一种脱位牙仿生三维支架膜及其制备方法与流程

本发明涉及生物组织工程支架技术领域，具体地，涉及一种用于脱位牙治疗的仿生三维支架材料。

背景技术：

据报道，全球因交通事故等各种原因导致的牙外伤发生率高达30%，牙外伤包括牙周膜损伤、牙脱位，牙体硬组织损伤及牙折等类型。其中，最严重的为完全性牙脱位，其发生率为1%-16%，其严重影响患者的咀嚼、发音，甚至外貌及心理等方面。

脱位牙再植后，预后效果差，往往导致牙根吸收及根骨粘连。脱位牙表面的牙周膜细胞比较脆弱，维持其活力难。处于干燥环境15分钟后，脱位牙根面的牙周膜前体细胞及干细胞不可逆的失去向成纤维方向分化的功能；30分钟后，牙根面的牙周膜细胞开始坏死。尽管近几年，许多科学工作者尝试用各种保存液保持脱位牙牙周膜细胞活力，但不论哪种保存液，脱位牙离体超过1小时甚至更长时间，再植效果差。当牙齿脱离牙槽窝后，牙周膜断裂，残留在脱位牙根表面的牙周膜由三维变成二维，丧失了支架膜的作用，多年来学者们尝试通过保护牙根表面残留的活细胞促进牙周膜再生，但尚未取得突破性进展，脱位牙再植成为本领域的一大难题。

目前大部分研究集中在组织工程手段对牙周炎的治疗作用，脱位牙的组织工程治疗研究极少，其研究瓶颈在于脱位牙牙周组织的仿生支架材料，在琳琅满目的生物材料中，哪种材料具备能够引导并有利于向牙周膜方向再生作用且不发生牙根吸收和根骨粘连呢，目前还未见相关报道。此外，这些材料如何能粘附到牙齿表面也是一大难题。

技术实现要素：

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种脱位牙仿生三维支架膜及其制备方法，旨在为脱位牙的治疗提供组织工程手段，为脱位牙的治疗提供新的思路和治疗方法。

本发明采用如下技术方案：

一种脱位牙仿生三维支架膜，其特征在于：该支架膜由内膜和外膜双层膜结构构成，所述内膜为多孔的电纺丝间隙内填充胶原的胶原-电纺复合膜，所述外膜为胶原构成的胶原膜。

所述的一种脱位牙仿生三维支架膜，其特征在于：所述内膜厚度为20-80μm，外膜厚度为80-250μm；作为优选,所述内膜厚度为30-50μm，外膜厚度为100-150μm。

所述的一种脱位牙仿生三维支架膜，其特征在于：所述电纺丝为plga电纺丝。

所述的一种脱位牙仿生三维支架膜，其特征在于：所述胶原为ⅰ型胶原。

所述的一种脱位牙仿生三维支架膜，其特征在于：所述plga电纺丝其纺丝液为质量体积浓度为10%的plga六氟异丙醇溶液。

一种脱位牙仿生三维支架膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：获取牙齿；

步骤二：制备电纺膜：电纺膜厚度为30-50μm，通过电纺技术将plga电纺丝直接喷射到牙齿根部表面形成粘附在牙齿上的电纺膜；或通过电纺技术将plga电纺丝喷射到铺设有锡箔纸的收集辊上形成电纺膜，然后将电纺膜包裹在牙齿根部；

步骤三：获取牙齿硅橡胶阴模：将厚度为100-150μm的薄膜裹电纺膜的表面，制备硅橡胶阴模；

步骤四：在0-8°c的温度条件下条件下，将酸性的6mg/mlⅰ型胶原溶液调成中性的5mg/ml胶原溶液；

步骤五：将硅橡胶阴模置于放有5mg/ml中性胶原溶液中，揭除包裹在电纺膜外面的薄膜，再将粘附电纺膜的牙齿悬挂放置在硅橡胶阴模中，保持电纺膜与硅橡胶阴模的距离为100-150μm，然后置于37°c1-2小时，形成胶原凝胶；

步骤六：脱掉硅橡胶阴模，将附有电纺膜和胶原凝胶的牙齿真空冷冻干燥，得到脱位牙仿生三维支架膜。

所述的一种脱位牙仿生三维支架膜的制备方法，其特征在于：步骤二中plga电纺丝的制备方法为：将plga在磁力搅拌子的辅助下完全溶解于六氟异丙醇中，配成质量体积浓度为10%的plga溶液，室温下搅拌3小时或过夜获得混合均匀的纺丝液；使用10ml一次性注射器针筒分别吸取上述配好的纺丝液，选用22号平头不锈钢针头，将针筒固定在注射泵上；针头与收集辊的距离设为15cm，高压电源输出端接在针筒前端的不锈钢平头上，锡箔纸固定在收集辊上；打开照明灯，调正压为7.46kv，负压为7.12kv，注射速率为0.1mm/min，得到plga电纺丝。

