CN117758415A - 一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用，所述梯度降解复合纤维由芯纤维和外层纤维通过纺织工艺制成；其中，芯纤维为不可降解或降解速率低于外层纤维的纤维材料，芯纤维的材料选自：镍钛合金、镁铝合金、聚乳酸、PPDO、PCL、蛋白纤维中的一种，为长丝或短纤维；外层纤维为可降解或降解速率高于芯纤维的纤维材料，外层纤维的材料选自：蛋白纤维、生物质纤维、DNA纤维中的一种，为长丝或短纤维；其中，利用芯纤维和外层纤维降解速率的不同，得到一种可梯度降解的复合纤维。本发明通过纺织技术将再生蛋白纤维加工成适用于不同降解周期的复合纤维，从而赋予纤维为基材的医疗器械以一定的梯度降解性，以满足自身组织重建与再生修复需求。

Description

一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用

技术领域

本发明涉及复合纤维制备技术领域，具体涉及一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用。

背景技术

生物材料在疾病治疗和医疗保健中发挥了重要作用，以纤维为基材构建的生物材料在临床上已经有着广泛的应用，如镍钛合金丝通过编织成型的方式制备得到的血管支架、聚丙烯纤维通过经编成型的方法制备得到疝气补片和尼龙纤维通过编织成型的方式获得的手术缝合线等，但是目前所用的医疗器械均是不可降解的，此类惰性器械普遍存在长期相容性差和需要二次手术的问题。因此，目前大量研究聚焦在可降解生物材料上，在多个领域中均有显著成果，如聚乳酸缝合线、丝素肌腱补片和镁合金血管支架等。但其中多数研究仍面临降解速率不可控这一重要问题，即使是同一种材料，使用不同结构所得的支架在不同组织环境下的降解速率仍是不同的。在某些情况下材料降解速率过快时，术后会出现症状复发及其他相关并发症，需要行再干预手术，严重甚至会导致死亡；而在降解速率过慢时，体内可能会产生慢性炎症反应，破坏机体组织自我修复，这些都是亟待解决的问题。所以，针对现有研究瓶颈和应用需求，有必要研发一种梯度降解复合纤维以解决上述问题。

发明内容

本发明目的是提供一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用，从而解决现有技术中的生物材料无法梯度降解或降解速率不可控从而导致术后并发症的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种梯度降解复合纤维，由芯纤维和外层纤维通过纺织工艺制成；其中，所述芯纤维为不可降解或降解速率低于外层纤维的纤维材料，所述芯纤维的材料选自：镍钛合金、镁铝合金、聚乳酸、PPDO(聚对二氧环己酮)、PCL(聚己内酯)、蛋白纤维中的一种，为长丝或短纤维；所述外层纤维为可降解或降解速率高于芯纤维的纤维材料，所述外层纤维的材料选自：蛋白纤维、生物质纤维、DNA纤维中的一种，为长丝或短纤维；其中，利用所述芯纤维和所述外层纤维降解速率的不同，得到一种可梯度降解的复合纤维。

所述蛋白纤维包括：BSA纤维、类弹性蛋白纤维、节肢弹性蛋白纤维以及蛛丝蛋白纤维等，所述生物质纤维包括：海藻酸钠、壳聚糖、纳米纤维素等。

所述芯纤维和外层纤维可选为单丝或复丝。

优选地，所述外层纤维通过湿法纺丝工艺制成，在制备成型时或成型后复合加载药物，所述药物包括：阿司匹林、对乙酰氨基酚、吲哚美辛、萘普生、萘普酮、双氯芬酸、布洛芬、尼美舒利、罗非昔布、氯吡格雷、替格瑞洛、肝素、华法林、达比加群以及利伐沙班的其中一种或多种。如实施例中举例说明，理想药物的加载可以通过在蛋白溶液纺丝成型得到单一纤维的时候进行掺入，获得加载有理想药物的纤维，此时的纤维药物释放速率较慢、周期较长，也可以是通过纤维成型后的后期浸泡进行表面的药物吸附达到一种快速释放药物的效果，还可以是通过前述两种方式的结合从而获得先表面吸附药物突释，后内部结合药物缓释的效果，以适应不同应用。

