本发明涉及生物医用材料领域，涉及一种复合型人工硬脑膜及其制备方法。
背景技术：
硬脑膜是一层位于头骨内侧和大脑外侧的结缔组织，是保护脑组织的天然屏障，对于维护神经系统的结构和功能活动意义重大。天然硬脑膜主要由成纤维细胞和胶原细胞组成。先天性缺损，创伤或手术等均可造成硬脑膜缺损，需及时修补以避免脑脊液漏，引起脑的膨出以及颅内感染。
理想的硬脑膜修补的材料应具备下列条件：①具有稳定的生物学惰性，不引起急慢性炎症反应。②具有安全性，无毒性，无致癌、致畸作用，对生物膜型的人工脑膜要求不能传播潜在的已知或未知感染。③组织相容性好，无排斥反应。④致密性好，无渗透性，防止脑脊液漏，保护脑组织。⑤具有韧性，能够承受缝合。⑥能促使脑膜再生，不发生脑膜脑粘连。⑦使用方便，手术简单，易予消毒灭菌。⑧取材广泛，价格低廉。
目前市场上主要有四种人工硬脑膜材料：自体修复材料，同种异体材料，异种材料和人工高分子材料。自体修复材料相容性良好，但来源有限，同时会增加额外的手术时间。同种异体材料和异种材料获取方便，但可能发生免疫排斥反应。人工高分子材料相对而言生物相容性较低，亲水性较差，长期存在体内容易造成对脑的刺激，引起局部液体积聚和炎症反应。
人工高分子材料中又有可降解材料和不可降解材料。可降解材料一般具有良好的生物相容性，降解产物没有生物毒性，可以避免材料长期植入体内引起的刺激和炎症反应，但降解周期调控存在较大变数，若降解过快则不利于伤口组织修复，可能引起黏连。不可降解材料一般具有良好的力学性能，但长期植入体内可能引起对脑的刺激和炎症反应。因此人工高分子材料发展的趋势是复合型半可降解材料。
静电纺丝技术利用高压静电将溶液液滴拉伸，当电场力和液滴表面张力数值相等时形成泰勒锥。当电压继续增大时，溶液液滴克服表面张力形成喷射细流，细流在喷射过程中溶剂挥发，最终由接收装置接受，形成类似无纺布的结构，从而得到微米或者纳米直径的纤维结构。另外可对接收装置进行简单的改造，其形成具有取向性纤维的结构。
静电纺丝技术制备而成的材料具有高比表面积和孔隙度，同时可以通过参数调整或者溶液成分配比，得到预期的材料。静电纺丝技术以其装置制造简便，可控性好，可调性高等优点，成为有效制备纳米纤维材料的主要技术之一。静电纺丝制造的材料纤维直径可小于细胞大小，与细胞外基质中微丝相当，同时具有相同的孔隙结构，使静电纺丝材料能很好地模拟天然细胞外基质的结构，利于细胞增生和迁移，促进组织修补。目前该技术已广泛应用在生物医学领域中。
聚偏氟乙烯材料(pvdf)在常态下是白色粉状结晶性聚合物，具有良好的机械强度耐辐射性、耐候性、耐化学腐蚀性等，还具有较好的压电性、介电性、热电性等一些特殊的性能，其全球年产量超过4.3万吨，是氟塑料中产量名列第二位的产品。然而将pvdf用于硬脑膜修补的材料还鲜有报道。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合型人工硬脑膜及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种复合型人工硬脑膜，所述复合型人工硬脑膜以聚偏氟乙烯(pvdf)作为主体支撑材料，以可降解性聚合物为取向性纤维的调整材料，通过静电纺丝得到。
本发明通过以不可降解的pvdf材料能提供良好的支撑性，利用静电纺丝技术可将薄膜孔隙压缩到纳米尺度，防止脑脊液渗漏或因细菌造成的感染发生。其本身优异的压电性质也利于伤口周围细胞增殖。可降解性聚合物为调整材料使得取向性纤维能有效促进成纤维细胞生长，并且可降解性聚合物的降解时间可调控，降解产物可被人体完全吸收。
本发明的复合型人工硬脑膜具有良好的力学性能，柔韧性，生物相容性，能有效防止黏连的发生，能承受较高的颅内压，防止脑脊液漏。同时材料具有半可降解性和较高的亲水性，使材料在伤口修复前期能有效促进细胞迁移，静电纺丝技术制成的类似细胞外基质的支架结构利于细胞沿纤维方向继续生长增殖和分化。
优选地，所述聚偏氟乙烯的数均分子量为10-50万，例如10万、13万、15万、18万、20万、25万、28万、30万、33万、35万、38万、40万、43万、45万、48万或50万。