本发明提供的一种脱位牙仿生三维支架膜，采用电纺技术和冷冻干燥技术完美结合，一方面，内层的胶原-电纺复合膜，其形状与牙齿根部完全匹配，电纺丝紧密粘附在牙齿表面呈现纤维膜的结构，起到了支架的作用，另一方面，外层的胶原具有多种生物活性，具有生物组织亲和性，同时又避免了有机溶剂对胶原的不良效应。由双层膜构成的仿生三维支架膜既满足了机械强度要求，同时又确保了生物相容性。通过创新性构建粘附脱位牙牙根表面的膜支架材料，先利用电纺技术制备粘附牙齿表面的电纺膜，然后利用冷冻干燥技术使胶原填充电纺膜plga空隙内以及电纺膜外侧。该方法为脱位牙治疗提供了新的思路及技术方法，减少了脱位牙再植后发生根黏连及牙根吸收的概率，为脱位牙的治疗带来了质的改变。个体化仿生三维支架膜能够很好地模拟人牙牙周膜的细胞外基质成分和结构，在脱位牙治疗中，首先空间占位效应阻止牙龈细胞，骨细胞迁移至此，有利于周边牙周干细胞或者骨髓间充质干细胞的迁移、黏附、增殖和分化，起到诱导牙周膜再生的作用。通过本发明制备得到的支架材料生物降解性能佳，且降解产物完全无害，是一种环保、安全的材料。plga在体内的降解时间大月1个月，胶原2-3周降解，适用于脱位牙牙周膜再生。

附图说明

图1为本发明中电纺丝喷射到牙根表面后的结构示意图；

图2为本发明的脱位牙仿生三维支架膜附着在牙根表面的剖视结构示意图；

图3为实施例1电纺膜扫描电镜高倍图（5000倍）；

图4为实施例2电纺膜扫描电镜高倍图（5000倍）；

图5为实施例3电纺膜扫描电镜高倍图（5000倍）；

图6为实施例4中狗前牙根表面附有电纺膜的扫描电镜低倍图（50倍）；

图7为实施例4中仿生三维支架膜照片；

图8为实施例4中牙植入2个月后牙根处细胞苏木素伊红染色后光镜400倍图；

图9为实施例4中牙植入2个月后牙根处细胞偏振光镜下100倍图；

图中：1-内膜；1-1-电纺膜；2-外膜；3-牙；a-正常牙根处细胞；b-无支架牙根处细胞；c-有支架牙根处细胞。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明提供的一种脱位牙仿生三维支架膜（见图2），由内膜1和外膜2双层膜结构构成，其中：内膜1为多孔的电纺丝间隙内填充胶原的胶原-电纺复合膜，外膜2为胶原构成的胶原膜。

当内膜1厚度为20-80μm，外膜2厚度为80-250μm时，对促进脱位牙表面组织再生和减少牙根黏连都能起到一定的有益效果。当内膜1厚度为30-50μm，外膜2厚度为100-150μm时效果较为理想。

当采用plga作为电纺丝的主要材料时，其电纺丝占支架膜的30%-40%，胶原占支架膜60%-70%时效果较为理想，并且两者都是硬度低的纤维性成分，类似天然牙周膜细胞外基质。

电纺丝最好为plga电纺丝：通过将plga溶解于不同溶剂中，溶剂可以为：二氯甲烷和二甲基甲酰胺（dmf）的混合液、氯仿、六氟异丙醇等，其中六氟异丙醇作为溶剂效果最好。胶原最好为为ⅰ型胶原。

本发明中电纺丝可以将牙齿粘接在电纺丝接受板上直接接受电纺丝，或者用长杆夹夹住牙齿来直接接受产生的plga电纺丝，当达到一定的厚度时，形成类似膜结构，称之为电纺膜1-1（见图1），或者将锡箔纸固定在收集辊上，将电纺丝喷射到锡箔纸上，再将电纺膜包裹到牙表面。