根据本发明的第二方面，提供一种所述梯度降解复合纤维的制备方法，所述制备方法为以下方法中的任意一种：A)在纺纱装置上加装包芯纱装置，将外层纤维通过清梳、并条工艺后的须条依次通过中罗拉和前罗拉，同时将芯纤维通过送纱罗拉积极喂入，进入前罗拉与中罗拉中间，与牵伸后的外层纤维须条重合，共同进入前罗拉，输出时由于加捻而形成芯纤维在内层、外层纤维包裹的梯度降解复合纤维；或B)在捻线机上，通过空心锭子的回转使得锭子上的外层纤维引出并加捻缠绕在经预牵伸辊送出的芯纤维上，通过卷绕点形成芯纤维在内层、外层纤维包裹的梯度降解复合纤维；或，C)在编织机上，将芯纤维置于编织机中央，外层纤维通过分卷在合适的锭子上，外层纤维进行编织成型的同时芯纤维稳定放卷输送，收卷得到芯纤维在内层、外层纤维编织合股包裹的梯度降解复合纤维。

优选地，所述纺纱装置包括：环锭纺、转杯纺、摩擦纺、喷气纺以及涡流纺。

优选地，所述芯纤维为一根或多根；所述外层纤维为一根或多根。

在本发明中，根据复合纤维制备方式及应用不同，所述外层纤维也不同。当采用包芯纱方式制备复合纤维时，所述外层纤维优选为降解速率较快的短纤维，当采用包覆纱和编织合股方式制备复合纤维时，所述外层纤维优选为高分子与蛋白长丝(包含单丝和复丝)。其原因在于，高分子与蛋白长丝不像切断的短纤维那样彼此杂乱无章，需要通过纺纱工艺的包芯纱制备方式将众多短纤维紧密交叉结合形成纱线，高分子与蛋白长丝本身具有较好的力学性能，更适用于直接包覆或编织，因此无需再切断形成短纤维后再进行纺纱结合。

根据本发明的第三方面，提供一种梯度降解复合纤维在制备手术缝合线、生物补片和血管支架中的应用。

所述应用包括将所述梯度降解复合纤维用于缝合破损的组织，所述组织包括动物的小肠、肝、膀胱、皮肤、脾脏、肌肉等。

所述应用包括将所述梯度降解复合纤维用于破损组织的修复，包括腹壁股沟、烧伤整形、乳房重建和肌腱-骨愈合等。

截止到目前为止，梯度降解纤维多是通过同轴皮芯纺丝的方式制备得到内层与外层不同材料的纤维，内外层具有不同的降解速率(比如，中国发明专利“一种助力健康睡眠枕芯纤维及其制备方法”)，即是通过纺丝的方法得到梯度降解纤维，或是通过纺织领域的加工方法得到具有一定可生物降解性能的纱线(比如，中国发明专利“一种生物可降解聚酯纤维作芯线的雪尼尔纱的制备方法”)。

本发明的关键发明点在于，在本课题组前期关于具有不同降解速率的再生蛋白纤维的研究基础上，进一步通过纺织技术将再生蛋白纤维加工成适用于不同降解周期的复合纤维。其中，降解周期根据使用领域的不同而存在差异，例如应用于人工血管时，为匹配体内不同部位的血管组织再生周期，生物材料应具有长期的梯度缓慢降解匹配原位组织再生的速率，血管内皮化周期约一至三个月，组织再生周期约一年以上，此时外层纤维需要再内皮化后进行缓慢降解，即降解速率在一至三个月左右，芯纤维则更慢；而如果应用于手术缝合线时，在周期较短的皮肤破损外科手术中，降解周期需求较短，仅2～4周，在周期较长的血管缝合手术中，降解周期需求较长，保持强度至少需长达半年以上。

