一种含多级孔结构的复合立体支架材料的制作方法

本实用新型属于医用复合材料领域，具体涉及一种含多级孔结构的复合立体支架材料。

背景技术：

动物组织是由栽种了细胞的细胞外基质组成，而天然的细胞外基质是一种由多种蛋白和多聚糖组成的，尺寸在几十纳米到几微米的三维纤维多孔网状结构。通过静电纺丝得到的纳米纤维在形貌与尺寸上与天然的细胞外基质非常相似，因此非常有希望作为支架材料应用于细胞培养和组织工程，而静电纺丝技术的日渐成熟使得它能够生产结构复杂三维纳米支架，从而有利于不同类型的细胞在上面生长并形成人工组织。

静电纺丝是一种简单、灵活的制备纤维直径为几十到几百纳米的纺丝方法，其基本原理是：毛细管出口的聚合物溶液或熔体在高压静电场的作用下，变形成为泰勒锥，当静电排斥力超过液滴的表面张力时，泰勒锥的顶端处就会形成细流，并在电场的运动中得到进一步拉伸，同时随着溶剂挥发(或者熔体冷却)，得到纳米纤维。静电纺丝有以下几个明显的优势：1、高孔隙率；2、高比表面积；3、静电纺丝纤维的直径与结构与细胞外基质具有很好的相似性。同轴静电纺丝法制备复合结构纳米纤维材料虽只是近几年才起步，但其发展速度相当快。同轴静电纺丝使用不同的皮层组分和芯层组分，并在传统静电纺丝的装置上对纺丝头进行改进，纺出具有特殊结构和功能的复合纳米纤维。结构多层次纳米纤维应用较为广泛。同轴静电纺丝法主要用以制备中空纳米纤维(纳-微米管)，芯-壳结构纳米纤维等，其强大优势在于能够充分整合纤维中芯层和壳层的优良性能，所制备出的纳米纤维在生物医用材料、过滤、催化、能源、光电等领域发挥着巨大作用。

技术实现要素：

基于以上现有技术，本实用新型的目的在于提供一种含多级孔结构的复合立体支架。

本实用新型目的通过以下技术方案实现：

一种含多级孔结构的复合立体支架材料，由具有皮芯结构的纤维集合体通过网络互穿结构或层状互穿结构复合而成，所述纤维集合体的纤维直径为20～2000nm，所述复合立体支架具有三级孔结构，其中纤维集合体的纤维之间孔径大小在0.5～5μm之间，纤维表面微孔大小在10～1000nm之间，纤维芯层孔洞大小在5～800nm之间。

所述具有皮芯结构的纤维集合体是指通过同轴静电纺丝制备得到的纤维集合体。

所述含多级孔结构的复合立体支架材料通过同轴静电纺丝工艺将皮层组分和芯层组分加工成型，并采用动态凝固浴作为收集装置，使具有皮芯结构的纤维集合体形成网络互穿结构或层状互穿结构的复合结构，最后通过冷冻干燥、非溶剂致相分离-冷冻干燥、热致相分离、固液相分离等后处理方法，得到具有三级孔结构的复合立体支架材料。

本实用新型的复合立体支架材料具有如下优点及有益效果：

(1)本实用新型的复合立体支架材料由具有皮芯结构的纤维集合体形成网络互穿结构、层状互穿结构的复合结构，并通过后处理工艺得到三级孔结构；

(2)本实用新型的复合立体支架材料的纤维直径为20～2000nm，纤维之间孔径大小在0.5～5μm之间，纤维表面微孔大小在10～1000nm之间，纤维芯层孔洞大小在5～800nm之间，能够在形貌与尺寸上很好地模拟天然的细胞外基质；

(3)本实用新型的复合立体支架材料对细胞没有毒性，因此在与细胞相互接触的过程当中能够促进细胞粘附、增殖、迁移和分化。

附图说明

图1为本实用新型实施例1和3所得含多级孔结构的复合立体支架材料的网络互穿结构示意图；

图2为本实用新型实施例2所得含多级孔结构的复合立体支架材料的层状互穿结构示意图；

图3为本实用新型实施例1～3所得含多级孔结构的复合立体支架材料的三级孔结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例的一种含多级孔结构的复合立体支架材料，由由具有皮芯结构的纤维集合体通过网络互穿结构复合而成，其中纤维集合体的纤维直径为100-700nm之间，纤维之间孔径(一级孔)大小在1～2.5μm之间，纤维表面微孔(二级孔)大小在60～400nm之间，纤维芯层孔洞(三级孔)大小在45～350nm之间。本实施例所得复合立体支架材料的网络互穿结构示意图如图1所示，其三级孔结构示意图如图3所示。

