一种磁性复合纤维的制备方法、磁性复合纤维及其应用

1.本发明属于生物医用纤维材料技术领域，尤其涉及一种磁性复合纤维的制备方法、磁性复合纤维及其应用。


背景技术：

2.手术缝线是最古老的医疗器械之一，发展至今已有几千年的历史，其主要作用是闭合伤口、连接组织并促进伤口愈合。尽管目前已经开发了缝合钉、组织胶水等多种伤口闭合材料，但缝线依然占据不可替代的地位。根据生物降解性不同，缝线可分为不可降解缝线和可降解缝线。其中，可降解缝线由于最终降解为可溶性产物被人体吸收或逐步排出体外，避免了二次手术给患者带来的伤害，是很多组织修复的临床首选。
3.外科医生凭借丰富的临床经验选取不同的可降解缝线以满足不同伤口修复与愈合的需求。然而，值得强调的是，为了保障伤口愈合期间缝线为组织提供足够的机械支撑，往往倾向于选择降解周期远大于伤口愈合时间的缝线。缝线降解周期与伤口愈合周期的高度不匹配性将引发以下关键问题：伤口愈合后，缝线继续长时间存在于体内，不仅占据了组织再生的空间，而且可能引发慢性炎症反应，极大地影响了临床伤口治疗效果。
4.通过查阅相关文献和专利发现目前调节缝线降解行为的研究主要有两种：一是在聚合过程中调节材料配比，比如调节plga中la和ga的比例；二是在材料表面涂覆降解速度更慢的物质以减缓降解。尽管这些策略可以改变缝线的降解时间，但是尚无法根据组织愈合需求实时调节降解行为。鉴于此，开发出与伤口修复适配性更高的自控可降解缝线属于临床促进不同伤口的匹配性愈合的应用场景迫切需求，并且在相关生物医用材料的基础研究也具有及其重要的科学意义。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种磁性复合纤维的制备方法、磁性复合纤维及其应用。利用本发明的方法制备得到的磁性复合纤维为原料制备的手术缝线在外加磁场作用下产生磁热效应，鉴于可降解材料的降解行为具有温度依赖性，可控磁热效应实现了按需调控缝线降解速率，使其与组织愈合速率相匹配。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
7.本发明提供了一种磁性复合纤维的制备方法，所述磁性复合纤维主要由磁性纳米材料和可降解聚合物制备而成。
8.优选的，所述磁性纳米材料包括三氧化二铁、四氧化三铁和铁酸钴中的一种或多种。
9.优选的，所述磁性纳米材料包括三氧化二铁、四氧化三铁和铁酸钴的改性材料中的一种或多种。
10.优选的，所述可降解聚合物包括合成聚合物和/或天然聚合物。
11.优选的，所述合成聚合物包括聚羟基乙酸、聚乙丙交酯、聚对二氧环己酮、聚己内
酯和聚乳酸；所述天然聚合物包括壳聚糖、胶原和海藻酸钠。
12.优选的，所述所述磁性纳米材料的质量分数为0.1wt％～20wt％。
13.优选的，所述所述磁性复合纤维主要由磁性纳米材料和可降解聚合物通过熔融纺丝或湿法纺丝的方法制备而成。
14.本发明还提供了上述的制备方法制备得到的磁性复合纤维。
15.本发明还提供了一种手术缝线，主要由上述的磁性复合纤维制备而成。
16.优选的，所述的磁性复合纤维在制备自主调控降解速率的手术缝线中的应用。
17.与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
18.1.本发明在缝线中引入了磁性纳米材料，鉴于可降解材料降解行为的温度依赖性以及磁性纳米材料在外加磁场刺激下的磁热效应，可以根据伤口愈合速率自主调节缝线的降解速率，使其与伤口愈合高度匹配，既保证伤口愈合期间稳定的机械支撑，又避免缝线长时间降解带来的慢性炎症反应，促进组织愈合与再生；
