一种即刻交联技术用于制备大孔三维纳米纤维支架的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种利用即刻交联技术结合静电纺丝技术制备三维纳米支架的方法，本发明得到的支架具有三维立体的结构，厚度为0.05-10mm，结构蓬松，纤维间空隙为0-30μm，孔隙大小可调，本发明操作简便、所涉及的即刻交联的方法解决了机械和加工性能稍差的天然生物分子进行静电纺丝后再交联所产生的纤维溶解、结构破坏的问题，可以获得结构稳定、三维立体、疏松多孔的纳米纤维支架，为组织再生修复中提供运载细胞、细胞因子及药物的平台。
【专利说明】一种即刻交联技术用于制备大孔三维纳米纤维支架
【技术领域】
[0001]本发明属于植入性医疗器械领域，具体涉及一种即刻交联技术用于制备大孔三维纳米纤维支架。
【背景技术】
[0002]疾病和创伤常引起组织器官的损伤和功能障碍，是威胁人类健康和生命的危险因素之一。目前，对于缺损修复首选自体组织或器官移植，但这种方法供区有限。而同种异体组织器官又存在免疫排斥，异种的某些组织也被用来修复，例如骨，但存在感染的危险。在此基础上，组织工程学发展起来了，这是一门致力于寻找修复、维持和改进组织的生物替代物的学科。它的三要素包括种子细胞、组织工程支架和生长因子。其中，支架是组织工程化组织最基本的构架。它相当于细胞外基质的作用，所以，最理想的支架是能模拟细胞外环境的，从而促进细胞的生长和定向分化。细胞外基质主要由胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、弹性蛋白组成。胶原和弹性蛋白为结构蛋白，决定不同组织细胞外基质结构的特异性，他们大多以纳米纤维的形式存在。
[0003]目前，得到纳米纤维的方法主要有相分离、自组装和静电纺丝，在这些方法中，运用静电纺丝的方法，可以得到IOnm到微米级的纤维丝，和其他方法比较，它具有操作简便、效率高、可用的原材料广泛，纤维和支架性能可调、可制作有序性结构等优点(K.Jayaraman, et al., Recent advances in polymer nanofibers, Journal ofNanoscience and Nanotechnology4(2004)52 - 65.X
[0004]在静电纺丝过程中，高压电源在喷射装置及收集装置之间形成一个高压电场，喷射装置可将高分子溶液推出形成液滴或液线，液滴和液线在其尖端形成泰勒锥，在合适的高压电场的作用下形成突破液体表面张力形成射流，向着具有相反电势的收集装置运动。在运动过程中，溶剂挥 发，形成高分子纳米线。堆积的纳米线形成膜，在发射和收集装置间形成不导电屏障，消弱了高压电场，到一定程度时，溶液中的分子不能克服表面张力形成射流，而出现火花和滴液现象，纤维膜便不再增厚。同时，因为新到达的纤维不断挤压已经沉积的纤维，使得最后形成的纤维膜非常致密，越是堆积的多，越致密。这些都限制了对于其在组织工程中的运用。因而静电纺丝支架存在的最大的问题是孔径不够，通常不超过 IOum,限制了细胞的扩散(Carletti, E., A.Motta, et al.(2011).Scaffoldsfor Tissue Engineering and3D Cell Culture.3D Cell Culture.J.ff.Haycock, HumanaPress.695:17-39.)。另外，传统静电纺丝支架难以形成三维结构，即使增设增强电场装置，也最多能形成厚度不超过5mm的纤维团，而这样做的代价是增大操作难度，进一步增加了纤维团的密度。
