纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜及其制备方法，该方法首先将生物相容性材料溶解于有机溶剂中，形成纺丝溶液；之后通过静电纺丝方式在基底上形成纺丝结构；最后在覆盖有纺丝结构的基底上沉积聚对二甲苯(Parylene)薄膜；将沉积薄膜从基底上剥离释放，形成纺丝增强的复合薄膜。本发明制备的聚对二甲苯复合薄膜拥有较好的金属基底结合力、力学拉伸性能和热学与紫外稳定性；易于通过变化材料种类和制备参数来调整和控制复合薄膜的功能和性能；制备纺丝增强的聚对二甲苯薄膜的工艺过程简单，制造成本低，有利于大量重复制备。
【专利说明】纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生物医学工程【技术领域】的表面包覆薄膜及其制备方法，具体地，涉及一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着微加工技术的不断发展，越来越多的植入式和介入式医疗器械和医疗电子器件被研发并在临床治疗中得到广泛的应用，如:血管支架、微创医疗导丝和心脏起搏器。这类医疗器械和电子器件在通过手术与人体组织直接接触并发挥功能过程中面临着同样的问题，即直接与组织相互作用时的生物相容性问题，也就是尽可能少的引起生物组织的排异反应，减少对生物组织的伤害。这样便需要具有良好生物相容性的薄膜材料对医疗器械和电子器件外表面进行包覆，以减小生物组织对其产生的排异反应。
[0003]聚对二甲苯(Parylene)是美国FDA认证的可植入生物相容材料，被广泛应用于表面包覆材料和制造柔性薄膜电子器件，其本身拥有很好的透光性和结构覆盖性。但是聚对二甲苯薄膜同时具有与金属的结合力较差、力学拉伸性能较差和热稳定性与紫外环境稳定性较差的缺点。纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜是利用静电纺丝材料对化学气相沉积的聚对二甲苯掺杂而形成的复合薄膜，能够改善和提高上述的纯聚对二甲苯薄膜的不足之处。
[0004]经对现有技术文献的检索发现，Ju1-Mei Hsu等在IEEE TRANSACT1NS ONB1MEDICAL ENGINEERING.56 (2009) 23 撰文 “Encapsulat1n of an Integrated NeuralInterface Device With Parylene C” ( “利用聚对二甲苯(Parylene C)对集成神经接口器件的封装”《美国电子电气工程师协会生物医学工程学报》)。该文献中提及了一种利用纯聚对二甲苯薄膜封装植入式生物医疗器件的技术。该技术通过化学气相沉积和等离子体刻蚀的方法选择性包覆神经电极阵列表面起到绝缘作用，仅露出电极点尖端。其缺点在于随着重复使用电极或长期植入到生物组织当中的时间增加，作为包覆和绝缘材料的纯聚对二甲苯薄膜会逐渐与基底剥离甚至脱落，从而影响器件的性能，甚至可能对生物组织产生伤害。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜及其制备方法，该薄膜的制备工艺简单，采用静电纺丝和化学气相沉积的工艺制备，易于通过变换纺丝材料的材质和参数改变薄膜的性能满足不同需求。同时制备该薄膜的成本较低，有利于大量重复制备生产。
[0006]为实现以上目的，本发明提供一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，所述方法步骤包括:
[0007]第一步、将生物相容性材料溶解于有机溶剂中，形成纺丝溶液；
[0008]第二步、通过静电纺丝方式在基底上形成纺丝结构；
[0009]第三步、在覆盖有纺丝结构的基底上沉积聚对二甲苯(Parylene)薄膜；
[0010]第四步、将沉积薄膜从基底上剥离释放，形成纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜。
[0011]优选地，第一步中，所述的生物相容性材料为聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)和聚乳酸-乙醇酸(PLGA)及其共聚物，以及功能纳米材料和生物分子掺杂的上述聚合物中任一种。所选的不同种生物相容性材料拥有不同的力学拉伸性能和与基底粘接性能，作为纺丝结构制备的复合薄膜因而拥有不同的力学拉伸性能和基底结合力；所选的不同种生物相容性材料通过拥有良好热稳定性或紫外吸收性能的纳米材料和生物分子掺杂，形成纺丝结构制备的复合薄膜因而具有良好的热学和紫外稳定性。
[0012]优选地，第一步中，所述的有机溶剂为三氯甲烷(氯仿)、二甲基甲酰胺(DMF)或两者的混合物，所选有机溶剂能够较为快速地溶解上述生物相容性纺丝材料和功能纳米材料和生物分子，便于后步溶解和静电纺丝步骤实施，且较为容易获得。
[0013]优选地，第一步中，所述的溶解为使用加热和搅拌的方式使溶质均匀分散在溶剂当中，所选溶解方法能够较为快速地使各种溶质分散均匀，便于后步静电纺丝步骤实施。
