一种应激活性纤维膜及其制备方法与流程

文档序号：11240393阅读：471来源：国知局

本发明涉及一种应激活性纤维膜及其制备方法，属于生物医用材料领域。

背景技术：

应激活性一般是指生物体对外界刺激作出反应，并转换或传递这种刺激的特性的统称。纤维膜已经广泛使用于体内组织修复的组织工程支架及体表伤口或疤痕护理。但目前用于体内组织修复的组织工程支架任局限在占位性替代修复或占位性重建为主，为组织生长提供了物理空间与基质环境、不能像活体组织一样随生理负荷、电磁作用、物理牵伸、压缩或生化刺激而做出相应应激活性，用于体表伤口或疤痕护理的纤维膜也局限于创面吸湿保湿、抑菌或携带药物，而人体运动对伤口或疤痕产生的牵伸、压缩的物理刺激不能转换为一种应激活性来促进伤口或疤痕的愈合。而这种应激活性对新组织的生长速度、生物活性的建立及体表伤口愈合或疤痕的修复等具有重要意义。因此，开发一种具有应激活性纤维膜不管是作为体内组织修复的组织工程支架，还是作为体表伤口或疤痕护理都具有重要意义，也是生物材料主要发展趋势。

人体中许多组织是天然的压电体，如：皮肤、骨、软骨、肌腱、韧带等，压电效应源于组织中的胶原成分，通过完成机械能和电能的相互转换，可维持组织的正常生理活动和新陈代谢，有利于组织的塑形、改建和功能维持，组织因压电效应产生的极化电荷可促进组织生长和愈合。这种压电效应从生物学角度来说就是生物的应激活性。由于人体组织的压电即应激活性特性在组织重建以及伤口或疤痕修复过程中的关键作用，必将为生物材料的设计与构建提供了一种新的思路。

聚偏氟乙烯是具有最好压电特性的高分子材料之一，同时具备良好的柔韧性、可加工性以及生物相容性，将具有压电特性的聚偏氟乙烯复合于现有生物材料中成为赋予生物材料压电性能的有效方法。但聚偏氟乙烯依据其加工条件及处理的过程的不同可获得α,β，γ,δ，ε五种晶相，五种晶相之间也可以在不同加工条件及处理的过程种相互转化，不同的晶相具有不同的特性，只有β晶相具有压电特性，而聚偏氟乙烯只有在高压电场极化或机械牵伸的条件下才可以获得。寻找一种即能获得β晶相的聚偏氟乙烯，又能使β晶相的聚偏氟乙烯均匀分散于生物材料中获得一种具有压电应激活性的组织工程支架材料或伤口或疤痕修复材料及其制备方法，成为本发明的出发点。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明的目的是要解决现有生物材料在组织工程支架材料及伤口或疤痕修复材料中存在的缺陷，采用静电纺聚偏氟乙烯获得具有压电特性β晶相的聚偏氟乙烯纳米纤维，在同一收集辊筒上同时进行静电纺聚偏氟乙烯纤维与静电纺丝素蛋白和医用高分子合成材料的复合纳米纤维，获得以丝素蛋白和医用高分子合成材料的复合纳米纤维与聚偏氟乙烯纳米纤维组成的互穿无纺结构的具有压电活应激活性的纤维膜，这种纤维膜可以广泛应用于组织工程支架材料及伤口或疤痕修复材料。实现本发明的技术方案是：

一种应激活性纤维膜,所述应激活性纤维膜是由聚偏氟乙烯纳米纤维与复合纳米纤维构成，复合纳米纤维由质量比为1/20～1/1的丝素蛋白和医用高分子合成材料构成，聚偏氟乙烯与医用高分子合成材料的质量比为1/99～5/95，复合纳米纤维与聚偏氟乙烯纳米纤维形成互穿无纺结构的纤维膜，纤维膜厚度为0.1mm-2mm，其中聚偏氟乙烯与医用高分子合成材料的质量比为1/99～5/95。