19.2.本发明在纺丝过程中引入磁性纳米材料，磁性纳米材料在聚合物基体中均匀分布，避免了因磁性纳米材料团聚造成的组织局部灼伤；此外，与表面涂层不同，外科缝合和组织修复过程中不会出现纳米粒子脱落的问题，具有可靠的功能性和安全性；
20.3.本发明制备工艺简单、参数可控、便于推广，具有较强的临床应用价值。
附图说明
21.图1为本发明制备磁性复合纤维的流程示意图；
22.图2为基于磁性复合纤维的手术缝线按需自控降解机理示意图。
具体实施方式
23.本发明提供了一种磁性复合纤维的制备方法，所述磁性复合纤维主要由磁性纳米材料和可降解聚合物制备而成。
24.本发明提供的磁性复合纤维由磁性纳米材料和可降解聚合物，通过熔融纺丝或湿法纺丝等纤维成型工艺方法制备得到。
25.在本发明中，所述熔融纺丝的方法优选包括：将磁性纳米材料与可降解聚合物以一定比例混合，经双螺杆挤出机熔融共混、切片造粒；将制得的共混母粒与可降解聚合物母粒以一定比例投料，利用纳米复合纤维熔纺成型试验设备进行熔融纺丝；通过调节纺丝温度和卷绕速度得到磁性复合初生纤维；进一步对初生纤维进行热牵伸处理，通过调节牵伸温度、牵伸倍数和热定型温度获得磁性复合纤维。
26.在本发明中，所述湿法纺丝的方法优选包括：将可降解聚合物溶于纺丝溶剂中；充分溶解后，向其中加入磁性纳米材料，并通过超声和搅拌使其分散均匀；选择合适的凝固浴进行湿法纺丝；通过调控凝固时间、卷绕速度和牵伸倍数等参数获得磁性复合纤维。
27.在本发明中，磁性纳米材料优选包括三氧化二铁、四氧化三铁和铁酸钴中的一种或多种；更优选包括三氧化二铁、四氧化三铁和铁酸钴的改性材料中的一种或多种。在本发明中，所述磁性复合纤维中磁性纳米材料的质量分数优选为0.1wt％～20wt％，更优选为1.5wt％～15wt％。
28.在本发明中，所述可降解聚合物优选包括合成聚合物和/或天然聚合物。其中，所
述合成聚合物优选包括聚羟基乙酸(pga)、聚乙丙交酯(pgla)、聚对二氧环己酮(ppdo)、聚己内酯(pcl)、聚乳酸(pla)；所述天然聚合物优选包括壳聚糖(cs)、胶原(col)、海藻酸钠(sa)。
29.本发明还提供了上述的制备方法制备得到的磁性复合纤维。
30.在本发明中，所述纤维优选为单丝或复丝，纤维截面形貌优选包括圆形、多边形、中空结构等任意一种。所述多边形优选包括三叶形、五角星和六角形等。
31.本发明还提供了一种手术缝线，主要由上述的磁性复合纤维制备而成。
32.在本发明中，所述缝线由磁性复合单丝纤维直接充当单股缝线、或是单丝纤维进一步切割加工得到的倒刺缝线、或是磁性复合复丝纤维进一步编织得到的编织缝线。
33.在本发明中，所述倒刺缝线优选利用机械切割装置在磁性复合单丝纤维表面切割出一定剪切深度和剪切角度的倒刺，得到免缝合倒刺缝线。
34.在本发明中，所述编织缝线优选以磁性复合复丝纤维为编织纱，根据所需制备的缝线规格需求，选择合适尺寸的复丝纤维和编织机进行编织，得到编织缝线。
35.在本发明中，所述缝线的线径优选为0.001mm～0.950mm，力学性能符合标准《yy 1116-2020可吸收性外科缝线》规定；缝线处于外加磁场环境后，降解速率提高50％～400％。
36.本发明提供的手术缝线是可以按需自主调控降解速率的手术缝线，该缝线与组织愈合之间具有良好的适配性，不仅可以在组织愈合期间保持良好的力学支撑和完整性，而且可以在组织愈合后加速降解，为组织再生提供足够的空间，降低缝线在体内长期存在导致的慢性炎症反应。