[0014]优选地，第二步中，所述的静电纺丝为由注射泵匀速推出的纺丝溶液通过高电压静电场以微米或纳米纤维形态沉积到基底上，所选静电纺丝方法有利于制备出结构和尺寸均匀的纺丝结构，能够通过增大注射泵中纺丝流速增加单根纺丝直径，能够通过增大电场极板距离减小单根纺丝直径，能够通过增大电场强度增加单根纺丝直径；纺丝结构的力学拉伸性能随着单根纺丝直径的增加而增加，因而制备的复合薄膜的力学拉伸性能随之增加。
[0015]优选地，第二步中，所述的基底为玻璃片、硅片、聚合物薄膜、金属及合金薄片中任一种，所选基底材料有利于形成结构和尺寸均匀的纺丝结构。
[0016]优选地，第二步中，所述的纺丝结构为单根纺丝直径为10纳米至10微米相互交叉重叠的结构，所选纺丝结构尺寸参数配合于后步沉积薄膜步骤，单根纺丝直径的增加使得复合薄膜力学拉伸性能增加。
[0017]优选地,第三步中，所述的沉积聚对二甲苯(Parylene)薄膜，厚度为I微米至20微米，所选沉积聚对二甲苯薄膜厚度范围直接决定制备复合薄膜的厚度尺寸。
[0018]优选地，第三步中，所述的沉积为化学气相沉积，所选沉积方式有利于形成尺寸均一、性质稳定的聚对二甲苯薄膜。
[0019]优选地,第三步中，所述的聚对二甲苯(Parylene)为Parylene C、Parylene D、Parylene N和Parylene HT中任一种,所选聚对二甲苯种类适合于通过化学及相沉积方式配合静电纺丝结构形成复合薄膜。
[0020]本发明还提供一种上述方法制备的纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜。
[0021]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0022]本发明采用静电纺丝和化学气相沉积的方法制备纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜，制备的纺丝增强的对二甲苯复合薄膜由于生物相容性纺丝材料形成纺丝结构与基底有较好的粘接性，因而拥有较好的金属基底结合力，相对于纯聚对二甲苯薄膜，纺丝增强的聚对二甲苯薄膜能够较好的与基底结合，不易从基底上脱落；生物相容性纺丝材料形成的纺丝结构相较于聚对二甲苯薄膜拥有更好的力学拉伸性能，因而制备的纺丝增强聚对二甲苯复合薄膜相较于纯聚对二甲苯薄膜力学拉伸性能提高；通过拥有良好热稳定性和紫外吸收性能的纳米粒子和生物分子掺杂得到纺丝结构，并以此制得的纺丝增强聚对二甲苯薄膜拥有良好的热学与紫外稳定性。制备过程中，易通过调节静电纺丝参数，包括:纺丝溶液流速、电场极板距离和电场强度，以及改变纺丝溶液种类参数和对纺丝溶液掺杂，来精确控制和变换纺丝性能。通过化学气相沉积方式，能够精确控制最终形成的纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜；并且能够调整聚对二甲苯的种类和沉积参数，制成对应的纺丝增强的聚对二甲苯薄膜。制备纺丝增强的聚对二甲苯薄膜的工艺过程简单，制造成本低，有利于大量重复制备。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0024]图1为本发明制备方法制备纺丝增强的聚对二甲苯薄膜的工艺过程示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0026]实施例1
[0027]如图1所示，本实施例提供一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，包括:
[0028]1.将聚乳酸(PLA)溶解于三氯甲烷(氯仿)中，通过加热和搅拌方式使溶质充分溶解，形成聚乳酸纺丝溶液；
[0029]2.将聚乳酸纺丝溶液通过静电纺丝方式沉积到不锈钢片基底上，形成单根直径为10至100纳米的纺丝结构；
[0030]3.在覆盖有纺丝结构的不锈钢片基底上化学气相沉积I微米的Parylene C薄膜；
[0031]4.将在不锈钢片基底上沉积形成的薄膜从基底上剥离释放下来，形成聚乳酸纺丝增强的Parylene C复合薄膜。制备的聚乳酸纺丝增强的聚对二甲苯Parylene C复合薄膜在不锈钢基底上的结合力相较于纯聚对二甲苯Parylene C薄膜有所提高；且复合薄膜的力学拉伸杨氏模量相较于纯聚对二甲苯Parylene C薄膜有所增大。
[0032]实施例2
[0033]如图1所示，本实施例提供一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，包括:
[0034]1.将聚己内酯(PCL)和二氧化钛纳米粒子溶解于三氯甲烷(氯仿)和二甲基甲酰胺(DMF)混合液中，通过搅拌方式使溶质充分溶解，形成聚己内酯(PCL)和二氧化钛纳米粒子混合纺丝溶液；
[0035]2.将聚己内酯和二氧化钛纳米粒子混合纺丝溶液通过静电纺丝方式沉积到玻璃片基底上，形成单根直径为400至600纳米的纺丝结构；
[0036]3.在覆盖有纺丝结构的玻璃片基底上化学气相沉积5微米的Parylene D薄膜；
[0037]4.将在玻璃片基底上沉积形成的薄膜从基底上剥离释放下来，形成聚己内酯和二氧化钛纳米粒子纺丝增强的Parylene D复合薄膜。制备的聚己内酯纺丝增强的聚对二甲苯Parylene D复合薄膜在不锈钢基底上的结合力相较于纯聚对二甲苯Parylene D薄膜有所提高；且复合薄膜的力学拉伸杨氏模量相较于纯聚对二甲苯Parylene D薄膜有所增大；由于复合薄膜含有紫外吸收性能和热稳定性良好的二氧化钛纳米粒子，复合薄膜的紫外稳定性和热稳定性相较于纯聚对二甲苯Parylene D薄膜有所增强。
