聚乳酸静电纺丝材料裁剪为尺寸为6.5×1cm的样条,在10mm/min的拉伸速率下拉伸至断裂,典型的拉伸曲线见图7。图7中,A和B分别为本发明实施例2制备得到的立构复合聚乳酸静电纺丝材料和初纺静电纺丝材料;C和D分别为本发明实施例3制备得到的EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料和初纺EGCG静电纺丝材料;E为本发明实施例2制备得到的热处理后的PLA静电纺丝材料。可见立构复合聚乳酸静电纺丝材料(图7A)的拉伸强度相较于初纺静电纺丝材料(图7B)得到了提高,并且本发明所提供的立构复合聚乳酸静电纺丝材料断裂伸长率在125%左右,相较于热处理后的PLA静电纺丝材料具有改善的拉伸强度(图7E)。热处理后的立构复合聚乳酸静电纺丝材料最大拉伸强度在6MPa以上。
将热处理后得到的立构复合聚乳酸静电纺丝材料和热处理后的PLA静电纺丝材料经环氧乙烷灭菌后,铺于24孔板底部,然后将L929细胞培养于静电纺丝材料上,培养3天后将静电纺丝材料取出,固定、脱水后用扫描电镜观察细胞黏附情况。如图9所示,能观察到立构复合聚乳酸静电纺丝材料(图9A)和热处理后的PLA静电纺丝材料(图9B)上的L929细胞的细胞伪足,表明立构复合聚乳酸静电纺丝材料和热处理后的PLA静电纺丝材料均支持细胞黏附。
实施例3
取1克干燥后的羟基磷灰石分散于10毫升DMF中,加入2.4mmol IPDI和3mg催化剂,在氮气保护下50℃反应8小时,再加入2.4mmol 1,4-丁二醇,在氮气环境中60℃反应12小时。用二氯甲烷离心洗涤产物后在在室温下真空干燥48小时,得到二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石。取1g干燥后的二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石分散于甲苯中,与10g右旋丙交酯在150℃下反应12小时,石油醚沉淀产物。将沉淀产物在室温下真空干燥48小时后,用二氯甲烷在45℃进行索氏提取4小时,得到用于静电纺丝的由右旋聚乳酸与右旋聚乳酸修饰的羟基磷灰石的混合物。将按质量比为50︰50的混合物和重均分子量为2.1×105g/mol,PDI为1.7,左旋异构体光学纯度为98%的PLA,以及以前两种物料总质量计10%的EGCG混合,然后加入二氯甲烷:六氟异丙醇:乙酸乙酯为1︰5:0.8的混合溶剂中配制为上述混合物、PLA和EGCG总质量浓度为10%的混合溶液;将配制的混合溶液置于内径为0.6mm针头相连的静电纺丝装置中,在温度32℃、湿度56%、电压15kV下,以流量0.9ml/h注射成静电纺丝,用转速为100转/分的接收器收集,针尖距接收器10cm;静电纺丝在接收器接收4小时后形成静电纺丝膜,将所得静电纺丝膜放入真空干燥箱中在室温下干燥。干燥后的静电纺丝标记为初纺EGCG静电纺丝材料。取干燥后的初纺EGCG静电纺丝材料在80℃加热后得到EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料。
将初纺EGCG静电纺丝材料和EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料裁剪为尺寸为6.5×1cm的样条,在10mm/min的拉伸速率下拉伸至断裂,典型的拉伸曲线见图7。可见EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料(图7C)拉伸强度相较于初纺EGCG静电纺丝材料(图7D)得到了提高,相较于立构复合聚乳酸静电纺丝材料(图7A)略有下降,但是仍强于热处理后的PLA静电纺丝材料(图7E)。
实施例4
取1克干燥后的羟基磷灰石分散于10毫升DMF中,加入2.4mmol HDI和3mg催化剂,在氮气保护下50℃反应8小时,再加入1.7mmol乙二醇,在氮气环境中60℃反应12小时。用二氯甲烷离心洗涤产物后在在室温下真空干燥48小时,得到二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石。取1g干燥后的二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石分散于甲苯中,与5g右旋丙交酯在150℃下反应12小时,石油醚沉淀产物。将沉淀产物在室温下真空干燥48小时后,用二氯甲烷在45℃进行索氏提取4小时,得到用于静电纺丝的由右旋聚乳酸与右旋聚乳酸修饰的羟基磷灰石的混合物。