[0005]近几年来静电纺丝支架研究非常多，很多都是研究如何解决这几个问题。目前研究者们主要通过光刻蚀法、浙滤法、超声法和微-纳米纤维复合法等来挺高孔径。但这些方法有些破坏了纤维原有结构，有些使得材料内部结构不均一，甚至引入较粗的微米纤维。而研究发现，纳米纤维较微米纤维更有利于细胞的生长(Shabani I, Haddad1-Asl V, Seyedjafari E.et al.1mproved infiltration of stemcells on electrospunnanofibers[J].Biochemical and Biophysical ResearchCommunications, 2009, 382 (I): 129—133.)。另外一些研究者用改变接收装置的方法来提高孔径，力求在不破坏静电纺丝纤维结构的前提下提高孔径。Blakeney等将接收装置改成一个插着不锈钢针的泡沫空心半球，在不锈钢针之间得到了一种集中的、低密度、不受挤压的棉花团样静电纺丝支架。对这种材料进行物理性能测试及细胞实验，发现这种方法得到的纤维支架和传统方法比较，孔径和厚度都有所提高。但我们使用这种方法制作天然材料支架时发现，支架刚刚纺好时是蓬松而且较厚的，但在进行交联处理时，发生了孔隙坍塌，材料收缩(Blakeney, B.A.，A.Tambralli, et al.(2011) ,Cell infiltration and growthin a low density, uncompressed three-dimensional electrospunnanofibrous scaffold."Biomaterials32(6):1583-1590.)。
[0006]SeemaAgarwal等介绍了一种反应静电纺丝的方法,透明质酸在被喷出前发生交联，静电纺丝完毕后，得到的纤维可不用再进行交联处理(Agarwal, S.，J.H.Wendorff, etal.(2009)."Progress in the Field of Electrospinning for Tissue EngineeringApplications."Advanced Materials21 (32-33):3343-3351.)。这种即刻交联可发生在静电纺丝前，也可发生在静电纺丝时。Xu等就是通过加入光交联剂，紫外照射喷射中的丝，在沉积前发生交联反应(Xu, X.，J.-F.Zhang, et al.(2010)."Fabrication of Cross-LinkedPolyethyleneimine Microfibers by Reactive Electrospinning with In SituPhoto-Cross-Linking by UV Radiation.^Biomacromoleculesll (9):2283-2289.)。若将可得到蓬松结构的收集装置加上反应静电纺丝的方法，即可避免后期交联导致的结构坍塌，但是这种方法所用技术较为复杂。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的以上缺陷或技术需求，本发明的目的是提供一种利用即刻交联技术结合静电纺丝技术制备大孔三维纳米支架的方法，本发明操作简便、所涉及的即刻交联的方法解决了机械和加工性能 稍差的天然生物分子进行静电纺丝后再交联所产生的纤维溶解、结构破坏的问题，可以获得结构稳定、三维立体、疏松多孔的纳米纤维支架。为组织再生修复中提供运载细胞、细胞因子及药物的平台。
[0008]本发明的具体技术方案如下:
[0009]一种制备大孔三维纳米纤维支架的方法，其特征在于:步骤如下:
[0010](I)将生物大分子材料溶于有机溶剂中，配制成质量浓度为6-20%的静电纺丝溶液，其中生物大分子为丝素蛋白和/或壳聚糖；
[0011](2)将上步所得的静电纺丝溶液进行静电纺丝，然后在甲醇和/或乙醇溶液中收集，得到大孔三维纳米纤维粗品；
[0012](3)对上步所得粗品进行中和、清洗，除去样品中残留的有机溶剂，干燥得到大孔三维纳米纤维支架。