37.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
38.实施例1
39.一种基于fe3o
4-oa/ppdo磁性复合纤维的自控降解手术缝线的制备方法，包括如下步骤：
40.(1)磁性复合纤维的制备
41.a)材料选择：以fe3o4和ppdo分别作为磁性纳米材料和可降解聚合物；
42.b)fe3o
4-oa纳米粒子的制备：将fe3o4纳米粒子分散于100ml乙醇/水体积比为1:1的混合溶液中，在氩气环境中搅拌，当溶液温度达到75℃后，向其中滴加6ml油酸(oa)继续搅拌1h，然后将混合物冷却至室温，收集oa功能化的fe3o4，再用乙醇和蒸馏水洗涤数次，最后在50℃下真空干燥10h得到fe3o
4-oa纳米粒子；
43.c)fe3o
4-oa/ppdo共混母粒的制备：将fe3o
4-oa和ppdo放入真空干燥箱中，37℃干燥24h以充分去除材料中的水分；利用双螺杆挤出机将fe3o
4-oa粉体和ppdo母粒进行熔融共混造粒，制备fe3o
4-oa/ppdo共混母粒，ppdo和fe3o
4-oa的质量比例为90:10，共混温度为130℃；
44.d)fe3o
4-oa/ppdo复合纤维的制备：将fe3o
4-oa/ppdo共混母粒和ppdo母粒以20：80的投料比，利用纳米复合纤维熔纺成型试验设备进行熔融纺丝，纺丝温度为160℃，卷绕速度为2000m/min，制得fe3o
4-oa/ppdo单丝型初生纤维；进一步对初生纤维进行热牵伸处理，牵伸温度为60℃，牵伸倍数为4，热定型温度为90℃，得到fe3o
4-oa/ppdo磁性复合单丝纤维，
纤维的平均直径为0.362mm，截面为圆形。
45.(2)自控降解单股缝线的制备
46.以步骤(1)中得到的fe3o
4-oa/ppdo磁性复合单丝纤维直接作为单股缝线。
47.(3)自控降解倒刺缝线的制备
48.利用机械切割的方式在步骤(1)所获得的fe3o
4-oa/ppdo磁性复合单丝纤维表面切割出剪切深度为0.1mm、剪切角度为155
°
、剪切距离为2mm的倒刺，得到倒刺缝线。
49.(4)缝线清洗、干燥、灭菌
50.利用75％的乙醇对缝线进行清洗30min，然后在37℃下进行干燥12h，最后利用环氧乙烷进行24h的灭菌处理。
51.线径测试：参照标准《yy 1116-2020可吸收性外科缝线》对缝线的线径进行测试，具体地：使用电子测厚仪测试缝线线径，每根缝线测试10个不同点的直径后取平均值，其中每个测试点第一次测试结束后将缝线翻转90
°
进行第二次测试，使用两次测得的平均值作为该测试点的线径；
52.拉伸测试：参照标准《yy 1116-2020可吸收性外科缝线》对缝线的断裂强力进行评价，具体地：取一根20cm长的缝线，首先在缝线中间打一个简单结，拉紧线结，然后将缝线安装到多功能强力测试仪上，结点位于上下夹具中间，测试隔距为125mm，拉伸速度为300mm/min；其中倒刺缝线的拉伸测试无需打结；
53.降解性能测试：以ph为7.2～7.4的pbs缓冲液作为降解液，加入0.02wt％的叠氮化钠以防止染菌，所有器具和降解液经高温高压灭菌处理，缝线与降解液的质量比为1:50，降解实验在静态(恒温37℃)和交变磁场环境(6匝铜线圈，频率为380khz，电流为30a)中进行，降解液每周更换一次，定期将缝线取出称重以评估其降解速率。
