TWI751943B - 生物可降解材料及其製法 - Google Patents

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一種生物可降解材料，包含一包括多條電紡奈米纖維的集合體，及一承載集合體且是經由旋轉塗佈程序所形成的基體。每一電紡奈米纖維具有第一生物可降解聚合物及第一胺基酸，以第一生物可降解聚合物的總量為100重量份，第一胺基酸的用量範圍為50至150重量份。基體包括第二生物可降解聚合物及第二胺基酸。本發明另提供一種製備上述生物可降解材料的製法，包含經由旋轉塗佈程序在基板的表面形成基體；經由靜電紡絲程序在基體的表面形成包括多條電紡奈米纖維的集合體；之後，使基體自基板的表面上剝離，得到包含集合體及基體的生物可降解材料。

Description

生物可降解材料及其製法
本發明是有關於一種生物可降解材料及其製法，特別是指一種包含電紡奈米纖維的生物可降解材料及其製法。
美國專利US 20140350692公開一種包括纖維片的骨組織仿生材料，該纖維片的製備是透過將包含胺基酸及生物相容性聚合物的溶液進行靜電紡絲形成多條纖維，並以接納捲盤(take-up reel)收集該等纖維，在收集該等纖維的過程中，該等纖維會聚集從而在該接納捲盤上形成該纖維片。之後，為了後續作為骨組織仿生材料的應用，須將該纖維片從該接納捲盤上剝離下來。
然而實際上，透過靜電紡絲所形成的該纖維片，其中的該等纖維僅是無規且鬆散地聚集在一起，所以該纖維片並非緻密的結構，從而在以外力將該纖維片從該接納捲盤上剝離的過程中，該纖維片的結構很容易因受到該外力的作用而受損，造成該纖維片破損而不利於後續的應用。
此外，就用於組織培養的仿生材料而言，例如體內植入 物、傷口敷料等，除了具有生物相容性、生物可降解性之外，能夠提供組織細胞良好的生長環境亦是必要的。
因此，本發明的第一目的，即在提供一種能改善至少一現有技術缺點的生物可降解材料。
於是，本發明生物可降解材料，包含：一集合體，該集合體包括多條電紡奈米纖維，且每一電紡奈米纖維具有第一生物可降解聚合物及第一胺基酸，其中，以該第一生物可降解聚合物的總量為100重量份，該第一胺基酸的用量範圍為50至150重量份；及一基體，承載該集合體且包括第二生物可降解聚合物及第二胺基酸，該基體是經由旋轉塗佈程序所形成。
因此，本發明的第二目的，即在提供一種能改善至少一現有技術缺點的生物可降解材料的製法。
於是，本發明生物可降解材料的製法，包含以下步驟：(a).經由旋轉塗佈程序在一基板的表面形成一基體；(b).經由靜電紡絲程序在該基體的表面形成一包括多條電紡奈米纖維的集合體；及(c).在該步驟(b)之後，使該基體自該基板的表面剝離，得到 一包含該集合體及該基體的生物可降解材料；其中，該集合體的每一電紡奈米纖維具有第一生物可降解聚合物及第一胺基酸，且以該第一生物可降解聚合物的總量為100重量份，該第一胺基酸的用量範圍為50至150重量份，該基體包括第二生物可降解聚合物及第二胺基酸。
本發明的功效在於：本發明生物可降解材料具有好的生物相容性及生物可降解性，且透過該基體與該等電紡奈米纖維的相互配合，不僅使該生物可降解材料具有利於細胞生長的環境且還具有高強度的結構，繼而有利於後續例如體內植入物、傷口敷料等的應用。
本發明的另一功效在於：本發明生物可降解材料的製法透過於該基板上先形成該基體再形成該集合體，後續透過使該基體自該基板的表面剝離即能得到包含該集合體及該基體的該生物可降解材料，且無損該生物可降解材料的結構。
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一SEM照片，說明本發明實施例1的生物可降解材料；圖2是一SEM照片，說明本發明實施例2的生物可降解材料； 圖3是一SEM照片，說明本發明實施例3的生物可降解材料；圖4是一SEM照片，說明本發明實施例4的生物可降解材料；及圖5是一SEM照片，說明本發明實施例5的生物可降解材料。