根据本发明，首先，通过纺织方法制备这样一种梯度降解复合纤维拓宽了再生蛋白纤维的应用方式，再生蛋白纤维可以是长丝也可以是短纤维；其次，纺织的方式十分方便简单，工艺成本更低，且更容易控制，相比于仅通过纺丝得到的皮芯结构具有更多种不同形式结构，可以是包缠，可以是编织，可以是包芯，三种方式得到的纤维表面结构不同，粗糙度不同，外截面不同，例如在不同部位进行手术缝合时，可以选择具有不同外截面的复合纤维进行手术；最后，通过纺织技术可以制备得到不同纺织结构的复合纤维，通过调控芯纤维和外层纤维的种类，或者不同工艺(温度、湿度、化学交联等)调节其纤维内部结构可以获得不同降解速率的纤维，可适用于不同应用领域。

根据本发明提供的一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用，相对于现有技术的有益效果如下：

1)利用不同降解速率的纤维进行复合得到一种可梯度降解的复合纤维，提高了纤维材料在体内的适用性，可以通过材料组成及结构设计更匹配组织再生修复的速率。

2)赋予了不可降解或降解缓慢的材料适应组织及加载药物的可行性。

3)通过复合纤维的成型与编织，处理后的纤维可以用于多种领域，拓展了复合纤维的应用范围。

综上所述，根据本发明提供的一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用，重点针对具有不同降解速率的再生蛋白纤维，通过纺织技术将再生蛋白纤维加工成适用于不同降解周期的复合纤维，从而赋予纤维为基材的医疗器械以一定的梯度降解性，以满足自身组织重建与再生修复需求。

附图说明

图1为本发明中包芯纱方式获得梯度降解复合纤维的工艺示意图；

图2为本发明中包覆纱方式获得梯度降解复合纤维的纤维结构示意图；

图3为本发明中编织合股方式获得梯度降解复合纤维的结构示意图；

其中，附图标记的含义如下：

1-芯纤维、2-外层纤维、3-后罗拉、4-中罗拉、5-前罗拉、6-导纱张力控制器、7-导纱轮。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。如非特殊说明，实施例中所用的技术手段为本领域常规操作，或按照仪器设备厂商所建议的实验方法。实施例中使用的试剂和材料如无特殊说明均可从商业途径获得。

根据本发明的优选实施例，提供一种梯度降解复合纤维的制备方法，主要包括以下三种方法：(A)包芯纱方法，(B)包覆纱方法，(C)编织合股方法

(A)包芯纱方法：如图1所示，在环锭纺、转杯纺、摩擦纺、喷气纺和涡流纺等纺纱装置上加装包芯纱装置，将外层纤维2通过清梳、并条工艺后的须条依次通过后罗拉3、中罗拉4和前罗拉5，同时将芯纤维1通过导纱张力控制器6积极喂入，绕过导纱轮7进入前罗拉5与中罗拉4中间，与牵伸后的外层纤维须条重合，共同进入前罗拉5，输出时由于加捻而形成芯纤维在内层、外层纤维包裹在外的复合纤维。

在本发明中，所述芯纤维1优选为金属长丝、高分子长丝或蛋白长丝，所述外层纤维2优选为降解速率较快的短纤维，外层纤维2可以为长丝切断后的短纤维，前中罗拉差速拉伸，芯纤维1也可进行牵伸喂入，加捻捻度随纤维本身及应用需求可自行更改。

(B)包覆纱方法：在捻线机上，通过空心锭子的回转使得锭子上的外层纤维引出并加捻缠绕在经预牵伸辊送出的芯纤维1上，捻度范围为0～400T/10cm，可以为Z捻或S捻，通过卷绕点形成芯纤维1在内层、外层纤维2包裹的复合纤维。根据本发明制得的梯度降解复合纤维的结构如图2所示。

在本发明中，所述芯纤维1优选为金属长丝、高分子长丝或蛋白长丝，所述外层纤维2优选为降解速率较快的高分子或者蛋白长丝，由于加捻缠绕外层纤维要求纤细柔软，芯纤维1也可进行牵伸喂入，加捻捻度随纤维本身及应用需求可自行更改。