pvdf具有良好的生物相容性和理化性质，静电纺丝制成的pvdf材料形成的支架结构与细胞外基质相似，利于细胞的黏附生长，可促进细胞接触和渗透，保持细胞结构稳定，使细胞沿纤维定向生长。
pvdf也是一种多晶型的半结晶塑料，其中β相结晶具有良好的压电性，pvdf材料支架的压电性质可有效地促进细胞的迁移、黏附和增值。
优选地，所述可降解性聚合物为聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)、聚l-丙交酯-己内酯(plcl)或聚乙醇酸-己内酯共聚物(poly(glycolic-co-caprolactone，简称pgcl)中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚l-丙交酯-己内酯或聚乙醇酸-己内酯共聚物中两种共聚单元的摩尔比为25:75-75:25，例如25:75、30:70、35:65、40:60、45:55、50:50、55:45、60:40、65:35、68:32、70:30、75:25等等。
优选地，所述可降解聚合物的数均分子量为3-8万，例如3万、4万、5万、6万、7万或8万等。
另一方面，本发明提供一种如上所述的复合型人工硬脑膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯溶解在有机溶剂中，得到主体支撑材料溶液；
(2)将可降解性聚合物溶解在有机溶剂中，得到调整材料溶液；
(3)通过静电纺丝将步骤(1)得到的主体支撑材料溶液和步骤(2)得到的调整材料溶液进行混纺，干燥，得到所述复合型人工硬脑膜。
本发明中通过静电纺丝技术可将薄膜孔隙压缩到纳米尺度，薄膜孔隙小，防止脑脊液渗漏或因细菌造成的感染发生，同时使得材料具有良好的力学性能和柔韧性。
优选地，步骤(1)所述有机溶剂为dmf、丙酮或六氟异丙醇中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，步骤(1)所述将聚偏氟乙烯溶解在有机溶剂中时，在40-60℃(例如40℃、43℃、45℃、48℃、50℃、53℃、55℃、58℃或60℃等)条件下加热搅拌10-36h(例如10h、12h、14h、16h、18h、20h、24h、28h、30h、32h、34h或36h等)。
优选地，步骤(1)所述主体支撑材料溶液中聚偏氟乙烯的浓度为15％-40％，例如15％、18％、20％、23％、25％、28％、30％、33％、35％、38％或40％。
优选地，步骤(2)所述有机溶剂为dmf和丙酮的混合溶剂。
优选地，步骤(2)所述将可降解性聚合物溶解在有机溶剂中时，在20-40℃(例如20℃、23℃、25℃、28℃、30℃、33℃、35℃、38℃或40℃等)条件下加热搅拌10-36h(例如10h、12h、14h、16h、18h、20h、24h、28h、30h、32h、34h或36h等)。
优选地，步骤(2)所述调整材料溶液中可降解性聚合物的浓度为15％-40％，例如15％、18％、20％、23％、25％、28％、30％、33％、35％、38％或40％。
优选地，步骤(3)所述静电纺丝时的温度为20-40℃，例如20℃、23℃、25℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃或40℃。
优选地，步骤(3)所述静电纺丝时的相对湿度为40-55％，例如40％、43％、45％、48％、50％、52％、54％或55％。
优选地，步骤(3)所述混纺为将步骤(1)得到的主体支撑材料溶液和步骤(2)得到的调整材料溶液分别从静电纺丝装置的两个喷头喷出，得到混纺纤维。
优选地，步骤(3)所述静电纺丝时主体支撑材料溶液和调整材料溶液的推进速率独立地为0.01-0.05ml/min，例如0.01ml/min、0.02ml/min、0.03ml/min、0.04ml/min或0.05ml/min。
优选地，步骤(3)所述静电纺丝时加正压至10-15kv，例如10kv、10.5kv、11kv、11.5kv、12kv、13kv、14kv或15kv。