以下將就本發明內容進行詳細說明。
本發明生物可降解材料包含一包括多條電紡奈米纖維的集合體，及一承載該集合體的基體。在本發明的一些實施例中，該等電紡奈米纖維的平均直徑範圍為200nm至2600nm，該基體的平均厚度範圍為10μm至20μm。
該集合體的每一電紡奈米纖維具有第一生物可降解聚合物及第一胺基酸。
較佳地，該第一生物可降解聚合物是選自於聚乳酸(PLA)、聚羥基乙酸(polyglycolic acid，PGA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA]、乙烯/乙烯醇共聚物[poly(ethylene-co-vinyl acetate，EVOH]、聚乙酸乙烯酯[poly(vinyl acetate)，PVA]、聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)、聚氨酯(polyurethane，PU)、聚羥基烷酸酯(polyhydroxyalkanoates，PHA)或上述的任意組合。
該第一胺基酸的種類沒有特別限制，較佳為具水溶性的胺基酸，可與該第一生物可降解聚合物的相容性更高。在本發明的一些實施例中，該第一胺基酸是選自於麩胺酸、甲硫胺酸、精胺酸、絲胺酸、色胺酸或上述的任意組合。
較佳地，以該第一生物可降解聚合物的總量為100重量份，該第一胺基酸的用量範圍為50至150重量份，更有助於該等電紡奈米纖維的成形。
該基體包括第二生物可降解聚合物及第二胺基酸。
較佳地，該第二生物可降解聚合物是選自於聚乳酸、聚羥基乙酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、乙烯/乙烯醇共聚物、聚乙酸乙烯酯、聚乙二醇、聚氨酯、聚羥基烷酸酯或上述的任意組合。該第二胺基酸的種類沒有特別限制，較佳為具水溶性的胺基酸，可與該第二生物可降解聚合物的相容性更高。較佳地，該第二生物可降解聚合物與該第一生物可降解聚合物的種類相同，該第二胺基酸與該第一胺基酸的種類相同，能使該集合體與該基體的相容性更佳。
較佳地，以該第二生物可降解聚合物的總量為100重量份，該第二胺基酸的含量範圍為50至150重量份，更有助於該基體的成形。
本發明生物可降解材料的製法，包含以下步驟：(a).經由旋轉塗佈程序在一基板的表面形成該基體；(b).經由靜電紡絲程 序在該基體的表面形成包括該等電紡奈米纖維的該集合體；及(c).在該步驟(b)之後，使該基體自該基板的表面剝離，得到包含該集合體及該基體的該生物可降解材料。
在該步驟(a)中，是利用該旋轉塗佈程序，將一含有該第二生物可降解聚合物、第二胺基酸及溶劑的混合液在該基板的表面形成該基體。該溶劑的作用為溶解該第二生物可降解聚合物，故是依據該第二生物可降解聚合物的種類選擇該溶劑的種類，例如在本發明的一些實施例中，該第二生物可降解聚合物為聚乳酸，該溶劑為三氟乙酸。
在該步驟(b)中，是利用該靜電紡絲程序，將一含有該第一生物可降解聚合物、第一胺基酸及溶劑的混合液在該基體的表面形成該集合體。該溶劑的作用為溶解該第一生物可降解聚合物，故是依據該第一生物可降解聚合物的種類選擇該溶劑的種類，例如在本發明的一些實施例中，該第一生物可降解聚合物為聚乳酸，該溶劑為三氟乙酸。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
[實施例1至5]
實施例1至5是使用包含以下步驟的製法製作生物可降解 材料，差別在於實施例1至5使用不同的胺基酸，實施例1使用色胺酸，實施例2使用絲胺酸，實施例3使用麩胺酸，實施例4使用精胺酸，實施例5使用甲硫胺酸，上述胺基酸均購自於碩氨貿易有限公司(Great Amino Acid Co.,Ltd.)。