将按质量比为35︰65的混合物和重均分子量为2.1×105g/mol,PDI为1.7,左旋异构体光学纯度为98%的PLA,以及以前两种物料总质量计12%的EGCG混合,然后加入二氯甲烷:六氟异丙醇:乙酸乙酯为2︰7:2的混合溶剂中配制为上述混合物、PLA和EGCG总质量浓度为12%的混合溶液;将配制的混合溶液置于内径为0.7mm针头相连的静电纺丝装置中,在温度23℃、湿度40%、电压20kV下,以流量3.5ml/h注射成静电纺丝,用转速为350转/分的接收器收集,针尖距接收器10cm;静电纺丝在接收器接收4小时后形成静电纺丝膜,将所得静电纺丝膜放入真空干燥箱中在室温下干燥后得到初纺EGCG静电纺丝材料。取干燥后的初纺EGCG静电纺丝材料在80℃加热后得到EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料。将EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料浸没在营养肉汤(NB)培养基中(20mg/ml),24小时后取浸出液稀释成梯度浓度,用于培养大肠杆菌和金黄色葡萄球菌,以研究浸出液的抑菌作用。没100微升浸出液与100微升菌液混合,对照组用空白NB培养基与菌液混合。取100微升混合后的菌液涂于营养琼脂糖培养基,于37摄氏培养24小时后,观察菌落生长情况,以无菌生长出的浸出液浓度为所测菌株的最小抑菌浓度(MIC)。结果如图11所示,与空白对照相比,EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料能够抑制细菌生长,大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的MIC分别为8mg/ml和1mg/ml。
采用1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除率来考察人工硬脑膜的抗氧化活性,EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料在质量浓度达到3mg/ml以上时,纺丝膜的浸出液即可清除90%的DPPH自由基,而未添加EGCG的立构复合聚乳酸静电纺丝材料只有10%左右的DPPH自由基被清除,说明茶多酚赋予了EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料较强的抗氧化能力。
实施例5
取1克干燥后的羟基磷灰石分散于10毫升DMF中,加入5.0mmol HMDI和3mg催化剂,在氮气保护下50℃反应8小时,再加入4.0mmol乙二醇,在氮气环境中60℃反应12小时。用二氯甲烷离心洗涤产物后在在室温下真空干燥48小时,得到二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石。取1g干燥后的二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石分散于甲苯中,与20g右旋丙交酯在150℃下反应12小时,石油醚沉淀产物。将沉淀产物在室温下真空干燥48小时后,用二氯甲烷在45℃进行索氏提取4小时,得到用于静电纺丝的由右旋聚乳酸与右旋聚乳酸修饰的羟基磷灰石的混合物。将按质量比为55︰45的混合物和重均分子量为2.1×105g/mol,PDI为1.7,左旋异构体光学纯度为98%的PLA混合,然后加入二氯甲烷:六氟异丙醇为1︰5的混合溶剂中配制为浓度为9%的混合溶液;将配制的混合溶液置于内径为0.5mm针头相连的静电纺丝装置中,在温度30℃、湿度65%、电压17kV下,以流量2ml/h注射成静电纺丝,用转速为180转/分的接收器收集,针尖距接收器18cm;静电纺丝在接收器接收4小时后形成静电纺丝膜,将所得静电纺丝放入真空干燥箱中在室温下干燥。
实施例6
将实施例2制备的热处理后的PLA静电纺丝材料、立构复合聚乳酸静电纺丝材料和实施例3制备的EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料,经环氧乙烷灭菌后,分别浸泡于含有10%胎牛血清和1%青链霉素的DMEM培养基中,取浸提液培养L929细胞后,采用MTT分析细胞活力以验证所得静电纺丝材料的体外安全性。培养于玻璃爬片上的L929细胞设置为对照组。
如图8,可见实验组的细胞活力均不小于100%,证明所得热处理后的PLA静电纺丝材料、立构复合聚乳酸静电纺丝材料、EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料均无细胞毒性。
实施例7