本实施例的含多级孔结构的复合立体支架材料通过如下方法制备：

聚乳酸(PLA，M_w＝2×10⁵g/mol)采用三氯甲烷作为溶剂，常温下磁力搅拌4h，得到质量分数为8％的PLA溶液；海藻酸钠(SA,M_w＝2×10⁵g/mol)采用去离子水作为作为溶剂，常温下磁力搅拌12h，得到质量分数为2％的海藻酸钠溶液；将两种溶液混合，采用司盘80作为乳化剂，7000r/min高速乳化10分钟后，得到均匀的乳液。将配好的乳液作为皮层组分，将小分子药物溶液作为芯层组分，采用同轴静电纺丝加工成型，采用CaCl₂溶液作为凝固浴，并辅以磁力搅拌作为动态接收装置，接收装置与针头之间的距离约5cm，在12kV电压下纺丝成型。把成型后复合支架材料通过冷冻干燥进行后处理，得到含多级孔结构的PLA/海藻酸盐/小分子药物复合立体支架材料。

本实施例得到的含多级孔结构的复合立体支架材料中纤维直径在100-700nm之间，纤维之间孔径(一级孔)大小在1～2.5μm之间，纤维表面微孔(二级孔)大小在60～400nm之间，纤维芯层孔洞(三级孔)大小在45～350nm之间，能够在形貌与尺寸上很好地模拟天然的细胞外基质，而且具有良好生物相容性并且对细胞没有毒性，在与细胞相互接触的过程当中能够促进细胞粘附、增殖、迁移和分化，适用于组织工程修复创伤。

实施例2

本实施例的一种含多级孔结构的复合立体支架材料，由由具有皮芯结构的纤维集合体通过层状互穿结构复合而成，其中纤维集合体的纤维直径为300-1000nm之间，纤维之间孔径(一级孔)大小在1.5～3μm之间，纤维表面微孔(二级孔)大小在180～700nm之间，纤维芯层孔洞(三级孔)大小在140～550nm之间。本实施例所得复合立体支架材料的层状互穿结构示意图如图2所示，其三级孔结构示意图如图3所示。

本实施例的含多级孔结构的复合立体支架材料通过如下方法制备：

聚己内酯(PCL，M_w＝6×10⁴g/mol)采用三氯甲烷作为溶剂，常温下磁力搅拌6h，得到质量分数为12％的PCL溶液；明胶(M_w＝6×10⁵g/mol)采用去离子水作为作为溶剂，常温下磁力搅拌12h，得到质量分数为5％的明胶溶液；将配好的PCL溶液作为皮层组分，将明胶溶液作为芯层组分，采用同轴静电纺丝加工成型，采用京尼平溶液作为凝固浴，并辅以磁力搅拌作为动态接收装置，接收装置与针头之间的距离约7cm，在14kV电压下纺丝成型。把成型后复合支架材料通过冷冻干燥进行后处理，得到含多级孔结构的PCL/明胶复合立体支架材料。

本实施例得到的含多级孔结构的复合立体支架材料中纤维直径在300-1000nm之间，纤维之间孔径(一级孔)大小在1.5～3μm之间，纤维表面微孔(二级孔)大小在180～700nm之间，纤维芯层孔洞(三级孔)大小在140～550nm之间，能够在形貌与尺寸上很好地模拟天然的细胞外基质，而且具有良好生物相容性并且对细胞没有毒性，在与细胞相互接触的过程当中能够促进细胞粘附、增殖、迁移和分化，适用于组织工程修复创伤。

实施例3

本实施例的一种含多级孔结构的复合立体支架材料，由由具有皮芯结构的纤维集合体通过网络互穿结构复合而成，其中纤维集合体的纤维直径为500-1100nm之间，纤维之间孔径(一级孔)大小在1～2.5μm之间，纤维表面微孔(二级孔)大小在300～600nm之间，纤维芯层孔洞(三级孔)大小在200～500nm之间。本实施例所得复合立体支架材料的网络互穿结构示意图如图1所示，其三级孔结构示意图如图3所示。

本实施例的含多级孔结构的复合立体支架材料通过如下方法制备：

聚羟基丁酸酯(PHB，M_w＝2×10⁶g/mol)采用二氯甲烷作为溶剂，常温下磁力搅拌8h，得到质量分数为8％的PHB溶液；透明质酸(M_w＝2×10⁵g/mol)采用去离子水作为作为溶剂，常温下磁力搅拌10h，得到质量分数为10％的透明质酸溶液；将配好的PHB溶液作为皮层组分，将透明质酸溶液作为芯层组分，采用同轴静电纺丝加工成型，采用乙醇溶液作为凝固浴，并辅以磁力搅拌作为动态接收装置，接收装置与针头之间的距离约4cm，在12kV电压下纺丝成型。把成型后复合支架材料通过热致相分离进行后处理，得到含多级孔结构的PHB/透明质酸复合立体支架材料。

本实施例得到的含多级孔结构的复合立体支架材料中纤维直径在500-1100nm之间，纤维之间孔径(一级孔)大小在1～2.5μm之间，纤维表面微孔(二级孔)大小在300～600nm之间，纤维芯层孔洞(三级孔)大小在200～500nm之间，能够在形貌与尺寸上很好地模拟天然的细胞外基质，而且具有良好生物相容性并且对细胞没有毒性，在与细胞相互接触的过程当中能够促进细胞粘附、增殖、迁移和分化，适用于组织工程修复创伤。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。