(a).將3克的胺基酸溶於10毫升的三氟乙酸(購自於Alfa Aesar-Ward Hill)得到一胺基酸溶液。將該胺基酸溶液與濃度為40wt%的聚乳酸(購自於Sigma-Aldrich)依體積比例為2：1混合得到一混合液。之後，利用一旋轉塗佈機(廠商：力丞儀器科技有限公司，型號：SP-02)，將該混合液經由旋轉塗佈程序(轉速3000rpm，旋轉時間4分鐘)在一玻璃板的表面形成一層基體。
(b).在該步驟(a)後，將承載該基體的該玻璃板放在一靜電紡絲設備(廠商：鴻集企業有限公司，型號：FES-COS)的金屬收集板上，將該混合液經由靜電紡絲程序(電壓為17kV，紡絲針頭至該基體表面的距離為12至20公分)在該基體的表面形成一層包括多條電紡奈米纖維的集合體。
(c).在該步驟(b)後，使該基體自該玻璃板的表面剝離，得到一包含該集合體及該基體的生物可降解材料。
實施例1至5中，混合液的黏度是使用黏度計(廠商：AMETEK Brookfield，型號：DV2T)在25℃的環境中量測；基體的平均厚度是使用表面輪廓儀(廠商：Kosaka Laboratory Ltd.，型號：ET3000)量測；電紡奈米纖維的平均直徑是使用掃描電子顯微鏡(廠商：Hitachi,Japan，型號：S-3400N)量測；基體的接觸角及集合體的接觸角是使用CCD相機(廠商：Watec,France，型號：WAT-902B)拍攝接觸角的照片後，將照片經由數位轉換器(廠商：Uptech登昌恆，型號：Hybrid TV HD 3)並搭配軟體e-Ruler(廠商：Softonic International Corp.，版本：1.1)計算出接觸角的角度；上述各項性質的結果如表1所示。生物可降解材料的表面形貌是使用掃描式電子顯微鏡觀察，結果如圖1至5所示。
[細胞存活率實驗]
使用實施例1至5的生物可降解材料進行細胞培養後，進行MTS細胞存活率分析，再依據MTS細胞存活率分析的結果計算出實施例1至5的細胞存活率。以下用實施例1的生物可降解材料為例詳述細胞培養及MTS細胞存活率分析的步驟條件，以及細胞存活率的計算方式。
細胞培養：取24片的實施例1生物可降解材料置於無菌操作台並以UV光照射24小時殺菌後，在一個24孔細胞培養盤的每一個孔中放入1片殺菌過的實施例1生物可降解材料，再於每一個孔中注入細胞培養液及5.3×104個MG-63細胞(紀錄為細胞培養第0天的細胞個數)，然後將該2.4孔細胞培養盤放入一個培養箱並在溫 度37℃及5% CO2氣體的環境中進行細胞培養。其中，該細胞培養液的組成為：45ml的杜貝可氏改良的依格氏培養基(Dulbecco’s modified Eagle’s medium，簡稱DMEM)、5ml的胎牛血清(Fetal Bovine Serum，簡稱FBS)、0.5ml的青黴素/鏈黴素溶液(Penicillin/Streptomycin Solution，簡稱P/S)、100X的MEM NEAA，及磷酸鹽緩衝液(含有1L去離子水、8g/L氯化鈉、0.2g/L氯化鉀、0.2g/L磷酸二氫鉀及1.15g/L磷酸一氫鈉)。
MTS細胞存活率分析：在細胞培養開始後的第l天將該24孔細胞培養盤的其中3孔中的實施例1生物可降解材料移除，然後於這3個孔中分別注入2mL的稀釋10倍的MTS溶液[廠商：Promega，型號：CellTiter 96® AQueous Non-Radioactive Cell Proliferation Assay(MTS)]，再將該24孔細胞培養盤放到培養箱並在溫度37℃及5% CO2氣體的環境中進行細胞培養3小時後，從這3個孔中分別取120uL的細胞液移入一個96孔細胞培養盤中的其中3個孔中，再將該96孔細胞培養盤放到一台酵素免疫分析測讀儀(廠商：Biochrom，型號：EZ read 400)並以吸光度485nm的條件量測細胞液的細胞個數。該24孔細胞培養盤的其餘21孔則繼續進行細胞培養，並在第3天及第5天時採用與上述相同的步驟條件量測細胞個數。
