一次成型的凝胶纤维复合支架材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及一种一次成型的凝胶纤维复合支架材料及其制备方法与应用。

背景技术：

细胞外基质是分布于细胞外空间，细胞分泌的由蛋白质和多糖构成的高度水合性纤维网络凝胶结构。细胞外基质的结构和成分比例在不同组织中略有差别，但是基本组成相似。细胞外基质基本由胶原/弹性蛋白构成纤维网络，其他非胶原糖蛋白、氨基聚糖和蛋白聚糖形成凝胶样基质并且为周围细胞提供附着位点。细胞外基质不仅参与组织结构的维持，而且对于细胞的存活形态、功能、代谢、增值、分化、迁移等基本生命活动产生影响。

细胞外基质对于细胞各项病理生理活动产生重要影响早已引起生物学领域的重视，也产生了许多细胞外基质材料产品。但是多数产品制备工艺较繁琐，产品价格较高，不能进行广泛基础研究应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服采用现有技术制备较繁琐产品价格高产量较低等缺点，提供一种一次成型的凝胶纤维复合支架材料及其制备方法与应用，以期在不同生物学基础研究进行应用。

本发明研究发现，采用现有技术制备的放细胞外基质材料中，制备工艺比较复杂，制备成分较单一，不能一次成型形成凝胶纤维复合材料。常见材料通常只考虑纤维结构或单一组分，而天然细胞外基质产品成本较高，产量少，基础应用较少。高压静电纺丝技术是一种工艺成熟的产生微纳米级纤维材料的常用方法。一型胶原蛋白和明胶是常用的用于细胞培养基底预处理的材料，两者均有促进细胞粘附铺展的功能。

基于以上发现，本发明提供了一种成本较低一次成型的凝胶纤维复合支架材料，该材料是基于高压静电纺丝技术和相分离技术制备而成。

本发明技术方案如下：

一次成型的凝胶纤维复合支架材料，其制备方法包括：通过高压静电方法制备电纺丝薄膜；然后浸泡于相分离溶液中制成所述一次成型的凝胶纤维复合支架材料。

电纺丝薄膜通过相分离溶液的作用，发生相分离形成纤维化凝胶网络结构。

所述制备电纺丝薄膜的原料包括聚己内酯、明胶、I型胶原蛋白；其中优选地，聚己内酯、明胶、I型胶原蛋白的质量比为10-20:10-20:5-10；进一步优选为10:10:5。

制备电纺溶液的溶剂优选为三氟乙醇。

制备电纺丝薄膜的条件包括：电压15-20kv，电纺距离10-20cm，电纺时间10-60min。

电纺针头型号可用12G型。

所述相分离溶液为水溶性碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的混合溶液，优选地，其中水溶性碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔浓度分别为0.05-0.1M；进一步优选均为0.05M。

或者所述相分离溶液为上述水溶性碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的混合溶液与透明质酸钠水溶液的混合溶液。

具体地，上述一次成型的凝胶纤维复合支架材料，其制备方法包括：

1)电纺溶液配制：将聚己内酯、明胶、I型胶原蛋白分别溶于三氟乙醇中，磁力搅拌3-6小时，制成质量分数10-20％聚己内酯溶液、10-20％明胶溶液、5-10％的I型胶原蛋白溶液；

