本发明属于静电纺丝技术领域，尤其涉及一种复合纳米纤维支架及其应用。
背景技术：
静电纺丝(简称电纺)是制备纳米级高分子纤维支架的重要途径。其生产装置简单，由注射器、接收器、电极及高压电源组成(如附图1所示)。将高压电源的正负两极分别连接至注射器针头及接收器上，通上电源后通过注射器以一定的速度将其中的高分子聚合物溶液挤出，挤出的液体在静电力、表面张力和重力等力的综合作用下被拉成纤维，拉出的纤维在空中飞行一段时间后被接收器接收，在飞行过程中溶剂快速蒸发，因此接收器上的纤维仅由聚合物溶液中的溶质构成。在静电纺丝过程中，纤维整体以近似于轴对称的射流轨迹的飞行，但对纤维的受力复杂且易受扰动，因此单根纤维的飞行轨迹有很大的随机性，于是在接收器上收集到的纤维将会相互交叉重叠，从而行程不规则的支架结构。由于静电纺丝纤维的尺寸属于纳米级或亚微米级，其构成的支架具有比表面积大、孔隙率高、空间连通性好等优点，因此常被应用于生物组织工程领域，特别是载药、细胞培养等方面，静电纺丝支架具有相当的优势。
生物细胞在生长时具有贴壁生长的特性。根据这一特性和细胞的结构特点，为了使细胞更好地附着于纤维表面，就要使纤维具备尽可能好的亲水性。而目前很多具有良好生物相容性和电纺工艺性的高分子材料往往是疏水材料，不利于细胞的生长增殖。pcl(polycaprolactone，聚己内酯)是一种人工合成聚酯类生物高分子材料，生物相容性很好，柔韧性良好、降解速度缓慢，且成膜性良好，可制成pcl多孔膜，用于术后防粘连膜、组织工程支架材料等，但其接触角大于120°，属于超疏水材料，因此需要对其进行处理，使其达到亲水或超亲水的效果。
一种常用的改善电纺支架亲水性的方法是表面处理，例如紫外光照射、化学沉积等等。尽管这些技术可以改善高分子支架的亲水性，但都需要在制得支架后进行后续处理，降低了制备效率，同时有些处理还较为复杂，需要使用专门的设备，从而限制了纳米纤维支架的应用。
技术实现要素：
针对现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种复合纳米纤维支架及其应用，得到了亲水性良好的pcl/f127纳米纤维支架。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种复合纳米纤维支架，所述复合纳米纤维支架的接触角为0°-60°，所述复合纳米纤维支架由下述步骤制得：
1)将pcl和普兰尼克f127溶解于试剂中，得到质量浓度为15％～30％的混合溶液，所述普兰尼克f127在所述混合溶液的溶质中的质量占比为1～7％；
2)去除步骤1)得到的所述混合溶液中的气泡；
3)将经步骤2)处理后的混合溶液置于静电纺丝装置中，进行静电纺丝加工，得到复合纳米纤维支架。
作为进一步的优选，所述步骤1)中，在所述pcl和普兰尼克f127溶解过程中，采用室温搅拌所述混合溶液12-24h，或者采用30～50℃水浴加热所述混合溶液。
作为进一步的优选，所述步骤1)中，所述试剂为冰乙酸。
作为进一步的优选，所述步骤1)中，所述pcl的质均分子量为60000～100000。
作为进一步的优选，所述步骤3)中，所述静电纺丝装置包括针头及与针头相连的料筒，所述混合溶液置于所述料筒中；所述针头的粗细规格为20g～26g。
作为进一步的优选，所述步骤3)中，所述静电纺丝时，温度为10～27℃、相对湿度为35～65％、电压为7～25kv、所述针头的挤出流量为0.3～15ml/h。
作为进一步的优选，所述步骤3)中，所述针头的粗细规格为22g～25g；所述静电纺丝时，温度为18～25℃、相对湿度为45～55％、电压为10～20kv、所述针头的挤出流量为4～10ml/h。
作为进一步的优选，所述静电纺丝时，还设置有接收器；在静电纺丝过程中，所述针头下端与接收器间的间距为7～20cm。
作为进一步的优选，在静电纺丝过程中，所述针头下端与接收器间的间距为10～15cm。
本发明的另一目的在于提供了上述复合纳米纤维支架的应用，用于将组织细胞接种于所述支架上。
本发明的有益效果是：本发明使用疏水材料pcl和亲水材料普兰尼克f127溶解于试剂中，得到质量浓度为15％～30％的混合溶液，所述普兰尼克f127在所述混合溶液的溶质中的质量占比为1～7％；然后利用静电纺丝技术制得pcl/f127纳米纤维支架，本发明采用配置共混溶液的方式，在静电纺丝加工过程中可以直接获得由pcl和f127复合而成的亲水性纤维；采用这种方法减少了支架制备的工序，提高了生产效率且操作简单。