所述的丝素蛋白和医用高分子合成材料的复合纳米纤维的直径为500nm-10000nm，聚偏氟乙烯纳米纤维的直径为100nm-1000nm。

所述的丝素蛋白为蚕丝脱胶后粉碎得到的直径小于500nm的粉体状丝素蛋白，或蚕丝脱胶后，经过溶解，透析，冷冻干燥得到的丝素蛋白。

所述的医用高分子合成材料为聚氨酯或聚己内酯或聚乙烯醇中的一种或两种的混合物。

一种应激活性纤维膜的制备方法，包括丝素蛋白溶液或丝素蛋白粉体分散液、医用高分子合成材料溶液及聚偏氟乙烯溶液的配制，其特征在于：所述一种应激活性纤维膜的制备方法按以下步骤进行：

a.取配置好的丝素蛋白溶液或直径小于500nm丝素蛋白粉体分散液与医用高分子合成材料溶液相混合，得到均匀稳定的混合溶液液或悬浮液，并将其吸入静电纺用的纺丝液管，其中丝素蛋白与医用高分子合成材料的质量比为1/20～1/1，丝素蛋白与医用高分子合成材料的总溶质质量浓度为7wt％～15wt％，取配置好的浓度为7wt％～15wt％聚偏氟乙烯溶液吸入另一只静电纺用的纺丝液管。

b.搭建静电纺的装置，以旋转辊筒为收集盘，两套静电纺推泵及对应的高压电源分别放置于旋转辊筒的左右两边，并置于往复移动台上；

c.静电纺制备应激活性纤维膜

将吸有丝素蛋白与医用高分子合成材料混合溶液或悬浮液及聚偏氟乙烯溶液的纺丝液管分别置于旋转辊筒的左右两边的静电纺推泵中，旋转辊筒的转速20周/分钟～100周/分钟，丝素蛋白与医用高分子合成材料混合溶液或悬浮液的推泵推出速度0.2ml/小时～4ml/小时，静电纺的高压电源输出5kv～30kv的电压，纺丝液管的喷嘴与旋转辊筒之间的距离为5cm～30cm，可得到直径为500nm-10000nm的复合纳米纤维，聚偏氟乙烯溶液的推泵推出速度0.05ml/小时～0.5ml/小时，静电纺的高压电源输出5kv～30kv的电压，纺丝液管的喷嘴与旋转辊筒之间的距离为5cm～30cm，可得到直径为100nm-1000nm的聚偏氟乙烯纳米纤维，在旋转桶的作用下，即可得复合纳米纤维和聚偏氟乙烯纳米纤维组成的互穿无纺结构、厚度为0.1mm-2mm的应激活性纤维膜，其中聚偏氟乙烯与医用高分子合成材料的质量比为1/99～5/95。

由于采用以上技术方案，本发明应激活性纤维膜的应激活性的强弱可方便的通过调整应激活性纤维膜中聚偏氟乙烯与医用高分子合成材料的质量比，在质量比1/99～5/95之间，质量比越高，应激活性纤维膜的应激活性越强，应激活性纤维膜中聚偏氟乙烯与医用高分子合成材料的质量比(1/99～5/95)的变化是通过丝素蛋白与医用高分子合成材料的总溶质质量浓度(7wt％～15wt％)与聚偏氟乙烯溶液浓度(7wt％～15wt％)组合及它们各自的静电纺的推出速度(丝素蛋白与医用高分子合成材料混合溶液或悬浮液的推泵推出速度0.2ml/小时～4ml/小时，聚偏氟乙烯溶液的推泵推出速度0.05ml/小时～0.5ml/小时)组合来实现的。

由于采用以上技术方案，本发明应激活性纤维膜采用旋转辊筒为收集盘，可以方便的通过调整旋转辊筒的旋转速度来调整应激活性纤维膜的纤维取向结构，旋转速度越高，应激活性纤维膜的纤维取向度越高。

由于采用以上技术方案，本发明应激活性纤维膜使用于体内组织修复的组织工程支架时满足细胞黏附生长的生物相容性、机械强度及缓慢降解的要求、提供细胞生长的空隙结构；使用于及体表伤口或疤痕护理时满足创面吸湿保湿、抑菌或携带药物的功能，同时，能将人体运动对纤维膜产生的压缩、牵伸等物理刺激由压电效应转换为极化电荷，极化电荷将促进新组织生长及伤口或疤痕的愈合修复，促进新生组织生物功能的建立及与基体之间功能的协调。

本发明纤维膜中应激活性材料是聚偏氟乙烯纳米纤维，聚偏氟乙烯纳米纤维具有良好的压电效应及生物相容性，天然材料丝素蛋白进一步提高、并保证了纤维膜生物相容性，特别是丝素粉体保留了天然生物材料细胞发育的基质条件，

本发明的应激活性纤维膜，以丝素蛋白复合医用高分子合成材料为材料，医用高分子合成材料提供、并保留了其原有的高强度与韧性，为应激活性纤维膜提供稳定的力学性能的保证；应激活性纤维膜的静电纺无纺织造的孔隙结构，其中孔隙的大小可以方便的通过纺丝工艺的调整来实现。本发明的应激活性纤维膜制备方法简单、操作方便、成本低廉，对制备过程具有良好的可控性，本发明压应激活性纤维膜可广泛适应于体内的组织工程支架材料或伤口或疤痕修复材料。

附图说明

图1为应激活性纤维膜表面形貌电镜图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

见附图。

所述的丝素蛋白和医用高分子合成材料的复合纳米纤维的直径为500nm-10000nm，聚偏氟乙烯纳米纤维的直径为100nm-1000nm.