細胞的第n天存活率(%)=實施例1生物可降解材料在第 n天的細胞個數÷空白組在第n天的細胞個數×100%。其中，空白組為僅使用該細胞培養液進行MG-63細胞的細胞培養。
Figure 110114383-A0305-02-0011-1
參閱表1的細胞存活率，證明了使用實施例1至5的生物可降解材料進行細胞培養能夠達到很好的細胞存活率。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

Claims (10)

  1. 一種生物可降解材料，包含：一集合體，該集合體包括多條電紡奈米纖維，且每一電紡奈米纖維具有第一生物可降解聚合物及第一胺基酸，其中，以該第一生物可降解聚合物的總量為100重量份，該第一胺基酸的用量範圍為50至150重量份；及一基體，承載該集合體且包括第二生物可降解聚合物及第二胺基酸，該基體是經由旋轉塗佈程序所形成。
  2. 如請求項1所述的生物可降解材料，其中，該第一胺基酸是選自於麩胺酸、甲硫胺酸、精胺酸、絲胺酸、色胺酸或上述的任意組合。
  3. 如請求項1所述的生物可降解材料，其中，該第一生物可降解聚合物是選自於聚乳酸、聚羥基乙酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、乙烯/乙烯醇共聚物、聚乙酸乙烯酯、聚乙二醇、聚氨酯、聚羥基烷酸酯或上述的任意組合。
  4. 如請求項1所述的生物可降解材料，其中，該等電紡奈米纖維的平均直徑範圍為200nm至2600nm。
  5. 如請求項1所述的生物可降解材料，其中，該第二胺基酸是選自於麩胺酸、甲硫胺酸、精胺酸、絲胺酸、色胺酸或上述的任意組合。
  6. 如請求項1所述的生物可降解材料，其中，該第二生物可降解聚合物是選自於聚乳酸、聚羥基乙酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、乙烯/乙烯醇共聚物、聚乙酸乙烯酯、聚乙二醇、聚氨酯、聚羥基烷酸酯或上述的任意組合。
  7. 如請求項1所述的生物可降解材料，其中，以該第二生物可降解聚合物的總量為100重量份，該第二胺基酸的含量範圍為50至150重量份。
  8. 一種生物可降解材料的製法，包含以下步驟：(a).經由旋轉塗佈程序在一基板的表面形成一基體；(b).經由靜電紡絲程序在該基體的表面形成一包括多條電紡奈米纖維的集合體；及(c).在該步驟(b)之後，使該基體自該基板的表面剝離，得到一包含該集合體及該基體的生物可降解材料；其中，該集合體的每一電紡奈米纖維具有第一生物可降解聚合物及第一胺基酸，且以該第一生物可降解聚合物的總量為100重量份，該第一胺基酸的用量範圍為50至150重量份，該基體包括第二生物可降解聚合物及第二胺基酸。
  9. 如請求項8所述的生物可降解材料的製法，其中，該第一胺基酸是選自於麩胺酸、甲硫胺酸、精胺酸、絲胺酸、色胺酸或上述的任意組合。
  10. 如請求項8所述的生物可降解材料的製法，其中，該第一生物可降解聚合物是選自於聚乳酸、聚羥基乙酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、乙烯/乙烯醇共聚物、聚乙酸乙烯酯、聚乙二醇、聚氨酯、聚羥基烷酸酯或上述的任意組合。
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