另外，通过调配f127在溶质中的质量占比可以调整支架的亲水性，当f127的比重较大时可以获得超亲水性的支架，即支架接触角为0°，达到超亲水状态。
附图说明
图1为本发明实施例中所使用的静电纺丝装置示意图。
图2为本发明实施例1电纺后所得支架的sem图。
图3为本发明实施例1电纺后所得支架进行接触角实验时用高速摄像机拍摄的第1帧的图像。
图4为本发明实施例2电纺后所得支架的sem图。
图5为应用本发明实施例2支架后，培养7天后对细胞进行染色，观察到的细胞的附着、分散和增殖情况。
图6为本发明实施例8电纺后所得支架的sem图。
附图中的标记说明如下：1-注射器、2-接收器、3-纳米纤维、4-高压电源、5-电极。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种复合纳米纤维支架及其应用，解决了现有pcl支架亲水性差的缺陷。
为了解决上述缺陷，本发明实施例的主要思路是：
本发明实施例复合纳米纤维支架，所述复合纳米纤维支架的接触角为0°-60°，所述复合纳米纤维支架由下述步骤制得：
1)将pcl和普兰尼克f127溶解于试剂中，得到质量浓度为15％～30％的混合溶液，所述普兰尼克f127在所述混合溶液的溶质中的质量占比为1～7％；
2)去除步骤1)得到的所述混合溶液中的气泡；
3)将经步骤2)处理后的混合溶液置于静电纺丝装置中，进行静电纺丝加工，得到复合纳米纤维支架。
上述pcl材料可从市售渠道获得，可选择pcl颗粒；上述普兰尼克f127材料可从市售渠道获得，可选择f127粉末。
上述步骤1)中，溶解pcl和普兰尼克f127的试剂，本发明实施例中可优选为冰乙酸，冰乙酸几乎没有毒性，属于绿色材料；也可以选用其它溶剂，pcl在酸性条件下会水解，不过冰乙酸酸性较弱，所以水解速率比较慢。
上述pcl和普兰尼克f127在溶解时，优选将pcl颗粒和f127粉末先混合，再加入冰乙酸溶解，在50℃水浴、采用磁振子搅拌所得的混合溶液；如果先配置pcl的冰乙酸溶液，再加入f127粉末的话，本身pcl溶解需要1～2h的时间，在溶解过程中，由于乙酸的酸性会导致部分pcl水解，造成溶液浓度的下降，进而造成粘度的下降，给制备过程造成偏差。同时加入pcl和f127可以尽可能减少溶解的时间，溶解时间约为0.5-2h；减少溶液浓度的偏差。
上述pcl的质均分子量为60000～100000，使用上述分子量范围的pcl可以制备纤维粗细较为均匀、纤维尺寸较小的支架，有利于后续的细胞培养实验。
而本发明实施例中混合溶液的质量浓度设为15％～30％，是因为：溶质浓度过低时溶液黏度过低，会发生静电喷涂，溶液将以液滴的形态被喷出而不是聚合物纤维；当浓度过高时溶液黏度过高，一方面不利于电纺时泰勒锥的形成，影响成形质量，另一方面不利于混合，降低制备效率。
另外，通过调配f127在溶质中的质量占比可以调整支架的亲水性。而f127的溶质占比有上限是因为f127的浓度到达一定上限时会导致pcl结晶析出，使溶液产生浑浊。这样的溶液在电纺后会在纤维表面产生结晶的颗粒，影响纤维形貌。
上述步骤2)中，可采用超声处理或静置的方式除去混合溶液中的气泡。
上述步骤3)中，作为优选，上述混合溶液置于与20g～26g针头相连的静电纺丝装置的料筒中，在温度10～27℃、相对湿度35～65％、电压7～25kv、挤出流量0.3～15ml/h的条件下进行静电纺丝加工，加工过程中，针头下端与接收器间的间距保持不变，为7～20cm。加工完成后将支架从静电纺丝装置的接收器上取下，自然干燥即可。
在上述静电纺丝过程中，过细的针头阻力大，过粗的针头容易使溶液以液滴的形式滴落或喷出。温度会影响聚合物溶液的黏度，根据以往的实验经验，在室温左右制备的效果好；相对湿度会影响电纺过程的溶剂蒸发速率，过低的相对湿度条件较为苛刻，没有必要；过高的相对湿度会使溶剂来不及蒸发，而在纤维表面留下液滴，影响纤维形貌。电压的选择、流量的选择以及针头与接收器间距与溶液的各项物理指标相互匹配，根据实验经验，在上述的范围内选择可以获得形貌良好的纤维。
综上所述，本发明实施例采用配置共混溶液的方式，在静电纺丝加工过程中可以直接获得由pcl和f127复合而成的亲水性纤维；采用这种方法减少了支架制备的工序，提高了生产效率且操作简单。