[0013]所述步骤I中有机溶剂为三氟乙酸、二氯甲烷、六氟异丙醇的一种或几种的混合物。
[0014]所述步骤I中丝素蛋白与壳聚糖可按任意比例混合。[0015]所述步骤2中静电纺丝的电压为16-30kv，给液速度为0.0005-0.003mm/s，收集距离为 7_15cm。
[0016]所述步骤2中甲醇和/或乙醇溶液中还可包括交联剂。
[0017]所述交联剂为京尼平和/或戊二醛，其中京尼平在甲醇和/或乙醇溶液中的浓度为0.l-10mg/ml，戊二醛在甲醇和/或乙醇溶液中的浓度为0.25-2.5w/v%，或者两者之间在上诉浓度范围内按任意比例混合的混合物。
[0018]所述步骤2中静电纺丝溶液中的丝素蛋白和/或壳聚糖与甲醇和/或乙醇溶液的比例为 Ig:300-1500ml。
[0019]所述步骤2中收集方法可以是:在现有静电纺丝装置的喷射装置下方放置不导电容器，容器中盛有配置好的具有交联效应的乙醇和/或甲醇溶液。不导电容器放在导电平台上。通过这种收集方法，可得到无序取向性的大孔三维纳米纤维支架。
[0020]所述步骤2中收集还可以方法是:在配置好的具有交联效应的乙醇和/或甲醇溶液的氛围下用滚筒收集法收集样品；所述滚筒收集法中滚筒筒体水平放置，滚筒体积的1/3-1/2浸没在乙醇中。通过这种收集方法，可得到有序取向性的大孔三维纳米纤维支架。
[0021]本发明主要以运用广泛、经济实用的静电纺丝技术为基础，对静电纺丝制作组织工程支架过程中产生的问题进行改进。
[0022]最基本的静电纺丝装置包括:高压电源、喷射装置及收集装置，高压电源在喷射装置及收集装置之间形成一个高压电场，喷射装置可将高分子溶液推出形成液滴或液线，液滴和液线在其尖端形成泰勒锥，在合适的高压电场的作用下形成突破液体表面张力形成射流，向着具有相反电势的收集装置运动。在运动过程中，溶剂挥发，形成高分子纳米线。
[0023]这些纳米线经过各种巧妙的收集装置可获得组织工程所需的蓬松立体纤维团。但当使用组织工程中常用的生物大分子制作蓬松立体纤维团后，对其进行交联处理时，其结构没法维持。例如本发明选用的壳聚糖及丝素蛋白，在静电纺丝所用溶液中时主要以不稳定的结构存在，分子和分子间结合力量很弱，对于丝素蛋白来说主要存在无规卷曲和α-螺旋结构两种不稳定构象。静电纺丝是个物理力学的作用的过程，喷出的射流中，分子和分子相互缠绕形成纤维，所以纤维内部结构不牢固。交联是让分子内部和分子间形成稳定的结合，如醇溶液可将丝素蛋白中的无规卷曲和α_螺旋结构变成稳定的β_折叠结构，戊二醛、京尼平可通过化学反应使壳聚糖与壳聚糖之间、丝素蛋白与丝素蛋白之间以及壳聚糖与丝素蛋白之间形成稳定而牢固的化学结合，使其在组织工程的运用中保持一定的稳定性。但对蓬松立体的纤维进行交联时，纤维内部分子的紧密结合，导致了孔隙及支架整体的收缩。而静电纺丝中的即刻交联是避免这种现象的一种方法。
[0024]丝素蛋白及壳聚糖作为组织工程常用原材料，具有来源广、生物相容性好、机械加工性能佳的优势，丝素蛋白在醇溶液中可发生物理交联。京尼平及戊二醛是常用生物材料交联剂，具有低毒的特性。丝素蛋白和壳聚糖都可被上述两种交联剂交联。
[0025]在壳聚糖和/或丝素蛋白的纳米纤维浸入到具有交联作用的甲醇和/或乙醇溶液之中后，纳米纤维中的大分子会在液体的作用下即刻交联，使得纳米纤维中的大分子变成稳定的空间构象。
[0026]例外，在利用静电纺丝取得有序取向性的纳米纤维时，为了取得更有序的纤维，通常需要提高滚筒速度来提高牵拉力，达到拉得更直的目的，但对于很多生物大分子来说，交联变成更稳定牢固的结构之前，其机械性能通常非常差。对于传统的静电纺丝，滚筒收集的纤维常常由未交联的分子形成，当速度提高到一定的时候，这些纤维很容易被拉断。而把滚筒置于具有交联作用的甲醇和/或乙醇溶液之中后，落在其中的纤维即刻被交联，纤维内部分子形成稳定牢固的结合，纤维的机械性能提高，一定范围内，即使提高转速提高滚筒对其的牵拉力量，也不容易被拉断。同时，因为醇溶液的存在，使得这种方法收集的有序纤维变得蓬松，纤维的厚度也因此提高，最终形成的纳米纤维支架不但有序而且具有稳定的大孔三维结构。
