提高吸水性的天然高分子纳米纤维复合材料制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种天然高分子纳米纤维复合材料的制造方法。具体讲，就是涉及一种利用从由N-乙酰-D-氨基葡萄糖、N-乙酰-D-氨基葡萄糖的脱乙酰化合物、明胶、胶原蛋白、纤维蛋白及其混合物构成的组中选择的I种以上天然高分子来制造海绵或无纺布形态的多孔支架(scaffold)，将从由N-乙酰-D-氨基葡萄糖、N-乙酰-D-氨基葡萄糖的脱乙酰化合物、明胶、胶原蛋白、纤维蛋白及其混合物构成的组中选择的I种以上天然高分子纺丝液在所述多孔支架上进行电纺丝来制造纳米纤维时，通过超声波处理以提高吸水性的纳米纤维复合材料制造方法。
【背景技术】
[0002]人体的组织再生能力因为其复杂且微妙的组织结构，导致其自身再生的能力非常有限。人体虽然可以借助干细胞确保组织受到损伤时具有再生功能，但是常常会发生因事故、疾病、老化等原因导致的超出再生功能范围之外的事情。最近，随着老龄化社会的到来，由于多种疾病及事故的不断增加导致生物脏器组织的再生能力达到极限，脏器组织再生的必要性正激剧增加。
[0003]同时，逐渐需要开发出能够有效替代生物组织或者对其进行移植的技术。长期以来，研发人员为修复人体组织与器官而付出的努力受到了极大的关注。从最初的人造替代品到生物相容材料的开发、器官移植等做了各种不同的尝试，最近已发展到综合应用生命科学、生物工程以及医学科学的生物组织工程学。
[0004]一般而言，所谓的“组织工程学(tissue engineering) ”是指基于治疗或者用于工业等目的而对人或动物的组织进行人工培养或者进行生物学调节的学科。当前人们已经认识到，其作为研究与有助于修复组织或器官的生物物质乃至医用材料相关的生物学、工程学技术的学问为基础，是未来生命科学与医疗领域的重要技术之一。这种组织工程学技术的基本原理是，提取患者身体所需的组织并从该组织中分离出细胞后，将分离的细胞培养在支架上制造细胞-支架复合材料，然后再将制造的细胞-支架复合材料重新移植入人体内。因此，组织工程学的核心技术之一就是制造可让细胞依附并生长的具有支撑作用的载体(support)或支架(scaffold)。
[0005]制造这种支架的现有方法包括盐浸法(solvent casting particulateleaching)、洗盐法(gasfoaming/salt leaching)、相位分离法(phase separat1n)、电纺丝法(electrospinning)等。其中，电纺丝法作为纳米纤的维制造方法最简单、高效,它利用了赋予高分子溶液静电力(electrostatic force)并在静电弹力比高分子溶液表面张力大的情况下纺丝成薄纤维这一特性。另外，通过电纺丝法获得的纳米纤维最值得关注的特征就是其形状上具有与生物体内细胞外基质(ECM !extracellular matrix)非常类似的结构。正是由于这一特征，使得人工制造的纳米纤维支架具有可让细胞依附、生长及分化的良好环境。与组织工程学上应用的细胞外基质类似的纳米纤维支架可以利用多种材料制造，当前研发人员正在努力使用天然高分子、生物降解性高分子或生物陶瓷等开发组织再生用支架(大韩民国公开编号第10-2011-0040389号等)。
[0006]虽然目前广泛使用的生物降解性高分子如PLA、PGA、PLGA、PCL等都被制造成纳米无纺布，但是，其中的PCL的玻璃转化温度(Tg)较低，易于溶解。PLGA的细胞相容性较弱，进行生物移植后会导致周围组织酸化(坏死)等问题。
[0007]另外，壳聚糖(chitosan)作为N-乙酰-D-氨基葡萄糖单体进行无水结合形成的多糖类高分子物质即甲壳素(chitin)与脱去乙酰基(Deacetylate)的单体结合构成的高分子物质，由于N-乙酰-D-氨基葡萄糖及其脱乙酰化合物具有生物相容性(B1compatibility)、生物降解性(B1degradability)、无毒性(Non-toxicity)以及非免疫性(Non-1mmunogenetics)等多种生物活性，因此其应用于广泛的领域。对于利用天然高分子即N-乙酰-D-氨基葡萄糖或者其脱乙酰化合物通过电纺丝制造的纳米纤维支架来说，当细胞进行正常的细胞活动时，就在其直径比细胞本身的大小小的纳米纤维周围形成一种结构体。另外，已知在纳米纤维表面细胞的吸附、生长、分化、培养都很活跃。
[0008]这种纳米纤维支架的细胞生长环境必须具备能够高密度吸附细胞的高多孔度，同时还必须能够根据培养的组织特性不同对多孔度及孔隙的形状进行调节。但是，通过电纺丝制造的N-乙酰-D-氨基葡萄糖或者其脱乙酰化合物(D-氨基葡萄糖)纳米纤维虽然多孔度较高，具有与生物体内细胞外基质(ECM)类似的结构。但是，纳米纤维间的孔隙较小，影响了细胞的吸附及移动。特别是，导致了吸水性下降。
