一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料及其制备和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于支架材料及其制备和应用领域，特别涉及一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料及其制备和应用。
【背景技术】
[0002]由于人类自身不能自愈大段骨损伤，因此必须在修复外科的介入下进行治疗。目前，自体骨移植仍然是治疗骨损伤的金标准。但是，自体骨移植存在很多缺陷，例如:供体部位疼痛、发炎和出血等。为了解决这些问题，通过组织工程手段诱导受损骨自然修复成了目前研宄的热点。静电纺丝技术一种设备简单，操作方便的方法，可以很容易制备纳米或微米尺寸纤维。在仿生人体天然细胞外基质(ECM)上显示出了巨大的优势，但是其在组织工程应用中仍然存在很多问题。
[0003]纳米纤维支架在组织工程应用中的一个主要问题是细胞向膜内渗透困难；主要是因为静电纺丝纳米纤维所固有的纤维直径小限制了纳米纤维支架的孔径。为了解决这一问题，目前主要有三种方法:改进静电纺丝设备，无机物颗粒混纺和混入可溶性纤维，但是这些方法大都过程复杂，影响纳米纤维的生物活性。制备具有一定互联的孔径、功能性的梯度结构和足够的生物机械性能的三维支架是另一个难题；国内外制备三维结构纳米支架，为了提高细胞向支架内部渗透，大多采用飞秒激光穿孔、机械穿孔独等方式对支架进行打孔，这类支架的孔结构为通孔结构，细胞很容易向支架底部掉落，不易于向支架内部伸展。同时，孔结构边缘因高温会出现明显的烧结现象，影响其生物相容性。
[0004]将传统的非织造加工技术-梳理成网、针刺技术与静电纺丝技术结合，制备出多层纳米/微米纤维三维多孔支架。这种支架以纳米纤维膜仿生细胞外基质的主体材料，而夹杂在纳米纤维膜之间蓬松的微米纤维网，作为层层纳米纤维膜之间的支撑材料。在针刺过程中，纳米纤维膜会被直接刺穿，形成孔洞，而微米纤维网中微米纤维之间抱合力较弱，部分纤维会随着刺针向支架内部移动，形成纤维销钉，细胞在支架表面从纳米纤维膜的孔洞中向内部渗透，由于微米纤维的存在，细胞不会直接掉落，而是沿着微米纤维慢慢向下移动，从而向四周伸展，解决了细胞在整个支架的渗透问题。同时，三维复合支架具有一定强力和厚度，最终制备一个具有实用价值的三维骨再生支架；目前，尚无文献报道纳米纤维膜与微米纤维网层层叠加后，通过针刺技术加固来制备生物医学组织工程支架。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料及其制备和应用，本发明制备方法简单，原料易得；这种纳/微结构的三维支架不仅很好的解决了细胞在纳米三维支架中的渗透问题，同时，微米纤维网还提供了额外的力学性能补充，在组织工程中将发挥巨大的潜力。
[0006]本发明的一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料，所述纳/微米纤维三维多孔结构支架材料由纳米纤维膜和微米纤维网层层叠加后针刺加固得到。
[0007]所述纳米纤维膜的孔径为200-600微米；微米纤维网的孔径为10-170微米。
[0008]所述纳米纤维膜为聚己内酯纳米纤维膜；微米纤维网可以是胶原、脱胶蚕丝、壳聚糖或海藻酸钠微米纤维网。
[0009]纳/微米纤维均为可降解的生物材料，纳米纤维原料为聚己内酯，在制备纳米纤维时，可以向纺丝溶液中加入无机/有机/蛋白质等因子，包括羟基磷灰石、胶原、骨形态发生蛋白、成纤维生长因子中其中的一种，促进组织再生。
[0010]本发明的一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料的制备方法，包括:
[0011](I)将聚己内酯溶于溶剂中，室温搅拌，得到纺丝溶液，静电纺丝，真空干燥，得到纳米纤维膜；
[0012](2)梳理机对微米纤维进行梳理，得到均匀微米纤维网；
[0013](3)纳米纤维膜和微米纤维网进行层层叠加，得到纳/微纤维复合材料；其中层层叠加具体为:先将纳米纤维膜平铺于最底层，然后将微米纤维网覆盖在纳米纤维膜上，使得纳米纤维膜和微米纤维网层层叠加，最后顶层平铺一层纳米纤维膜，叠加层数为7?49层；
[0014](4)将上述纳/微纤维复合材料通过针刺机进行针刺(上千枚带有倒钩的刺针对其穿刺)，即得纳/微米纤维三维多孔结构支架材料。
[0015]所述步骤⑴中溶剂为三氟乙醇；纺丝溶液的质量百分浓度为12-15%;搅拌时间为12_24h。所述步骤(I)中纺丝溶液中含有羟基磷灰石、胶原、骨形态发生蛋白、成纤维生长因子中的一种或几种。
[0016]所述步骤(I)中静电纺丝的工艺参数为:使用5mL注射器，21G不锈钢针头，施加电压为15±3kV，接收距离为15cm，纺丝时间I?2h。
[0017]所述步骤(2)中微米纤维为胶原、脱胶蚕丝、壳聚糖或海藻酸钠；微米纤维网是胶原、脱胶蚕丝、壳聚糖或海藻酸钠微米纤维网；微米纤维网的面密度为5?50g/m2。
[0018]所述步骤(3)中层层叠加的具体叠加有三种方式:(1)5?50层纯纳米纤维膜叠加；或(2) 15?59层纳/微米纤维交替层层叠加，最底层和最顶层材料为纳米纤维膜；或
(3)5?50层纯微米纤维网叠加。
[0019]所述步骤(4)中针刺为经过两道针刺，第一道针刺频率为600-800针/分，针深为
6-9mm ;第二道针刺频率为500-700针/分，针深为6_9mm。
[0020]本发明的一种纳/微米纤维三维多孔结构支架材料的应用，在骨修复、软骨修复、肌腱再生及皮肤再生中作为支架材料的应用。
[0021]传统纳米纤维基人工支架材料孔径较小，限制了细胞渗透及迀徙，不利于新组织的再生。本发明采用针刺技术，使用上千枚带有倒钩的刺针对静电纺丝聚乙内酯纳米纤维膜与梳理胶原微米纤维网层层叠加的复合材料进行针刺加固，最终得到具有多级孔径结构及一定强力的人工支架。本发明的人工支架具有出色的生物相容性，并且解决了细胞在纳米纤维膜上的渗透问题，同时保持了支架良好的生物力学性能，在临床上有着广阔的应用前景。
[0022]有益效果
[0023]本发明将传统的针刺技术拓展到生物医学材料上，制备出一个具有使用价值的纳/微米纤维三维多孔结构支架材料；
[0024]本发明制备方法简单，原料易得等优点；本发明纳/微结构的三维支架不仅很好的解决了细胞在纳米三维支架中的渗透问题，同时，微米纤维网还提供了额外的力学性能补充，在组织工程中将发挥巨大的潜力。
【附图说明】
[0025]图1为天然结构纳/微米纤维三维多孔皮肤组织工程支架表面SEM照片；
[0026]图2为40 %羟基磷灰石仿生天然骨结构纳米-羟基磷灰石/微米纤维三维多孔骨组织工程支架截面SEM照片；
[0027]图3为纳/微米纤维三维多孔结构支架材料光学电镜照片，其中I为表层纳米纤维膜；2为第二层微米纤维网；
[0028]图