胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种可用于组织修复的材料及其制备方法，尤其涉及一种鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米膜材料及其制备方法，所述复合纳米膜材料可用于生物医学领域,如敷料,神经,血管,组织工程支架等。

背景技术：
敷料是一类可以起到暂时保护伤口、防止外界病菌侵入、促进愈合的医用材料。常规敷料如纱布及与之配套的氧化锌胶布，这类敷料透气性良好，但易使伤口粘连严重。合成敷料如由聚四氟乙烯、有机硅、聚氯乙烯等聚合物材料制成的敷料，这些敷料有较好的透气性和透湿性。韩国专利KR10-2008-0112921公开了一种亲水性泡沫敷料的制备方法，包括：透湿防水性聚氨酯薄膜层的制备步骤；聚氨酯预聚物制备步骤；聚氨酯发泡混合液制备步骤；具有粘性的胶体状聚氨酯泡沫层制备步骤；层压胶体状聚氨酯泡沫层和聚氨酯薄膜层的步骤；及以卷的形式缠绕所制备的聚氨酯泡沫敷料并熟化的步骤，而且将所制备而成的泡沫敷料浸渍于湿润剂并进行干燥之后，通过氧气等离子处理的表面改性，提高泡沫敷料吸收速度。本发明因大幅提高生产性及加工效率，因此可大量生产泡沫敷料，大幅降低生产成本，可以低廉的费用制备具有优秀物性的泡沫敷料。PCT专利WO2008/058535A公开了一种薄膜敷料，并具体公开了聚氨酯、EVA共聚物、丙烯酸类聚合物、硅树脂、聚乙烯醚衍生物材料。US2011280927A1公开了一种用作皮肤敷料的组合物，含有弹性体、粘合剂以及沸石，沸石可以释放一氧化氮，当用于伤口或潮湿的皮肤时，能够长期稳定的释放具有治疗效果的一氧化氮。但上述材料不能和纤维蛋白结合，必须衬垫能与纤维蛋白结合的材料，且无良好的贴附性。PCT专利WO2009/097672A公开了一种用于治疗皮肤损伤的药物组合物和敷料，以胶原(牛I型胶原)为基质，并包括铈盐、以及载体(水)，可局部施用于各种损伤类型，如涉及微生物蛋白或HSP相关毒素释放的皮肤损伤、涉及烧伤皮肤毒性形成或者LPC的烧伤、慢性溃疡性皮肤损伤、严重感染等皮肤损伤。但是应用范围有限。

技术实现要素：
为了解决上述一般敷料存在的问题，本发明提供了一种用于创伤修复的新型的抗菌性生物材料，并使之具备优异的机械性能和生物相容性。因此，本发明的第一个方面是提供一种制备胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜材料的方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，提供胶原溶液、壳聚糖溶液、介孔生物玻璃凝胶；步骤2，将胶原溶液和壳聚糖溶液混合，然后加入介孔生物玻璃凝胶，得到胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃共混溶液；步骤3，通过静电纺丝的方法制备胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜。其中，所述胶原一般来源于动物，如动物骨或结缔组织，可以是来源于禽类、畜类、水生动物，如牛、猪、驴、羊、骡、马等。其中鱼胶原比传统陆生动物来源的胶原还具有低免疫原性，来源广泛，安全性好等优点。因此，本发明所述胶原优选为鱼胶原。所述胶原溶液中，溶剂可以是任意能够溶解胶原的有机和/或无机溶剂，如水、羧酸、酯、醇、酮、醛等，具体例子选自：水、甘油、醋酸、卤代有机醇，更优选为选自：氟代有机醇、氟代酮、氟代酮，更优选为全氟代有机醇、全氟代酮、全氟代醛，最优选为六氟异丙醇。所述胶原溶液中，胶原浓度优选为5-15g/100ml，更优选为6-13g/100ml，更优选为7-10g/100ml，最优选为8g/100ml。其中，所述壳聚糖溶液中，壳聚糖浓度优选为5-15g/100ml，更优选为6-13g/100ml，更优选为7-10g/100ml，最优选为8g/100ml。所述壳聚糖数据分子量为1万至20万，优选为2万至7万，更优选为3万至5万。所述壳聚糖可以是纯壳聚糖、烷基化壳聚糖、酰基化壳聚糖、磺化壳聚糖、羧烷基壳聚糖(如羧甲基壳聚糖)、羟烷基化壳聚糖(如羟乙基化壳聚糖)、硝化壳聚糖、卤化壳聚糖中的任意一种或几种的混合物。