高压静电纺丝制备的含纳米孔网络纤维及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于高压静电纺丝纤维及其应用技术领域，具体涉及一种基于高压静电纺丝技术所制备的含纳米孔网络的纤维及其在骨组织工程中的应用。
【背景技术】
[0002]人体各种组织的损伤极为普遍，特别像骨、软骨缺损以及肌腱、韧带等结缔组织损伤越来越多，约占运动损伤的50%。有数据表明，在2001年，欧洲的骨移植手术有408000例，而单美国就有605000例。目前，全球65岁以上人口的骨移植手术每年以2?3 %的速度增长。另外，由于人们物质生活水平的提高、生活方式的改变以及医学水平的提高这些都使得对骨移植、骨修复手术的更多需求和更广泛的应用。在我国，据不完全统计，全国每年因各类交通事故、骨科疾病等因素，造成骨缺损或骨损伤的患者有300万人，骨骼不健全的人数有上千万，据不完全估计全国每年个体匹配骨骼的市场总额至少在五千万元以上。目前临床骨组织缺损主要靠自体/异体骨组织来修复，但是这些治疗方法都有其固有的缺陷。如自体能提供给骨缺损部位移植的骨组织较少同时需要牺牲提供骨组织区域骨的功能，并且取自体骨需要另行手术增加了感染的风险，而异体组织来源困难且可能存在免疫和伦理上的问题，从而使制备生物相容性好、可降解聚合物作为骨组织工程的替代材料获得了广泛研宄，高压静电纺丝就是其中一种制备生物相容性好、可降解聚合物作为骨组织工程的替代材料的常规方法。
[0003]具体来说，高压静电纺丝就是将聚合物溶液或熔体在高压静电场下进行拉伸、冷却或溶剂挥发形成纤维的技术，其是最常见也是最简单的用来制造纳米纤维的技术，1934年因Formhals申请注册首个专利而闻名于世(US2187306A)。高压静电纺丝纤维虽有文献报道称其具有制备简单、可控，高孔隙率及比表面积，功能化表面等优良特点，并被广泛应用于组织工程，如 Ramier 等(Ramier J, Grande D, Bouderlique T et al.From design ofb1-based b1composite electrospun scaffolds to osteogenic differentiat1n ofhuman mesenchymal stromal cells.J Mater Sc1:Mater Med, 2014，25:1563 - 1575.)报道了在纺丝纤维上可以更好的诱导人骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，但遗憾的是，大多数静电纺丝纤维表面光滑不存在相互贯通的纳米级尺寸孔洞，这不仅限制了纤维支架的比表面积的进一步增加，同时也使得其作为骨组织工程支架时也不利于钙盐的沉积。
[0004]对于目前公开的通过控制一些静电纺丝的工艺条件可在纳米纤维表面形成所谓纳米“孔”方法，如2007年CN2921043Y中介绍了 “一种静电纺丝法制备的带有纳米孔的纤维”，尽管该专利也提及了所得纤维表面带有纳米孔，但该专利既未给出具体的制备方法，也未给出纤维丝表面纳米孔的形态检测等信息，因此该技术没有可行性及实用价值。又如曹胜光等(曹胜光，胡炳环，刘海清.静电纺制备纳米孔结构聚乳酸(PLLA)超细纤维.高分子学报.2010.10:1193-1198.)报道的在严格控制溶剂二氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺的比例、PLLA浓度和电场强度下，采用溶剂快速挥发使纤维表面的温度快速降低，形成热致相分离引起孔洞生成的方法。其成孔原理是，根据纤维表面温度的降低可使空气中的水汽凝结到纤维上，水是PLLA的非溶剂，水珠周围的PLLA溶液会凝固，当水挥发后就在PLLA纤维上留下了孔洞。该制备方法虽然可以在PLLA纤维丝表面形成纳米孔，但是因需要严格控制溶剂、浓度、电场条件，同时其成孔原理对环境湿度依赖性较强，故限制了其大规模工业化生产。