[0027]综上所述，本领域中存在着提供简易的即刻交联技术以获得大孔三维纳米纤维支架用于组织工程领域的技术需求。
[0028]本方法收集得到的纤维支架特点是纤维直径在IOnm到10 μ m之间，可以是有取向性的纤维也可以是无取向性的纤维。在纺丝浸入具有交联作用的甲醇和/或乙醇溶液的同时被即刻交联，最终形成的支架具有三维立体的结构，厚度为0.05-10mm，结构蓬松，纤维间空隙为0-30 μ m,平均孔隙大小可调，经过漂洗干燥处理后，结构基本能维持。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为实施例1制备大孔三维无序纳米纤维支架的过程示意图；
[0030]图2为使用液体浴即刻交联技术制备的再生丝素蛋白支架的傅立叶红外光谱图；
[0031]图3为实施例2使用滚筒收集法制备大孔三维有序取向性纳米纤维支架的过程示意图；
[0032]1-静电纺丝设备，2-装有甲醇和/或乙醇的器皿，3-滚筒。
【具体实施方式】
[0033]实施实例一:
[0034]1、将蚕茧剪成Icm2的小块，用质量分数为0.5%的碳酸钠溶液500mL煮沸1.5小时，用去离子水清洗干净，再在500mL去离子水中煮沸0.5h，用去离子水洗净后烘干。往处理后的蚕丝中加入约60mL氯化钙/水/乙醇三相溶液(三种物质的摩尔比为1/8/2)，在70°C水浴搅拌I小时使得蚕丝完全溶解，再对所得的溶液透析48小时。透析完毕后的溶液在8000r/min的条件下离心30min后过滤，过滤得到的溶液进行液氮冷冻后干燥48小时，最后得到再生丝素蛋白。
[0035]2、将2g再生丝素蛋白溶解在Sg质量比为3:7的二氯甲烷和三氟乙酸的混合溶液中，配制再生丝素蛋白质量分数为20%的静电纺丝所用溶液。
[0036]通过静电纺丝设备进行静电纺丝，利用液体浴收集法进行收集。如图1所示，此实例中的液体浴收集方法可以得到无取向性的纳米纤维支架粗品。
[0037]本实例所述液体浴收集法的实现方式是将600ml乙醇加入直径为20cm，高3cm的底部铺有导电锡箔纸的玻璃皿，使得再生丝素蛋白与乙醇的比例为lg:300ml，乙醇的低表面张力特性可以使得静电纺丝所产生的纺丝可以浸入乙醇当中，在进入乙醇的同时乙醇可以即刻转变再生丝素蛋白的构象以进行即刻交联，使得蚕丝蛋白所构成的纺丝变成稳定的状态，如2所示，采用液体浴即 刻交联技术所制备的再生丝素蛋白支架的红外光谱图显示，再生丝素蛋白的构象已经是可以稳定存在的β-折叠结构。[0038]同时调节静电纺丝使用电压为16kv、给液速度为0.0005mm/s、收集距离为7cm。在上述条件下进行不同时间的静电纺丝，可以收集不同厚度的样品。
[0039]3、取下粗品，放入7%的氨水溶液中浸泡30min，再用去离子水漂洗3_6遍，最后进行冷冻干燥。
[0040]4、将无取向性纳米纤维支架用紫外光、75%乙醇或环氧乙烷消毒。培养基浸泡后接种骨髓基质干细胞、IPS细胞、胰细胞、肝细胞、软骨细胞等，进行诱导、培养数周。将长有细胞的支架植入胰脏、肝脏、椎间盘、关节软骨等处。
[0041]实施例二
[0042]1、将蚕茧剪成Icm2的小块，用质量分数为0.5%的碳酸钠溶液500mL煮沸1.5小时，用去离子水清洗干净，再在500mL去离子水中煮沸0.5h，用去离子水洗净后烘干。往处理后的蚕丝中加入约60mL氯化钙/水/乙醇三相溶液(三种物质的摩尔比为1/8/2)，在70°C水浴搅拌I小时使得蚕丝完全溶解，再对所得的溶液透析48小时。透析完毕后的溶液在8000r/min的条件下离心30min后过滤，过滤得到的溶液进行液氮冷冻后干燥48小时，最后得到再生丝素蛋白。