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]本发明就是为解决上述现有技术中存在的问题而研发的。本发明的一个目的在于，提供一种天然高分子纳米纤维复合材料的制造方法，它包括以下几个步骤:(a)利用从由N-乙酰-D-氨基葡萄糖、N-乙酰-D-氨基葡萄糖的脱乙酰化合物、明胶、胶原蛋白、纤维蛋白及其混合物构成的组中选择的I种以上天然高分子制造多孔支架(scaffold)的步骤；(b)将从由N-乙酰-D-氨基葡萄糖、N-乙酰-D-氨基葡萄糖的脱乙酰化合物、明胶、胶原蛋白、纤维蛋白及其混合物构成的组中选择的I种以上天然高分子混入到溶剂中来制造纺丝液的步骤；(c)将所述纺丝液注入到纺丝针之后，施加电压，在所述多孔支架上进行电纺丝的步骤；(d)通过真空干燥清除残留溶剂制造纳米纤维复合材料的步骤；(e)将制造的纳米纤维复合材料通过超声波处理的步骤。
[0011]本发明的另一个目的在于，提供一种通过上述方法制造的纳米纤维复合材料。
[0012]但是，本发明所要实现的技术课题并非仅仅局限于前面提到的课题。通过下面的说明，本领域的技术人员就会清楚地了解前面未提到的其它课题。
[0013]技术方案
[0014]本发明提供了一种天然高分子纳米纤维复合材料的制造方法。它包括以下几个步骤:(a)利用从由N-乙酰-D-氨基葡萄糖、N-乙酰-D-氨基葡萄糖的脱乙酰化合物、明胶、胶原蛋白、纤维蛋白及其混合物构成的组中选择的I种以上天然高分子来制造多孔支架(scaffold)的步骤；(b)从由N-乙酰-D-氨基葡萄糖、N-乙酰-D-氨基葡萄糖的脱乙酰化合物、明胶、胶原蛋白、纤维蛋白及其混合物构成的组中选择I种以上的天然高分子，将其混入溶剂中制造纺丝液的步骤；(c)将所述纺丝液注入到纺丝针之后，施加电压，在所述多孔支架上以进行电纺丝的步骤；(d)通过真空干燥清除残留溶剂来制造纳米纤维复合材料的步骤；(e)将制造的纳米纤维复合材料通过超声波处理的步骤。
[0015]作为本发明的一个实施例，上述步骤(a)中的多孔支架为海绵或无纺布形态。
[0016]作为本发明的另一个实施例，所述海绵通过以下几个步骤制造:
[0017]分别将N-乙酰-D-氨基葡萄糖的脱乙酰化合物和丁醇溶解于溶剂中制造N-乙酰-D-氨基葡萄糖的脱乙酰化合物溶液及丁醇溶液的步骤；将所述N-乙酰-D-氨基葡萄糖的脱乙酰化合物溶液及所述丁醇溶液进行相互混合的步骤；除去所述混合溶液中的气泡并进行冻结干燥来制造海绵的步骤。
[0018]作为本发明的另一个实施例，所述N-乙酰-D-氨基葡萄糖的脱乙酰化合物溶液制造步骤中的溶剂可以从由乙酸(acetic acid)、甲酸(formic acid)、三氟乙酸(TFA ;trifluoro acetic acid)、盐酸(hydrochloric acid)及其混合溶剂构成的组中选择。
[0019]作为本发明的另一个实施例，所述(b)步骤中的溶剂可以从由水、丙醇(propanol)、丁醇(butanol)、丙酮(acetone)、三氟乙烯(TFE ;trifluoro ethylene)、三氟乙酸(TFA ； trif luoro acetic acid)、四氢1 呋喃(THF ；tetra hydro furan)、二氯甲烧(DCM ；dichloro methane)、二甲基甲酷胺(DMF ；dimethyl formamide)、二甲基乙酷胺(DMA ；dimethyl acetamide)、二甲基亚讽(dimethyl sulfoxide)、六氟异丙醇(HFIP ；hexa fluoroisopropanol)、己烧(Hexane)、苯(benzene)、乙酸(acetic acid)、甲酸(formic acid)及其混合溶剂构成的组中选择。
[0020]作为本发明的另一个实施例，还包括以下步骤:在所述(d)步骤之后利用碱性溶液进行中和处理(neutralizat1n)的步骤。
[0021 ] 作为本发明的另一个实施例，所述碱性溶液可以从由碳酸钠(sodiumcarbonate)、氣氧化铵(Ammonium hydroxide)、氣氧化钠(Sodium hydroxide)及其混合溶液构成的组中选择。
[0022]作为本发明的另一个实施例，还包括以下步骤:将所述(d)步骤中制造的纳米纤维复合材料浸泡于含有交联剂的溶液中对纳米纤维内的天然高分子进行交联处理的步骤。
[0023]作为本发明的另一个实施例，所述交联剂可以从由1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC ;l-ethyl-3(3-dimethyl aminopropyl)carbodiimide)、轻基丁二酰亚胺(NHS ；N-hydroxysuccinimide)、二甲胺基丙基乙基碳二亚胺盐酸盐(EDAC ；dimethyIaminopropyI ethylcarbodiimide hydrochloride) > 轻基苯并三唑(hydroxybenzotriazole)、戊二酸(Glutaraldehyde)及其混合物构成的组中选择。
[0024]作为本发明的另一个实施例，所述(e)步骤的超声波处