(C)编织合股方法：在编织机上，将芯纤维1置于编织机中央，外层纤维2通过分卷在合适的锭子上，外层纤维2进行编织成型的同时芯纤维1稳定放卷输送，收卷得到芯纤维1在内层、外层纤维2编织合股包裹的复合纤维。根据本发明制得的梯度降解复合纤维的结构如图3所示。

在本发明中，所述芯纤维1优选为金属长丝、高分子长丝或蛋白长丝，所述外层纤维2优选为降解速率较快的高分子或蛋白长丝，外层纤维2可以根据编织机类型、锭子及纤维排布方式确定不同的编织结构，以设定的编织密度、截距和编织角包裹芯纤维1。

实施例1

1)将聚乳酸置于真空干燥箱中升温至85℃，干燥16h，升温至125℃，用双螺杆挤出机挤出，水冷，风干，切粒得到母粒；然后置于螺杆挤出机中升温至220℃使母粒熔融，脱泡，纺丝速度500m/min，通过喷丝板得到初级纤维；将初级纤维在70℃下拉伸，得到直径约为0.100mm的缝合线芯纤维。

2)将BSA溶于纯水中得到400mg/mL的再生BSA溶液，使用0.3％的戊二醛对BSA溶液进行预交联，将交联后溶液通过微量注射泵连接微流控湿法纺丝芯片中，在80％乙醇、3％戊二醛和4％甘油的凝固浴中进行纤维成型，经拉伸得到直径约为0.080mm的缝合线外层纤维，卷装络筒。

3)在空心锭子包覆丝机上，通过空心锭子的回转使得锭子上的BSA纤维引出并以150捻/m的捻度加捻缠绕在经预牵伸辊送出的聚乳酸纤维上，通过卷绕点形成聚乳酸纤维在内层、BSA纤维包裹在其外层的复合纤维。

4)将所得的复合纤维通过分丝机逐个分卷至编织机锭子上。

5)在16锭立锭式编织机上，将8个复合纤维锭子以半锭的方式分布，编织结构为1压1，以45目的编织密度进行紧密编织得到手术缝合线。

实施例2

1)将BSA溶于纯水中得到400mg/mL的再生BSA溶液，使用0.3％的戊二醛对BSA溶液进行预交联，在交联后的溶液中加入5mg/mL的抗炎药物利福平，将混合溶液通过微量注射泵连接微流控湿法纺丝芯片中，在80％乙醇、3％戊二醛和4％甘油的凝固浴中进行纤维成型，经拉伸得到直径约为0.080mm的缝合线外层纤维，卷装络筒。

2)在空心锭子包覆丝机上，通过空心锭子的回转使得锭子上的BSA纤维引出并以150捻/m的捻度加捻缠绕在经预牵伸辊送出的蚕丝丝线上，通过卷绕点形成蚕丝丝线在内层、BSA纤维包裹在其外层的复合纤维。

3)将所得的复合纤维共240根通过整经机恒张力分卷至织轴上。

4)在E12拉舍尔双梳经编机上，以GB1：2-3/2-1/2-3/2-1/1-0/1-2/1-0/1-2//；GB2：1-0/1-2/1-0/1-2/2-3/2-1/2-3/2-1//结构织造，机上牵拉密度为10横列/cm，得到经编六角形网眼结构的疝气补片。

实施例3

1)将超级电荷K系列蛋白及表面活性剂，分别溶于超纯水中，分别配制浓度约为220μmol/L的超电荷蛋白水溶液以及10μmol/L的表面活性剂水溶液。通过混合震荡10分钟，在混合溶液中添加一定的肝素粉末，完全溶解后直接冻干0.5小时，即可得到载药的蛋白-表面活性剂复合物。通过拉伸得到直径为20μm、含水量为45％的外层蛋白纤维。