所述壳聚糖溶液中，溶剂可以是任意能够溶解壳聚糖的溶剂，如水、醇、有机羧酸、酯、酮、醛等，并优选为卤代醇和/或卤代羧酸，并优选为全氟代醇和/或全氟代羧酸，如六氟异丙醇与三氟乙酸的混合物。羧酸壳聚糖溶液中，溶剂最优选为六氟异丙醇与三氟乙酸的混合物，六氟异丙醇与三氟乙酸体积比优选为(5-15)∶1，更优选为(6-13)∶1，更优选为(8-12)∶1，更优选为(9-10)∶1，最优选为9∶1。其中，所述介孔生物玻璃凝胶采用溶胶-凝胶法制备，制备方法为：将聚合物和酸溶解于溶剂中，加入正硅酸酯、钙盐、磷酸酯，60-100℃陈化，得到介孔生物玻璃凝胶。其中，所述聚合物可以是共聚物或均聚物，可以是天然高分子材料和/或人工合成高分子材料。所述天然高分子材料如甲壳素、壳聚糖、卡拉胶、黄原胶、透明质酸、海藻酸钠、纤维素、改性纤维素(如羟烷基纤维素、烷基纤维素、芳基纤维素、芳烷基纤维素、羧基烷基纤维素、纤维素无机酸酯、纤维素有机酸酯等)、淀粉、改性淀粉(如氧化淀粉、接枝淀粉、醚化淀粉、酯化淀粉)、动物毛发、蚕丝。所述人工合成高分子材料可以是聚烯烃、环氧树脂、聚醚、聚酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯等，并优选为聚醚，如聚氧化乙烯、聚氧化丙烯，氧化乙烯/氧化丙烯共聚物。所述共聚物可以是无规共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物，所述聚合物最优选为氧化乙烯与氧化丙烯共聚物嵌段共聚物，如氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物。所述介孔生物玻璃凝胶中，介孔生物玻璃材料的浓度优选为1-10g/100ml，更优选为1-8g/100ml，更优选为1.5-7g/100ml，更优选为2-6g/100ml，更优选为3-5g/100ml，更优选为3-4g/100ml，更优选为3-3.5g/100ml。介孔生物玻璃凝胶的制备方法中，所述酸可以是有机酸和/或无机酸。所述有机酸可以是一元羧酸或多元羧酸，如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、苯甲酸、柠檬酸等。所述无机酸选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、亚硫酸、氢溴酸。所述酸更优选为无机酸，并且最优选为盐酸。介孔生物玻璃凝胶的制备方法中，所述钙盐可以是任意能够溶解的钙盐，具体例子选自：氯化钙、硝酸钙、醋酸钙、柠檬酸钙、乳酸钙、碳酸钙、碳酸氢钙、溴化钙、亚硫酸钙、亚硫酸氢钙；并且最优选为硝酸钙。所述磷酸酯可以是单酯、二酯或三酯，如甲酯、乙酯、丙酯、丁酯，最优选为磷酸三乙酯。所述正硅酸酯为正硅酸烷基酯(四烷氧基硅烷)，如正硅酸甲酯(四甲氧基硅烷)、正硅酸乙酯(四乙氧基硅烷)等，并最优选为正硅酸乙酯。介孔生物玻璃凝胶的制备方法中，所述陈化过程中，温度优选为70-90℃，更优选为80℃；陈化时间优选为36-100h，优选为40-100h，优选为48-96h，更优选为60-84h，如72h。介孔生物玻璃凝胶的制备方法更具体地优选为：将氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物和氯化氢溶解于乙醇中，室温下搅拌12-36h(优选为15-30h，更优选为20-28h，如24h)后加入正硅酸乙酯、硝酸钙、磷酸三乙酯，继续搅拌12-36h(优选为15-30h，更优选为20-28h，如24h)，然后在60-100℃(优选为70-90℃，更优选为80℃)陈化36-100h(优选为40-100h，优选为48-96h，更优选为60-84h，如72h)，得到介孔生物玻璃凝胶。介孔生物玻璃凝胶的制备方法中，所述溶剂指的是能够用于所述溶胶-凝胶法的任意溶剂，如卤代烃、芳烃、醇、酯、羧酸、酮、醛类溶剂，并优选为醇，如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、甘油，更优选为乙醇。