所述的丝素蛋白为蚕丝脱胶后粉碎得到的直径小于500nm的粉体状丝素蛋白，或蚕丝脱胶后，经过溶解，透析，冷冻干燥得到的丝素蛋白。

所述的医用高分子合成材料为聚氨酯或聚己内酯或聚乙烯醇中的一种或两种的混合物。

b.搭建静电纺的装置，以旋转辊筒为收集盘，两套静电纺推泵及对应的高压电源分别放置于旋转辊筒的左右两边，并置于往复移动台上。

c.静电纺制备应激活性纤维膜

如上所述的制备步骤a中丝素蛋白溶液或丝素蛋白粉体分散液，是蚕丝脱胶后，经过溶解，透析，冷冻干燥得到的丝素蛋白散入溶剂中，磁搅拌直至完全溶解得到稳定的丝素蛋白溶液，或蚕丝脱胶后粉碎得到的直径小于500nm的粉体状丝素蛋白分散于溶剂中，超声分散得到丝素粉体的分散液，丝素蛋白溶液的质量浓度为5wt％～20wt％；分散液的丝素蛋白粉体的质量浓度为5wt％～20wt％；配置丝素蛋白溶液的溶剂为六氟异丙醇或水，并在室温下磁搅拌；配制丝素粉体的分散液、医用高分子合成材料聚氨酯(pu)或聚己内酯(pcl)或聚氨酯(pu)与聚己内酯(pcl)的混合溶液的溶剂为n，n-二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中任意一种或两种的混合物，在常温下磁搅拌；配制医用高分子合成材料聚乙烯醇(pva)溶液时以水为溶剂，并在80℃下磁搅拌；丝素蛋白溶液的水溶液只能与医用高分子合成材料聚乙烯醇(pva)的水溶液混合；丝素蛋白溶液的六氟异丙醇溶液可以与医用高分子合成材料聚氨酯(pu)或聚己内酯(pcl)或聚氨酯(pu)与聚己内酯(pcl)混合的有机溶液混合。

如上所述的制备步骤c中，所获得的应激活性纤维膜中聚偏氟乙烯与医用高分子合成材料的质量比为1/99～5/95是通过丝素蛋白与医用高分子合成材料的总溶质质量浓度(7wt％～15wt％)与聚偏氟乙烯溶液浓度(7wt％～15wt％)组合及它们各自的静电纺的推出速度(丝素蛋白与医用高分子合成材料混合溶液或悬浮液的推泵推出速度0.2ml/小时～4ml/小时，聚偏氟乙烯溶液的推泵推出速度0.05ml/小时～0.5ml/小时)组合来实现的。

配置聚偏氟乙烯溶液的溶剂为n，n-二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中任意一种或两种的混合物，在常温下磁搅拌。

医用高分子合成材料聚氨酯可以是现有的具有良好的生物相容性、高弹性的聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯和聚碳酸酯型聚氨酯。

丝素蛋白粉体可以为桑蚕丝或榨蚕丝脱胶后，通过机械粉碎的方法制备得到，丝素的微结构与基质特征没有改变；丝素蛋白可以为桑蚕丝或榨蚕丝脱胶后，经过溶解，透析，冷冻干燥得到。

下面结合实施例对本发明作进一步的阐述：

实施例一

a.将六氟异丙醇为溶剂、质量浓度为5wt％的丝素蛋白溶液，与n，n-二甲基甲酰胺为溶剂质量浓度为20％聚氨酯(pu)溶液混合，得到丝素蛋白与医用高分子合成材料聚氨酯(pu)的质量比为1/20，丝素蛋白与医用高分子合成材料聚氨酯(pu)的总溶质质量浓度为7wt％的混合溶液，并将混合溶液吸入静电纺用的纺丝液管，以n，n-二甲基甲酰胺为溶剂浓度为7wt％的聚偏氟乙烯溶液吸入静电纺用的纺丝液管。