54.上述制备的单股缝线平均线径为0.362mm，平均断裂强力为32.9n，在37℃环境中降解20周后的平均质量损失率为12.7％，在交变磁场作用下降解20周的平均质量损失率为42.2％；倒刺缝线的评价断裂强力为27.3n，在37℃环境中降解20周后的平均质量损失率为17.5％，在交变磁场作用下降解20周的平均质量损失率为54.6％。
55.实施例2
56.一种基于cofe2o4/plga磁性复合纤维的自控降解手术缝线的制备方法，包括如下步骤：
57.(1)磁性复合纤维的制备
58.a)材料选择：以fe3o4和plga 75/25分别作为磁性纳米材料和可降解聚合物；
59.b)fe3o4/plga共混母粒的制备：将fe3o4和plga放入真空干燥箱中，60℃干燥24h以去除材料中的水分；利用双螺杆挤出机将plga母粒和fe3o4粉体进行熔融共混造粒，制备fe3o4/plga复合共混母粒，plga和fe3o4的质量比为90:10，造粒共混温度为220℃；
60.c)fe3o4/plga复合纤维的制备：将制得的fe3o4/plga共混母粒与plga母粒以15:85的投料比，利用纳米复合纤维熔纺成型试验设备进行熔融纺丝，纺丝温度为240℃，卷绕速度为2500m/min，制得fe3o4/plga复丝型磁性复合初生纤维；进一步对fe3o4/plga初生纤维进行热牵伸定型处理，牵伸温度为80℃，牵伸倍数为3倍，热定型温度为115℃，获得fe3o4/plga磁性复合复丝纤维，纤维尺寸为110dtex，截面为三叶型。
61.(2)自控降解编织型缝线的制备
62.以步骤(1)中得到的fe3o4/plga磁性复合复丝纤维为编织纱，利用8锭编织机进行编织，得到编织缝线。
63.(3)缝线清洗、干燥、灭菌
64.利用75％的乙醇对缝线进行清洗30min，然后在37℃下进行干燥12h，最后利用环氧乙烷灭菌，灭菌时间为24h。
65.测试方法同实施例1，上述制备的编织缝线的平均线径为0.308mm；平均断裂强力为26.2n；在37℃环境中降解16周后的平均质量损失率为14.9％，在交变磁场作用下降解16周的平均质量损失率为39.1％。
66.实施例3
67.一种基于fe3o4/cs磁性复合纤维的自控降解手术缝线的制备方法，包括如下步骤：
68.(1)磁性复合纤维的制备
69.a)材料选择：以fe3o4纳米粒子和cs分别作为磁性纳米材料和可降解聚合物；
70.b)fe3o4/cs复合纤维的制备：将cs溶于2wt％的乙酸溶液中，浓度为4wt％；待其充分溶解后向其中加入fe3o4纳米粒子，并使其分散均匀，fe3o4的质量为cs质量的20wt％；以体积比为7:3的5wt％naoh和无水乙醇溶液为凝固浴进行湿法纺丝，纺丝温度为30℃，凝固时间为2min，牵伸倍数为2倍，卷绕速度为4m/min，制得fe3o4/cs磁性复合单丝纤维，纤维平均直径为0.125mm，截面为圆形。
71.(2)自控降解单股缝线的制备
72.以步骤(1)中得到的fe3o4/cs磁性复合单丝纤维直接作为单股缝线使用。
73.(3)缝线清洗、干燥、灭菌
74.利用75％的乙醇对缝线进行清洗30min，然后在37℃下进行干燥12h，最后利用环氧乙烷灭菌，灭菌时间为24h。
75.测试方法同实施例1，上述制备的单股缝线平均线径为0.125mm；平均断裂强力为1.8n；在37℃环境中降解12周后的平均质量损失率为39.1％，在交变磁场作用下降解12周的平均质量损失率为61.9％。
76.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。