本发明上述的方法中，胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃共混溶液中，胶原、壳聚糖和介孔生物玻璃的重量比优选为(20-10)∶(0.5-5)∶(0.5-5)；更优选为(20-10)∶(0.5-3)∶(0.5-3)，更优选为(20-10)∶(0.5-2)∶(0.5-2)，更优选为(20-10)∶1∶1。本发明上述的方法中，所述的静电纺丝工艺参数优选为：电压为16-18kV，溶液流速为0.8-1.2mL/h，接收距离为12cm-15cm，纺丝在室温下进行。本发明的第二个方面是提供一种胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜材料，其中，所述胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜材料包括胶原、壳聚糖和介孔生物玻璃材料。所述胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜材料优选为由本发明第一个方面所述方法制备。本发明第一个方面中所述的胶原和/或壳聚糖和/或介孔生物玻璃材料均优选地应用于本发明第二个方面所述的胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜材料中。本发明第二个方面的一个优选实施例中，所述膜材料由平均直径为150-350nm的纤维组成。所述纤维的平均直径更优选为160-300nm，更优选为180-250nm，更优选为190-220mm。所述纤维直径分布优选为双峰分布，并优选为两个峰值分别位于100-150nm以及200-250nm范围内。本发明的优点在于：(1)胶原的特点有抗张强度高，延展性低，生物相容性好等，做成敷料后与创面有很好的亲合性和粘合力，且有可生物降解性，有利于创伤组织的愈合。(2)壳聚糖是一种天然可降解材料，是甲壳素的脱乙酰化产物，它具有抗菌性，还能刺激纤维母细胞的分裂，促进透明质酸等糖胺多糖的分泌，并能抑制成纤维细胞的生长，促进伤口愈合，减轻疤痕的形成。已有研究将胶原与壳聚糖共混制成纳米纤维膜，所制得的材料孔隙率高，有良好的生物相容性和血液相容性，但力学性能不佳。(3)介孔生物玻璃的生物相容性和力学强度高，生物活性好，有抗菌性，易于降解。(4)本发明介孔生物玻璃中，所含硅粒子具有抗菌性。(5)本发明使用静电纺丝法在一定的比例下将介孔生物玻璃凝胶加入胶原溶液中共混纺丝，可以得到具有较高的比表面积和孔隙率的复合纳米纤维膜材料，且增强了材料的生物相容性和机械性能。因此，所述膜材料的制备方法简单，其在体内可降解，具有抗菌性，且力学性能和细胞亲和性好，又具有生物可降解性，是一种理想的医用敷料，可用作创伤敷料促进坏损组织康复等。附图说明图1是实施例1制得的鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的扫描电镜图；图2是实施例1制得的鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的直径分布；图3是实施例2制得的鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的扫描电镜图；图4是实施例2制得的鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的直径分布；图5是实施例3制得的鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的扫描电镜图；图6是实施例3制得的鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃复合纳米纤维膜的直径分布。具体实施方式下面结合具体实例，进一步阐述本发明，需理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实例一：将氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物和氯化氢溶解于乙醇中，室温下搅拌24h后加入正硅酸乙酯、硝酸钙、磷酸三乙酯，继续搅拌24h，然后在80℃陈化72h，得到3.4g/100ml浓度的介孔生物玻璃凝胶。