本发明实施例上述复合纳米纤维支架本身具有很大的比表面积，加上相较于纯pcl支架改善了其不亲水的性质，因此将组织细胞接种于支架上后，细胞更易于在支架上分散和增殖，经过一定时间的培养后可用于骨组织、皮肤组织修复等领域。
以下针对上述内容进行进一步地详细说明，但本发明的范围并不局限于以下实施例。在不脱离本发明的发明内容的前提下，对其进行本领域常规技术知识和手段上的变更均属于本发明的保护范围。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
将pcl颗粒(质均分子量为80000)与f127粉末以质量比为95：5的比例混合，加入冰乙酸，在室温20℃下利用磁振子搅拌24h后制得质量浓度为21％的溶液。将溶液放入超声仪中超声处理5min以去除溶液中的气泡。将溶液倒入静电纺丝装置的注射器中。注射器上安装25g针头，针头底端与接收器间距为15cm，控制温度为23℃，相对湿度为50％，电极两极间电压为10kv，挤出流量为0.6ml/h。在以上条件下进行静电纺丝加工。加工完成后将制得的支架从接收器上取下，自然风干即可。
用sem对该支架进行观察得到纳米纤维直径为0.70±0.50um(如附图2所示)。使用量角法测得该支架的接触角为0°(如附图3所示)，可知这种支架具有超亲水性质。
实施例2
将pcl颗粒(质均分子量为60000)与f127粉末以质量比为97：3的比例混合，加入冰乙酸，在室温20℃下利用磁振子搅拌24h后制得质量浓度为21％的溶液。将溶液放入超声仪中超声处理5min以去除溶液中的气泡。将溶液倒入静电纺丝装置的注射器中。注射器上安装25g针头，针头底端与接收器间距为15cm，控制温度为23℃，相对湿度为50％，电极两极间电压为10kv，挤出流量为0.6ml/h。在以上条件下进行静电纺丝加工。加工完成后将制得的支架从接收器上取下，自然风干即可。
用sem对该支架进行观察得到纳米纤维直径为0.80±0.40um(如附图4所示)。使用量角法测得该支架的接触角为60°，显著改善了pcl支架的亲水性，使其具有亲水性质。
在这种支架上接种鼠bmsc细胞后，培养7天后，利用dapi染色实验可观察到细胞在纤维表面有明显的分散和增殖(如附图5所示)。可见该支架适用于细胞培养。
实施例3
将pcl颗粒(质均分子量为100000)与f127粉末以质量比为99：1的比例混合，加入冰乙酸，在室温25℃下利用磁振子搅拌12h后制得质量浓度为15％的溶液。将溶液放入超声仪中超声处理10min以去除溶液中的气泡。将溶液倒入静电纺丝装置的注射器中。注射器上安装20g针头，针头底端与接收器间距为7cm，控制温度为18℃，相对湿度为35％，电极两极间电压为7kv，挤出流量为1ml/h。在以上条件下进行静电纺丝加工。加工完成后将制得的支架从接收器上取下，自然风干即可。
用sem对该支架进行观察得到纳米纤维直径为0.75±0.50um。使用量角法测得该支架的接触角为10°，可知这种支架具有超亲水性质。
实施例4
将pcl颗粒(质均分子量为70000)与f127粉末以质量比为93：7的比例混合，加入冰乙酸，得到混合溶液；利用30℃水浴加热混合溶液，制得质量浓度为28％的溶液。将溶液静置60min以去除溶液中的气泡。将溶液倒入静电纺丝装置的注射器中。注射器上安装26g针头，针头底端与接收器间距为20cm，控制温度为25℃，相对湿度为65％，电极两极间电压为25kv，挤出流量为10ml/h。在以上条件下进行静电纺丝加工。加工完成后将制得的支架从接收器上取下，自然风干即可。
用sem对该支架进行观察得到纳米纤维直径为0.85±0.40um。使用量角法测得该支架的接触角为20°，显著改善了pcl支架的亲水性，使其具有亲水性质。
在这种支架上接种鼠bmsc细胞后，培养7天后，利用dapi染色实验可观察到细胞在纤维表面有明显的分散和增殖。可见该支架适用于细胞培养。
实施例5
将pcl颗粒(质均分子量为90000)与f127粉末以质量比为94：6的比例混合，加入冰乙酸，得到混合溶液；利用50℃水浴加热混合溶液，制得质量浓度为18％的溶液。将溶液静置30min以去除溶液中的气泡。将溶液倒入静电纺丝装置的注射器中。注射器上安装22g针头，针头底端与接收器间距为10cm，控制温度为10℃，相对湿度为45％，电极两极间电压为10kv，挤出流量为4ml/h。在以上条件下进行静电纺丝加工。加工完成后将制得的支架从接收器上取下，自然风干即可。