优选地，步骤(3)所述静电纺丝时滚筒转速为150-200r/min，例如150r/min、155r/min、160r/min、165r/min、170r/min、175r/min、180r/min、185r/min、190r/min、195r/min或200r/min，优选180r/min。
优选地，步骤(3)所述静电纺丝时接收装置的接收距离为10-20cm，例如10cm、13cm、15cm、18cm或20cm，优选15cm。
优选地，步骤(3)所述静电纺丝时接收装置为鼠笼型接收器。
优选地，步骤(3)所述干燥为在20-30℃(例如20℃、23℃、25℃、28℃或30℃)的真空干燥箱中干燥10-30h(例如10h、12h、14h、16h、18h、20h、24h、28h或30h)。
作为本发明的优选技术方案，所述复合型人工硬脑膜的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯溶解在有机溶剂中，在40-60℃条件下加热搅拌10-36h，得到浓度为15％-40％的主体支撑材料溶液；
(2)将可降解性聚合物溶解在有机溶剂中，在20-40℃条件下加热搅拌10-36h，得到浓度为15％-40％的调整材料溶液；
(3)步骤(3)所述混纺为将步骤(1)得到的主体支撑材料溶液和步骤(2)得到的调整材料溶液分别从静电纺丝装置的两个喷头喷出，静电纺丝得到混纺纤维，主体支撑材料溶液和调整材料溶液的推进速率独立地为0.01-0.05ml/min，静电纺丝时的温度为20-40℃，相对湿度为40-55％，加正压至10-15kv，滚筒转速为150-200r/min，接收装置为鼠笼型接收器，接收装置的接收距离为10-20cm，而后在20-30℃的真空干燥箱中干燥10-30h，得到所述复合型人工硬脑膜。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的复合型人工硬脑膜具有类似细胞外支架的结构，利于细胞迁移，增殖和分化；复合材料中的主体支撑材料pvdf具有良好的压电性，利于伤口周围细胞生长，薄膜孔隙小，防止脑脊液渗漏或因细菌造成的感染发生，同时提供良好的力学性能和柔韧性。作为长期植入体内的材料，pvdf具有良好的生物惰性；复合材料中的可降解聚合物材料作为调整材料亲水性的组分，易于调控的性质使得材料整体的可调性大大提升。取向性的纤维能有效促进成纤维细胞迁移增殖，同时该组分具有良好的生物相容性，能在体内降解，降解产物没有生物毒性。并且本发明通过静电纺丝制备所述复合型人工硬脑膜，工艺简单，材料成本低，利于工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中，复合型人工硬脑膜以聚偏氟乙烯(pvdf)作为主体支撑材料，以可降解性聚合物plga为取向性纤维的调整材料，通过静电纺丝得到。
制备方法包括以下步骤：
(1)将分子量27.5万的pvdf溶解在纯dmf溶剂中，50℃条件下加热搅拌24h，得到浓度为20％(w/v％)的pvdf材料溶液。
(2)将分子量6万的plga(片段比例50：50)溶解在纯dmf溶剂中，25℃条件下加热搅拌24h，得到浓度为20％(w/v％)plga溶液。
(3)将步骤(1)得到的pvdf材料溶液和步骤(2)得到的plga溶液分别从静电纺丝装置的两个喷头喷出，所述静电纺丝时温度25℃，相对湿度50％，接收器为鼠笼型接收器，接收装置的接收距离15cm，加正压13kv，滚筒转速180r/min，pvdf材料溶液的推进速率为0.02ml/min，plga溶液的推进速率为0.01ml/min，得到静电纺丝膜置于25℃真空干燥箱中干燥24h，得到所述复合型人工硬脑膜。
实施例2
在本实施例中，复合型人工硬脑膜以聚偏氟乙烯(pvdf)作为主体支撑材料，以可降解性聚合物plcl为取向性纤维的调整材料，通过静电纺丝得到。
制备方法包括以下步骤：
(1)将分子量27.5万的pvdf溶解在dmf/丙酮(体积比1：1)混合溶剂中，50℃条件下加热搅拌24h，得到浓度为25％(w/v％)的pvdf材料溶液。