用电子分析天平称取0.16克鱼胶原溶于2毫升六氟异丙醇中得到浓度为8克/100毫升的鱼胶原溶液；用电子分析天平称取0.16克壳聚糖溶于2毫升六氟异丙醇与三氟乙酸(体积比为9/1)的混合溶液中，得到浓度为8克/100毫升的壳聚糖溶液。将0.1毫升壳聚糖溶液加入2毫升鱼胶原溶液中，常温下磁力搅拌待完全溶解后，再加入0.235毫升介孔生物玻璃凝胶混合并搅拌得到质量比为20/1/1的鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃共混溶液，静置十分钟后静电纺共混溶液,电压为18kv，注射泵推进速度为1ml/h,,接收距离为13cm，选用9号针头，铝箔接收或粗棉基布接收，得到静电纺鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃共混纳米纤维的无纺布基质。从图1和图2可以看出，纤维均直径为197nm，并且纤维直径主要分布于100-150nm以及200-250nm范围，其它直径范围内纤维数目很少，纤维直径基本上为双峰分布。实例二：将氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物和氯化氢溶解于乙醇中，室温下搅拌24h后加入正硅酸乙酯、硝酸钙、磷酸三乙酯，继续搅拌24h，然后在80℃陈化72h，得到3.4g/100ml浓度的介孔生物玻璃凝胶。用电子分析天平称取0.16克鱼胶原溶于2毫升六氟异丙醇中得到浓度为8克/100毫升的鱼胶原溶液；用电子分析天平称取0.16克壳聚糖溶于2毫升六氟异丙醇与三氟乙酸(体积比为9/1)的混合溶液中，得到浓度为8克/100毫升的壳聚糖溶液。将0.133毫升壳聚糖溶液加入2毫升鱼胶原溶液中，常温下磁力搅拌待完全溶解后，再加入0.314毫升介孔生物玻璃凝胶混合并搅拌得到质量比为15/1/1的鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃共混溶液，静置十分钟后静电纺共混溶液,电压为18kv，注射泵推进速度为1ml/h,,接收距离为13cm，选用9号针头，铝箔接收或粗棉基布接收，得到静电纺鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃共混纳米纤维的无纺布基质。从图3和图4可以看出，纤维均直径为207nm，并且纤维直径主要分布于100-150nm以及200-250nm范围，其它直径范围内纤维数目很少，纤维直径基本上为双峰分布。实例三：将氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物和氯化氢溶解于乙醇中，室温下搅拌24h后加入正硅酸乙酯、硝酸钙、磷酸三乙酯，继续搅拌24h，然后在80℃陈化72h，得到3.4g/100ml浓度的介孔生物玻璃凝胶。用电子分析天平称取0.16克鱼胶原溶于2毫升六氟异丙醇中得到浓度为8克/100毫升的鱼胶原溶液；用电子分析天平称取0.16克壳聚糖溶于2毫升六氟异丙醇与三氟乙酸(体积比为9/1)的混合溶液中，得到浓度为8克/100毫升的壳聚糖溶液。将0.2毫升壳聚糖溶液加入2毫升鱼胶原溶液中，常温下磁力搅拌待完全溶解后，再加入0.471毫升介孔生物玻璃凝胶混合并搅拌得到质量比为10/1/1的鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃共混溶液，静置十分钟后静电纺共混溶液,电压为18kv，注射泵推进速度为1ml/h,,接收距离为13cm，选用9号针头，铝箔接收或粗棉基布接收，得到静电纺鱼胶原/壳聚糖/介孔生物玻璃共混纳米纤维的无纺布基质。从图3和图4可以看出，纤维均直径为209nm，并且纤维直径主要分布于100-150nm以及200-250nm范围，其它直径范围内纤维数目很少，纤维直径基本上为双峰分布。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。