用sem对该支架进行观察得到纳米纤维直径为0.90±0.40um。使用量角法测得该支架的接触角为0°，显著改善了pcl支架的亲水性，使其具有超亲水性质。
实施例6
将pcl颗粒(质均分子量为80000)与f127粉末以质量比为98：2的比例混合，加入冰乙酸，得到混合溶液；利用40℃水浴加热混合溶液，制得质量浓度为25％的溶液。将溶液静置40min以去除溶液中的气泡。将溶液倒入静电纺丝装置的注射器中。注射器上安装25g针头，针头底端与接收器间距为15cm，控制温度为27℃，相对湿度为50％，电极两极间电压为20kv，挤出流量为15ml/h。在以上条件下进行静电纺丝加工。加工完成后将制得的支架从接收器上取下，自然风干即可。
用sem对该支架进行观察得到纳米纤维直径为0.70±0.40um。使用量角法测得该支架的接触角为40°，显著改善了pcl支架的亲水性，使其具有亲水性质。
实施例7
将pcl颗粒(质均分子量为80000)与f127粉末以质量比为96：4的比例混合，加入冰乙酸，在室温30℃下利用磁振子搅拌18h后制得质量浓度为15％的溶液。将溶液放入超声仪中超声处理10min以去除溶液中的气泡。将溶液倒入静电纺丝装置的注射器中。注射器上安装25g针头，针头底端与接收器间距为15cm，控制温度为18℃，相对湿度为50％，电极两极间电压为12kv，挤出流量为8ml/h。在以上条件下进行静电纺丝加工。加工完成后将制得的支架从接收器上取下，自然风干即可。
用sem对该支架进行观察得到纳米纤维直径为0.75±0.40um。使用量角法测得该支架的接触角为20°，显著改善了pcl支架的亲水性，使其具有亲水性质。
实施例8
将pcl颗粒与f127粉末以质量比为99：1的比例混合，加入冰乙酸，在50℃水浴下利用磁振子搅拌3h后制得质量浓度为20％的溶液。将溶液放入超声仪中超声处理5min以去除溶液中的气泡。将溶液倒入静电纺丝装置的注射器中。注射器上安装25g针头，针头底端与接收器间距为15cm，控制温度为20℃，相对湿度为40％，电极两极间电压为8.1kv，挤出流量为0.6ml/h。在以上条件下进行静电纺丝加工。加工完成后将制得的支架从接收器上取下，自然风干即可。
用sem对该支架进行观察得到纳米纤维直径为1.36±0.59um(如图6所示)。使用量角法测得，蒸馏水滴刚滴在支架上时接触角为126°，但经过8s后，水滴在支架表面的接触角降低为56°，可知这种支架相较于纯pcl支架，亲水性得到明显改善。
实施例9
将pcl颗粒(质均分子量为60000)与f127粉末以质量比为97：3的比例混合，加入冰乙酸，在室温20℃下利用磁振子搅拌24h后制得质量浓度为26％的溶液。将溶液放入超声仪中超声处理10min以去除溶液中的气泡。将溶液倒入静电纺丝装置的注射器中。注射器上安装25g针头，针头底端与接收器间距为8cm，控制温度为23℃，相对湿度为50％，电极两极间电压为10kv，挤出流量为0.3ml/h。在以上条件下进行静电纺丝加工。加工完成后将制得的支架从接收器上取下，自然风干即可。
用sem对该支架进行观察得到纳米纤维直径为0.85±0.40um。使用量角法测得该支架的接触角为50°，显著改善了pcl支架的亲水性，使其具有亲水性质。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明使用疏水材料pcl和亲水材料普兰尼克f127溶解于试剂中，得到质量浓度为15％～30％的混合溶液，所述普兰尼克f127在所述混合溶液的溶质中的质量占比为1～7％；然后利用静电纺丝技术制得pcl/f127纳米纤维支架，本发明采用配置共混溶液的方式，在静电纺丝加工过程中可以直接获得由pcl和f127复合而成的亲水性纤维；采用这种方法减少了支架制备的工序，提高了生产效率且操作简单。本发明所有材料均为绿色环保材料，溶剂采用具有微弱毒性的冰乙酸，溶质具有良好的生物相容性和可降解性。
另外，通过调配f127在溶质中的质量占比可以调整支架的亲水性，当f127的比重较大时可以获得超亲水性的支架，即支架接触角为0°，达到超亲水状态。
以上内容已经用一般性说明及具体的实施结果对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。