2)将所得的蛋白纤维通过分丝机逐个分卷至编织机锭子上。

3)在立锭式编织机上，将芯纤维涤纶丝线(购买获得)置于编织机中央，将8个外层蛋白纤维锭子以半锭的方式分布，编织结构为1压1，以45目的编织密度进行紧密编织，外层蛋白纤维进行编织成型的同时芯纤维涤纶丝稳定放卷输送，收卷得到涤纶丝在内层、外层蛋白纤维编织合股包裹的复合纤维。

4)在小样织机上，通过表里换经方法进行双层管状织物的织造，选定表里基础组织为1/1平纹，设定上下层、表里层的经纬纱排列比均为1:1，穿综方法为分区穿，得到机织复合纤维管状织物。

5)将管状织物与胶原溶液多次反复浸渍交联涂层，环氧乙烷蒸消毒后得到具有抗凝功能的梯度降解复合血管。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种梯度降解复合纤维，其特征在于，由芯纤维和外层纤维通过纺织工艺制成；其中，

所述芯纤维为不可降解或降解速率低于外层纤维的纤维材料，所述芯纤维的材料选自：镍钛合金、镁铝合金、聚乳酸、PPDO、PCL、蛋白纤维中的一种，为长丝或短纤维；

所述外层纤维为可降解或降解速率高于芯纤维的纤维材料，所述外层纤维的材料选自：蛋白纤维、生物质纤维、DNA纤维中的一种，为长丝或短纤维；

其中，利用所述芯纤维和所述外层纤维降解速率的不同，得到一种可梯度降解的复合纤维。

2.根据权利要求1所述的梯度降解复合纤维，其特征在于，所述蛋白纤维包括：BSA纤维、类弹性蛋白纤维、节肢弹性蛋白纤维以及蛛丝蛋白纤维，所述生物质纤维包括：海藻酸钠、壳聚糖、纳米纤维素。

3.根据权利要求1所述的梯度降解复合纤维，其特征在于，所述芯纤维和外层纤维为单丝或复丝。

4.根据权利要求1所述的梯度降解复合纤维，其特征在于，所述外层纤维通过湿法纺丝工艺制成，在制备成型时或成型后复合加载药物，所述药物包括：阿司匹林、对乙酰氨基酚、吲哚美辛、萘普生、萘普酮、双氯芬酸、布洛芬、尼美舒利、罗非昔布、氯吡格雷、替格瑞洛、肝素、华法林、达比加群以及利伐沙班的其中一种或多种。

5.一种根据权利要求1～4中任意一项所述的梯度降解复合纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法为以下方法中的任意一种：

A)在纺纱装置上加装包芯纱装置，将外层纤维通过清梳、并条工艺后的须条依次通过中罗拉和前罗拉，同时将芯纤维通过送纱罗拉积极喂入，进入前罗拉与中罗拉中间，与牵伸后的外层纤维须条重合，共同进入前罗拉，输出时由于加捻而形成芯纤维在内层、外层纤维包裹的梯度降解复合纤维；或

B)在捻线机上，通过空心锭子的回转使得锭子上的外层纤维引出并加捻缠绕在经预牵伸辊送出的芯纤维上，通过卷绕点形成芯纤维在内层、外层纤维包裹的梯度降解复合纤维；或，

C)在编织机上，将芯纤维置于编织机中央，外层纤维通过分卷在合适的锭子上，外层纤维进行编织成型的同时芯纤维稳定放卷输送，收卷得到芯纤维在内层、外层纤维编织合股包裹的梯度降解复合纤维。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述纺纱装置包括：环锭纺、转杯纺、摩擦纺、喷气纺以及涡流纺。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述芯纤维为一根或多根；所述外层纤维为一根或多根。

8.一种根据权利要求1～4中任意一项所述的梯度降解复合纤维在制备手术缝合线、生物补片和血管支架中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用包括将所述梯度降解复合纤维用于缝合破损的组织，所述组织包括动物的小肠、肝、膀胱、皮肤、脾脏、肌肉。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用包括将所述梯度降解复合纤维用于破损组织的修复，包括腹壁股沟、烧伤整形、乳房重建和肌腱-骨愈合。