本专利团队研究发现，凝胶状态的支架材料不能承受机械力，其三维结构易形变，而研发出粘附在牙根表面的具有一定强度的多孔支架材料能解决脱位牙延迟再植的牙周膜再生难题。

具体制备方法参见以下实施例，其中：生物试剂如下：plga(polylactic-co-glycolicacid,中文名为聚乳酸-羟基乙酸共聚物，la/ga=75/25，粘度0.91dl/g，山东省医疗器械研究所)；二氯甲烷（ch2cl2，成都市化工试剂公司）；二甲基甲酰胺（dmf,成都市科隆化工试剂厂）；三氯甲烷（chcl3，成都市化工试剂厂）；六氟异丙醇（1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2propanol,hfip,sigma，usa）；ⅰ型胶原溶液（6mg/ml,四川大学生物材料中心）；氢氧化钠（naoh，成都市新都区木兰镇工业开发区）。

主要仪器有：恒温磁力搅拌器（85-2型，上海司乐仪器有限公司）；低温高速台式离心机（bio-rad，usa）；ss系列电纺丝设备（北京永康乐业科技发展有限公司）；冷却水循环装置（eyela,型号ca-1111，上海爱朗仪器有限公司）；冷冻干燥机（lgj-18s,北京松源华兴科技发展有限公司）；milli-q纯水系统（millipore,usa）。

实施例1

为了实现脱位牙再植后牙周膜再生，本发明的个体化粘附牙齿的三维支架膜具体制备方法如下。

步骤一：获取离体牙。

步骤二：电纺膜（plga纤维膜）的制备

(1)称取适量plga，加入到按体积比52:37混合的二氯甲烷和二甲基甲酰胺（dmf）的溶剂中，配成浓度是11%（w/v）的plga溶液；

(2)使用10ml一次性注射器针筒分别吸取上述配好的plga溶液，选用22号平头不锈钢针头，将针筒固定在注射泵上。调针头与收集辊的距离为15cm，高压电源输出端接在针筒前端的不锈钢平头上，锡箔纸固定在收集辊上。打开照明灯，调正压为7.46kv,负压为7.12kv,注射速率为0.1mm/min，温度控制在30°c左右，此方法得出的电纺丝有时会出现不连续的滴珠，对成丝的温度，湿度，以及溶解度要求比较高（图3）；

(3)将锡箔纸上的电纺膜裹到牙根部，电纺膜的厚度为20-30μm。

步骤三：牙齿硅橡胶阴模获取：先将厚度为100μm的薄膜裹电纺膜的表面，然后制备牙齿硅橡胶阴模。

步骤四：配置胶原溶液：在冷却水循环装置上将6mg/ml的酸性胶原溶液（用氢氧化钠调ph值）配制成5mg/ml的中性胶原溶液。

步骤五：将硅橡胶阴模置于放有5mg/ml中性胶原溶液中,揭除包裹在电纺膜外面的薄膜，再将粘附电纺膜的牙齿悬挂放置在硅橡胶阴模中，保持电纺膜与硅橡胶阴模的距离为80-100μm，然后置于37°c1小时后，形成胶原凝胶。

步骤六：脱掉硅橡胶阴模，将附有电纺膜和胶原凝胶的牙齿真空冷冻干燥24h，得到脱位牙仿生三维支架膜；环氧乙烷消毒备用。

实施例2

为了实现脱位牙再植后牙周膜再生，本发明的个体化粘附牙齿的三维支架膜具体制备方法如下。

步骤一：获取离体牙。

步骤二：电纺膜（plga纤维膜）的制备

(1)以氯仿为溶剂，配成浓度为15%w/v的plga溶液，室温下搅拌3小时或过夜获得混合均匀的纺丝液；

(2)使用10ml一次性注射器针筒分别吸取上述配好的plga溶液，选用22号平头不锈钢针头，将针筒固定在注射泵上。调针头与收集辊的距离为15cm，高压电源输出端接在针筒前端的不锈钢平头上，将牙齿固定在收集辊上。打开照明灯，调正压为7.46kv,负压为7.12kv,注射速率为0.1mm/min，使附着在牙齿上的纺丝层的厚度为30-50μm。此方法得出的电纺丝网格状不连续，有不少断头（图4）。

步骤三：牙齿硅橡胶阴模获取：先将厚度为150μm的薄膜裹电纺膜的表面，然后制备牙齿硅橡胶阴模。

步骤四：配置胶原溶液：在冷却水循环装置上将6mg/ml的酸性胶原溶液（用氢氧化钠调ph值）配制成5mg/ml的中性胶原溶液。

步骤五：将硅橡胶阴模置于放有5mg/ml中性胶原溶液中,揭除包裹在电纺膜外面的薄膜，再将粘附电纺膜的牙齿悬挂放置在硅橡胶阴模中，保持电纺膜与硅橡胶阴模的距离为100-150μm，然后置于37°c1小时后，形成胶原凝胶。