(2)将分子量6万plcl(片段比例50：50)溶解在dmf/丙酮(体积比1：1)混合溶剂中，25℃条件下加热搅拌24h，得到浓度为25％(w/v％)的plcl溶液。
(3)将步骤(1)得到的pvdf材料溶液和步骤(2)得到的plcl溶液分别从静电纺丝装置的两个喷头喷出，所述静电纺丝时温度25℃，相对湿度50％，接收器为鼠笼型接收器，接收装置的接收距离15cm，加正压13kv，滚筒转速180r/min，pvdf材料溶液的推进速率为0.03ml/min，plcl溶液的推进速率为0.02ml/min，得到静电纺丝膜置于25℃真空干燥箱中干燥24h，得到所述复合型人工硬脑膜。
实施例3
在本实施例中，复合型人工硬脑膜以聚偏氟乙烯(pvdf)作为主体支撑材料，以可降解性聚合物pgcl为取向性纤维的调整材料，通过静电纺丝得到。
制备方法包括以下步骤：
(1)将分子量40万的pvdf溶解在dmf/丙酮(体积比1：1)混合溶剂中，40℃条件下加热搅拌36h，得到浓度为15％(w/v％)的pvdf材料溶液。
(2)将分子量4万pgcl(片段比例25：75)溶解在dmf/丙酮(体积比1：1)混合溶剂中，40℃条件下加热搅拌10h，得到浓度为20％(w/v％)的pgcl溶液。
(3)将步骤(1)得到的pvdf材料溶液和步骤(2)得到的pgcl溶液分别从静电纺丝装置的两个喷头喷出，所述静电纺丝时温度30℃，相对湿度55％，接收器为鼠笼型接收器，接收装置的接收距离10cm，加正压15kv，滚筒转速200r/min，pvdf材料溶液的推进速率为0.05ml/min，plga溶液的推进速率为0.03ml/min，得到静电纺丝膜置于30℃真空干燥箱中干燥10h，得到所述复合型人工硬脑膜。
实施例4
在本实施例中，复合型人工硬脑膜以聚偏氟乙烯(pvdf)作为主体支撑材料，以可降解性聚合物plcl为取向性纤维的调整材料，通过静电纺丝得到。
制备方法包括以下步骤：
(1)将分子量50万的pvdf溶解在dmf/丙酮(体积比1：1)混合溶剂中，60℃条件下加热搅拌10h，得到浓度为40％(w/v％)的pvdf材料溶液。
(2)将分子量8万plcl(片段比例60：40)溶解在dmf/丙酮(体积比1：1)混合溶剂中，25℃条件下加热搅拌24h，得到浓度为40％(w/v％)的plcl溶液。
(3)将步骤(1)得到的pvdf材料溶液和步骤(2)得到的plga溶液分别从静电纺丝装置的两个喷头喷出，所述静电纺丝时温度20℃，相对湿度40％，接收器为鼠笼型接收器，接收装置的接收距离20cm，加正压10kv，滚筒转速150r/min，pvdf材料溶液的推进速率为0.01ml/min，plga溶液的推进速率为0.01ml/min，得到静电纺丝膜置于20℃真空干燥箱中干燥30h，得到所述复合型人工硬脑膜。
实施例5
在本实施例中，复合型人工硬脑膜以聚偏氟乙烯(pvdf)作为主体支撑材料，以可降解性聚合物plcl为取向性纤维的调整材料，通过静电纺丝得到。
制备方法包括以下步骤：
(1)将分子量10万的pvdf溶解在dmf/丙酮(体积比1：1)混合溶剂中，60℃条件下加热搅拌10h，得到浓度为20％(w/v％)的pvdf材料溶液。
(2)将分子量3万plcl(片段比例25：75)溶解在dmf/丙酮(体积比1：1)混合溶剂中，20℃条件下加热搅拌30h，得到浓度为40％(w/v％)的万、溶液。
(3)将步骤(1)得到的pvdf材料溶液和步骤(2)得到的plga溶液分别从静电纺丝装置的两个喷头喷出，所述静电纺丝时温度40℃，相对湿度50％，接收器为鼠笼型接收器，接收装置的接收距离15cm，加正压13kv，滚筒转速180r/min，pvdf材料溶液的推进速率为0.03ml/min，plga溶液的推进速率为0.05ml/min，得到静电纺丝膜置于30℃真空干燥箱中干燥10h，得到所述复合型人工硬脑膜。
本发明通过上述实施例来说明本发明的复合型人工硬脑膜及其制备方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。