将实施例2制备的热处理后的PLA静电纺丝材料、立构复合聚乳酸静电纺丝材料和实施例3制备的EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料分别植入新西兰大白兔硬脑膜缺损部位。上述静电纺丝材料均为80℃热处理1小时后得到的静电纺丝材料,植入前用环氧乙烷进行灭菌处理。手术过程如图10所示,先使硬脑膜缺损,此时硬脑膜缺损部位脑组织暴露(如图10A),再将灭菌后的静电纺丝植入硬脑膜缺损部位(如图10B)。植入的静电纺丝材料所覆盖区域超出硬脑膜缺损区域周围约2mm。其中热处理后的PLA静电纺丝材料组作为对照组,每组3只白兔,术后两周内每日对手术部位进行观察,对照组有2只白兔手术后2天内见少量体液渗出,立构复合聚乳酸静电纺丝材料组和EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料组均未见脑脊液漏出,均未出现死亡。取静电纺丝材料覆盖部位脑组织进行苏木精和曙红染色,发现EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料组的炎症细胞浸润相较于其他组更少,说明EGCG立构复合聚乳酸静电纺丝材料具有一定抗炎作用。
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Claims (8)

1.立构复合聚乳酸静电纺丝材料,其特征在于:所述的静电纺丝材料是由右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸、表没食子儿茶素没食子酸酯,经高压静电纺丝法制备而成;所述制备的方法包括以下步骤:
a、将干燥后的羟基磷灰石分散于N,N-二甲基甲酰胺中,以二月桂二丁基锡为催化剂,先与异氰酸酯类化合物、二醇在氮气保护下反应,温度为50~60℃反应时间为8~12小时,用二氯甲烷离心洗涤,然后在室温下真空干燥30~50小时;所述二月桂二丁基锡的用量为羟基磷灰石质量的3‰;每1g羟基磷灰石与1.2~4.8mmol异氰酸酯类化合物反应;所述异氰酸酯类化合物与二醇的摩尔比为1:0.4~2.1;
所述的异氰酸酯类化合物为4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯中的任意一种;所述的二醇为乙二醇或1,4-丁二醇;b、将干燥后的二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石分散于甲苯中,与右旋丙交酯于氮气保护下在120~180℃反应8~16小时后,石油醚沉淀出产物;所述二异氰酸酯和醇修饰的羟基磷灰石、右旋丙交酯的质量比为1︰5~20;
c、将干燥后的产物用二氯甲烷在45℃进行索氏提取4~6小时,得到含有右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰的羟基磷灰石的混合物;
d、将右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸、表没食子儿茶素没食子酸酯加入混合溶剂中,配制成上述三种物料总质量浓度为5~12%的混合物;
e、将步骤d的混合物装入配有内径为0.5~1.2mm针头注射器的静电纺丝设备中,在电压15~20KV、温度23~35℃、湿度40%~65%的条件下,以流量0.9~4.5mL/h的速度注射成静电纺丝,静电纺丝在接收器接收后形成静电纺丝膜;
f、将所得静电纺丝膜在室温下真空干燥,以除去有机溶剂,然后在60~120℃热处理1小时,得到立构复合聚乳酸静电纺丝材料。
2.根据权利要求1所述的立构复合聚乳酸静电纺丝材料,其特征在于:所述右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸的质量比为20~60︰50~80。
3.根据权利要求2所述的立构复合聚乳酸静电纺丝材料,其特征在于:所述右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸的质量比为35~55:45~65。
4.根据权利要求1所述的立构复合聚乳酸静电纺丝材料,其特征在于:所述表没食子儿茶素没食子酸酯的用量为右旋聚乳酸和右旋聚乳酸修饰羟基磷灰石的混合物、左旋聚乳酸总质量的0~15%。
5.根据权利要求1所述的立构复合聚乳酸静电纺丝材料,其特征在于:步骤d所述的混合溶剂是由二氯甲烷、六氟异丙醇和乙酸乙酯按体积比1~2︰5~7︰0.8~2组成。
6.根据权利要求5所述的立构复合聚乳酸静电纺丝材料,其特征在于:二氯甲烷、六氟异丙醇和乙酸乙酯的体积比为1︰5︰0.8。
7.权利要求1~6任一项所述的立构复合聚乳酸静电纺丝材料在制备硬脑膜替代物中的应用。
8.权利要求1~6任一项所述的立构复合聚乳酸静电纺丝材料作为主要材料制备的硬脑膜替代物。
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