步骤六：脱掉硅橡胶阴模，将附有电纺膜和胶原凝胶的牙齿真空冷冻干燥24h，得到脱位牙仿生三维支架膜；环氧乙烷消毒备用。

实施例3

为了实现脱位牙再植后牙周膜再生，本发明的个体化粘附牙齿的三维支架膜具体制备方法如下。

步骤一：获取离体牙。

步骤二：电纺膜（plga纤维膜）的制备

(1)以六氟异丙醇为溶剂，配成浓度为10%（w/v）的plga溶液。室温下搅拌3小时或过夜获得混合均匀的纺丝液；

(2)使用10ml一次性注射器针筒分别吸取上述配好的plga溶液，选用22号平头不锈钢针头，将针筒固定在注射泵上。调针头与收集辊的距离为15cm，高压电源输出端接在针筒前段的不锈钢平头上，将牙齿固定在收集辊上。打开照明灯，调正压为7.46kv,负压为7.12kv,注射速率为0.1mm/min，将电纺丝直接喷射到牙齿上（见图1），电纺膜厚度50-80μm。此方法对温度，湿度的要求不高，得出的电纺丝比较连续，无断头和滴珠（图5）；

步骤三：牙齿硅橡胶阴模获取：先将厚度为250μm的薄膜裹电纺膜的表面，然后制备牙齿硅橡胶阴模。

步骤四：配置胶原溶液：在冷却水循环装置上将6mg/ml的酸性胶原溶液（用氢氧化钠调ph值）配制成5mg/ml的中性胶原溶液。

步骤五：将硅橡胶阴模置于放有5mg/ml中性胶原溶液中,揭除包裹在电纺膜外面的薄膜，再将粘附电纺膜的牙齿悬挂放置在硅橡胶阴模中，保持电纺膜与硅橡胶阴模的距离为200-250μm，然后置于37°c1小时后，形成胶原凝胶。

步骤六：脱掉硅橡胶阴模，将附有电纺膜和胶原凝胶的牙齿真空冷冻干燥24h，得到脱位牙仿生三维支架膜；环氧乙烷消毒备用。

实施例4

为了实现脱位牙再植后牙周膜再生，本发明的个体化粘附牙齿的三维支架膜具体制备方法如下。

步骤一：获取犬的前牙。

步骤二：电纺膜（plga纤维膜）的制备

(1)以六氟异丙醇为溶剂，配成浓度为10%w/v的plga溶液。室温下搅拌3小时或过夜获得混合均匀的纺丝液；

(2)使用10ml一次性注射器针筒分别吸取上述配好的plga溶液，选用22号平头不锈钢针头，将针筒固定在注射泵上。调针头与收集辊的距离为15cm，高压电源输出端接在针筒前段的不锈钢平头上，打开照明灯，调正压为7.46kv,负压为7.12kv,注射速率为0.1mm/min。将电纺丝直接喷射到牙齿上，电纺膜厚度30-50μm。

步骤三：牙齿硅橡胶阴模获取：先将厚度为100-150μm的薄膜裹电纺膜的表面，然后制备牙齿硅橡胶阴模。

步骤四：配置胶原溶液：在冷却水循环装置上将6mg/ml的酸性胶原溶液（用氢氧化钠调ph值）配制成5mg/ml的中性胶原溶液。

步骤五：将硅橡胶阴模置于放有5mg/ml中性胶原溶液中,揭除包裹在电纺膜外面的薄膜，再将粘附电纺膜的牙齿悬挂放置在硅橡胶阴模中，保持电纺膜与硅橡胶阴模的距离为100-150μm，然后置于37°c1小时后，形成胶原凝胶。

步骤六：脱掉硅橡胶阴模，将附有电纺膜和胶原凝胶的牙齿真空冷冻干燥24h，得到脱位牙仿生三维支架膜（图7）；环氧乙烷消毒备用，粘附仿生三维支架膜的牙简称支架牙。

步骤七：取步骤六中的支架牙和无支架牙（拔出牙齿5天后），分别原位植入犬的牙槽窝内，2个月后，取相应再植牙组织块，经多聚甲醛固定，乙二胺四乙酸脱矿，切片，苏木素伊红染色后，100倍和400倍的光镜下发现，正常牙齿牙根和牙槽骨之间有一层纤维结缔组织（图8a、图9a）；无支架牙牙根和牙槽骨之间之间骨性连接，无纤维结缔组织，即无牙周膜再生（图8b、图9b）；有支架牙牙根和牙槽骨之间类似正常牙结构，有一层纤维结缔组织类似正常的牙周膜。（图8c、图9c）。