2)高压静电纺丝：以步骤1)制备的聚己内酯溶液、明胶溶液和I型胶原蛋白溶液为原料，进行高压静电纺丝，制得电纺丝薄膜；

电纺条件：电压为15-20kv，电纺距离为10-20cm，电纺针头型号为12G，电纺时间为10-60min；

3)相分离溶液配制：分别配制1M水溶性碳二亚胺溶液和1M的N-羟基琥珀酰亚胺溶液；将该两种溶液等体积完全混合后，稀释10倍，制得相分离溶液；

或者进一步将所制得的相分离溶液与质量体积分数为1％的透明质酸钠水溶液按1:1的体积混合；

4)将步骤2)制得的电纺丝薄膜浸泡于步骤3)制得的相分离溶液中，作用至少20min，用纯水洗净，即得所述一次成型的凝胶纤维复合支架材料。

本发明还包括所述方法制得的一次成型的凝胶纤维复合支架材料。

本发明还包括上述一次成型的凝胶纤维复合支架材料在用作细胞培养基底、移植材料等方面的应用。

本发明中所述复合支架材料是一种仿细胞外基质复合材料，还可添加多种天然生物材料进行改造，使之成分上更接近细胞外基质。

本发明优点或有益效果在于：较其他现有细胞外基质材料制备工艺更简单，更易储存和运输，成本更低，有利于广泛应用于基础研究。

本发明制备的高压静电纺丝薄膜生物相容性高，弹性模量更高，在皮肤、器官表面贴合度好，更适应用于细胞培养基底、移植材料。

附图说明

图1为实验例1实验样品表面形貌电子显微表征图。

图2为实验例1实验样品应力应变曲线图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

聚己内酯，分子量为80000，购于sigma/vetec；

明胶，购于sigma/vetec；

I型胶原蛋白，购于四川铭让生物科技有限公司；

三氟乙醇，购于阿拉丁(上海晶纯生化科技股份有限公司)；

高压电源购于东文高压电源有限公司；

水溶性碳二亚胺，购自阿拉丁(上海晶纯生化科技股份有限公司)公司；N-羟基琥珀酰亚胺，购自阿拉丁(上海晶纯生化科技股份有限公司)公司。

透明质酸钠，购自阿拉丁(上海晶纯生化科技股份有限公司)公司，由微生物发酵法制备。

实施例1

一次成型的凝胶纤维复合支架材料，其制备方法包括：

1)电纺溶液配制：将聚己内酯、明胶、I型胶原蛋白分别溶于三氟乙醇中，磁力搅拌3-6小时，制成质量分数10％聚己内酯溶液、10％明胶溶液、5％的I型胶原蛋白溶液。

2)高压静电纺丝：以步骤1)制备的10％聚己内酯溶液、10％明胶溶液和5％的I型胶原蛋白溶液为原料，进行高压静电纺丝，制得电纺丝薄膜。

电纺条件：电压为15-20kv，电纺距离为10-20cm，电纺针头型号为12G，电纺时间分别为10min、30min、60min。

3)相分离溶液配制：分别配制1M水溶性碳二亚胺溶液和1M的N-羟基琥珀酰亚胺溶液。将该两种溶液完全混合后，稀释10倍，制得相分离溶液。

4)将步骤2)制得的电纺丝薄膜浸泡于步骤3)制得的相分离溶液中，作用至少20min，用纯水洗净，即得所述一次成型的凝胶纤维复合支架材料。

实施例2

一次成型的凝胶纤维复合支架材料，其制备方法包括与实施例1的区别仅在于步骤3)所用相分离溶液不同。

本实施例相分离溶液：分别配制1M水溶性碳二亚胺溶液和1M的N-羟基琥珀酰亚胺溶液；将该两种溶液等体积完全混合后，稀释10倍，制得甲液；

配制质量体积分数为1％的透明质酸钠水溶液，作为乙液。将甲液与乙液按1:1的体积混合后作为相分离溶液，再进行薄膜的相分离。

实施例3

一次成型的凝胶纤维复合支架材料，其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤1)中电纺溶液分别配制成质量分数20％聚己内酯溶液、20％明胶溶液、10％的I型胶原蛋白溶液。

实施例4

一次成型的凝胶纤维复合支架材料，其制备方法与实施例1的区别仅在于步骤3)相分离溶液配制包括：分别配制1M水溶性碳二亚胺溶液和1M的N-羟基琥珀酰亚胺溶液；将该两种溶液等体积完全混合后，稀释5倍，制得相分离溶液。

实验例材料表面形貌表征

实验样品：实施例1步骤2)制得的电纺丝薄膜(分相前)及步骤4)制得的一次成型的凝胶纤维复合支架材料(分相后)。

实验样品表面形貌表征通过电子显微镜和测得：仪器为场发射环境扫描电子显微镜(品牌FEI，Quanta 200FEG)；120KV透射电子显微镜(品牌日立，HT7700)，结果见图1，其中：

(A)为电纺丝薄膜(分相前)透射电子显微镜图像；

(B)为一次成型的凝胶纤维复合支架材料(分相后)透射电子显微镜图像；可见高压静电纺丝薄膜分相后表面产生了凝胶状高分子网络；

(C)为电纺丝薄膜(分相前)环境扫描电子显微镜图像；

(D)为一次成型的凝胶纤维复合支架材料(分相后)环境扫描电子显微镜图像；可见高压静电纺丝分相后表面变得不光滑的凝胶状物质。

实验样品膜厚度通过台阶仪测得：仪器为接触式表面形貌测量仪(品牌BRUKER,Dektak-XT)，结果见表1，可见同一纤维薄膜分相后厚度大大减小。

表1

实验样品弹性模量通过动态机械性能分析仪测得：仪器为动态机械性能分析仪(品牌TA，DMA-Q800)，准静态拉伸测试，结果详见图2。

图2横坐标Strain表示应力变化百分比，纵坐标Stress表示应力大小，实线“—2”表示电纺丝薄膜(分相前)应力应变曲线；虚线“--1”表示一次成型的凝胶纤维复合支架材料(分相后)应力应变曲线。经计算，分相前纤维薄膜弹性模量为：148.23±21.68MP；分相后纤维薄膜弹性模量为：180.55±60.46MPa。可见，同一纤维薄膜分相后，弹性模量显著增加。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。