[0005]又如Casper 等(Casper, C.L., Stephens J.S., Tassi N.G., Chase B.and RaboltJ.F., Controlling Surface Morphology of Electrospun Polystyrene Fibers:Effectof Humidity and Molecular Weight in the Electrospinning Process.Macromoleculars, 2004.37:573-578.)报道通过严格控制环境湿度和苛刻的选择聚合物及其溶剂制成了表面多孔的纤维丝，其孔的直径在20-350nm。但首先，采用该技术无法在工厂环境下严格控制湿度来达到成孔效果，其次，该方法只能在纳米纤维表面形成纳米孔，未贯穿整个纤维，所形成的纳米孔相当于只是在纤维丝表面形成一些坑状的压迹。
[0006]又如Gupta 等(Gupta A, Saquing CD, Afshari M, et al.PorousNylon-6Fibers via a Novel Salt-1nduced Electrospinning Method.Macromoleculars, 2009, 42(3):709-715.)将尼龙-6和氯化镓溶于硝基甲烷中，通过高压静电纺丝制备成纤维，然后将纤维水洗24小时，除去纤维中的氯化镓，从而得到多孔的尼龙-6纳米纤维。该方法通过水洗除去静电纺丝纤维中的一种成分而成孔，制备工艺相对复杂，同时制备成的纤维上纳米孔分布极其不均匀，也难以制备成内部相互贯通的纳米孔网络。
[0007]又如Han 等人公开的(Han SQ, Son WK, Cho Dff, et al.Preparat1n ofporous ultra-fine fibers via selective thermal degradat1n of electrospunpolyetherimide/poly(3~hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate)fibers.PolymerDegradat1n and Stability.2004, 86 (2): 257-262.)采用热处理法制备带孔的纳米纤维，其是选用了两种不同分解温度的聚合物聚乙烯亚胺(PEI)和聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)按不同质量比共混进行静电纺丝，得到了光滑的PEI/PHBV复合纳米纤维，然后再对复合纳米纤维进行热处理(210°C和240°C )，使其中较低分解温度的聚合物分解后便形成带孔的纳米纤维。该方法虽然能形成带纳米孔的纤维，但需要经高温煅烧处理，制备过程繁琐，生产成本高，不利于大规模生产，同时形成的孔并没有形成纳米孔网络。
[0008]再如McCann 等人(Touny AH, Bhaduri SB.A Reactive ElectrospinningApproach for Nanoporous PLA/monetite Nanocomposite Fibers.Materials science&Engineering C-Materials for B1logical Application.2010, 30(8):1304-1312.)又报道了将静电纺丝接收装置放入液氮中，然后真空干燥除去溶剂，称可得到表面和内部都有多孔结构的纳米纤维，其原理在于纳米纤维在液氮中发生相分离形成溶剂富余相和聚合物富余相，聚合物富集相在其玻璃化温度之下会发生玻璃化，随着溶剂的挥发，就形成了内部和表面都有孔的聚合物纤维。但该种方法由于要大量使用液氮，制备条件复杂苛刻，同时其采用的原理为固液相分离，可控性较差。
[0009]还值得一提的是，不仅现有技术制备的这些纳米“孔”实际上只是一种存在于纤维丝表面的半封闭的“盲孔”(Silke Megelski, Jean S.Stephens, D.Bruce Chase, and JohnF.RaboIt.Micro-and Nanostructured Surface Morphology on Electrospun PolymerFibers.Macromolecules, 2002, 35, 8456-8466.)，同时其制备方法往往也过于繁琐、不易控制、重复性较差，不利于大批量工业化生产。
【发明内容】
[0010]本发明目的在于针对现有技术存在的不足，首先提供一种用高压静电纺丝技术制备的含纳米孔网络纤维。
[0011]本发明的另一目的是提供一种上述方法制备的含纳米孔网络纤维的应用。
[0012]本发明提供的高压静电纺丝制备的含纳米孔网络纤维，其特征在于该纤维是由聚碳酸亚丙醋(Poly (propylene carbonate)，PPC)与聚