[0038]实施例3
[0039]如图1所示，本实施例提供一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，包括:
[0040]1.将聚乳酸-乙醇酸(PLGA)和神经生长因子(NGF)溶解于三氯甲烷(氯仿)和二甲基甲酰胺(DMF)混合液中，通过加热和搅拌方式使溶质充分溶解，形成聚乳酸-乙醇酸(PLGA)和神经生长因子(NGF)混合纺丝溶液；
[0041]2.将聚乳酸-乙醇酸(PLGA)和神经生长因子(NGF)混合纺丝溶液通过静电纺丝方式沉积到聚苯乙烯基底上，形成单根直径为5至10微米的纺丝结构；
[0042]3.在覆盖有纺丝结构的聚苯乙烯基底上化学气相沉积20微米的Parylene N薄膜；
[0043]4.将在聚苯乙烯基底上沉积形成的薄膜从基底上剥离释放下来，形成聚乳酸-乙醇酸(PLGA)和神经生长因子(NGF)纺丝增强的Parylene C复合薄膜。制备的聚乳酸-乙醇酸纺丝增强的聚对二甲苯Parylene N复合薄膜在不锈钢基底上的结合力相较于纯聚对二甲苯Parylene N薄膜有所提高；且复合薄膜的力学拉伸杨氏模量相较于纯聚对二甲苯Parylene N薄膜有所增大；由于复合薄膜含有促进神经分化生长的神经生长因子，复合薄膜相较于纯聚对二甲苯Parylene N薄膜促进神经分化和生长。
[0044]通过本发明制备的一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜具有良好的生物相容性，并能够改善纯聚对二甲苯薄膜的与基底材料结合力、力学拉伸性能和稳定性问题。该薄膜的制备工艺简单，采用静电纺丝和化学气相沉积的工艺制备，易于通过变换纺丝材料的材质和参数改变薄膜的性能满足不同需求。同时制备该薄膜的成本较低，有利于大量重复制备生产。
[0045]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法步骤包括: 第一步、将生物相容性材料溶解于有机溶剂中，形成纺丝溶液； 第二步、通过静电纺丝方式在基底上形成纺丝结构； 第三步、在覆盖有纺丝结构的基底上沉积聚对二甲苯Parylene薄膜； 第四步、将沉积薄膜从基底上剥离释放，形成纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，其特征在于，第一步中，所述的生物相容性材料为聚乳酸PLA、聚乙醇酸PGA、聚己内酯PCL、聚乙二醇PEG和聚乳酸-乙醇酸PLGA及其共聚物中一种，以及功能纳米材料和生物分子掺杂的上述聚合物中一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，其特征在于，第一步中，所述的有机溶剂为三氯甲烷、二甲基甲酰胺DMF或两者的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，其特征在于，第一步中，所述的溶解为使用加热和搅拌的方式使溶质均匀分散在溶剂当中。
5.根据权利要求1所述的一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，其特征在于，第二步中，所述的静电纺丝为由注射泵匀速推出的纺丝溶液通过高电压静电场以微米或纳米纤维形态沉积到基底上；所述的基底为玻璃片、硅片、聚合物薄膜、金属及合金薄片中任一种。
6.根据权利要求1或5所述的一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，其特征在于，第二步中，所述的纺丝结构为单根纺丝直径为10纳米至10微米相互交叉重叠的结构。
7.根据权利要求1所述的一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，其特征在于,第三步中，所述的聚对二甲苯Parylene薄膜厚度为I微米至20微米。
8.根据权利要求1或7所述的一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，其特征在于，第三步中，所述的沉积为化学气相沉积。
9.根据权利要求1或7所述的一种纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜的制备方法，其特征在于,第三步中，所述的聚对二甲苯Parylene为Parylene C、Parylene D、Parylene N、Parylene HT 中任一种。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述方法制备的纺丝增强的聚对二甲苯复合薄膜。
【文档编号】A61L31/06GK104258473SQ201410514228
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】刘景全, 田鸿昌, 康晓洋, 何庆, 杨斌, 陈翔, 杨春生 申请人:上海交通大学