[0043]2、将0.5g再生丝素蛋白及0.5g壳聚糖混合溶解在9g质量比为3:7的二氯甲烷和三氟乙酸的混合溶液中，配制混合物质量分数为10%的静电纺丝所用溶液。
[0044]通过静电纺丝设备进行静电纺丝，利用液体浴收集法进行收集。如图1所示，此实例中的液体浴收集方法可以得到无取向性的纳米纤维支架粗品。
[0045]其具体操作方法是:将直径20cm，高3cm的玻璃皿盛300ml甲醇和300ml乙醇，加入京尼平使其浓度为0.lmg/ml,最终丝素蛋白壳聚糖混合物和混合醇溶液的比例为lg:600ml，在培养皿底部铺一层锡纸；混合醇溶液的低表面张力特性可以使得静电纺丝所产生的丝素蛋白壳聚糖混合丝浸入当中，在进入溶液的同时即刻交联，使得丝素蛋白本身构象改变成稳定的β_折叠， 同时蚕丝蛋白与丝素蛋白、壳聚糖与壳聚糖、以及丝素蛋白与壳聚糖之间形成稳固的化学结合。
[0046]同时调节静电纺丝使用电压为16kv、给液速度为0.0005mm/s、收集距离为7cm。在上述条件下进行不同时间的静电纺丝，可以收集不同厚度的样品。
[0047]3、取下粗品，放入7%的氨水溶液中浸泡30min，再用去离子水漂洗3_6遍，最后进行冷冻干燥。
[0048]4、将无取向性纳米纤维支架用紫外光、75%乙醇或环氧乙烷消毒。培养基浸泡后接种骨髓基质干细胞、IPS细胞、胰细胞、肝细胞、软骨细胞等，进行诱导、培养数周。将长有细胞的支架植入胰脏、肝脏、椎间盘、关节软骨等处。
[0049]实施例三
[0050]1、将蚕茧剪成Icm2的小块，用质量分数为0.5%的碳酸钠溶液500mL煮沸1.5小时，用去离子水清洗干净，再在500mL去离子水中煮沸0.5h，用去离子水洗净后烘干。往处理后的蚕丝中加入约60mL氯化钙/水/乙醇三相溶液(三种物质的摩尔比为1/8/2)，在70°C水浴搅拌I小时使得蚕丝完全溶解，再对所得的溶液透析48小时。透析完毕后的溶液在8000r/min的条件下离心30min后过滤，过滤得到的溶液进行液氮冷冻后干燥48小时，最后得到再生丝素蛋白。
[0051]2、将0.75g再生丝素蛋白及0.25g壳聚糖混合溶解在9g质量比为3:7的二氯甲烷和三氟乙酸的混合溶液中，配制混合物质量分数为10%的静电纺丝所用溶液。
[0052]通过静电纺丝设备进行静电纺丝，利用液体浴收集法进行收集。如图1所示，此实例中的液体浴收集方法可以得到无取向性的纳米纤维支架粗品。
[0053]其具体操作方法是:将直径20cm，高3cm的玻璃皿盛300ml甲醇和600ml乙醇，加入戊二醛使其浓度为2.5w/v%，最终丝素蛋白壳聚糖混合物和混合醇溶液的比例为lg:900ml，在培养皿底部铺一层锡纸；混合醇溶液的低表面张力特性可以使得静电纺丝所产生的丝素蛋白壳聚糖混合丝浸入当中，在进入溶液的同时即刻交联，使得丝素蛋白本身构象改变成稳定的β_折叠，同时蚕丝蛋白与丝素蛋白、壳聚糖与壳聚糖、以及丝素蛋白与壳聚糖之间形成稳固的化学结合。
[0054]同时调节静电纺丝使用电压为25kv、给液速度为0.0Olmm/s、收集距离为10cm。在上述条件下进行不同时间的静电纺丝，可以收集不同厚度的样品。
[0055]3、取下粗品，放入7%的氨水溶液中浸泡30min，再用去离子水漂洗3_6遍，最后进行冷冻干燥。
[0056]4、将无取向性纳米纤维支架用紫外光、75%乙醇或环氧乙烷消毒。培养基浸泡后接种骨髓基质干细胞、IPS细胞、胰细胞、肝细胞、软骨细胞等，进行诱导、培养数周。将长有细胞的支架植入胰脏、肝脏、椎间盘、关节软骨等处。
[0057]实施例四
[0058]1、将蚕茧剪成Icm2的小块，用质量分数为0.5%的碳酸钠溶液500mL煮沸1.5小时，用去离子水清洗干净，再在500mL去离子水中煮沸0.5h，用去离子水洗净后烘干。往处理后的蚕丝中加入约60mL氯化钙/水/乙醇三相溶液(三种物质的摩尔比为1/8/2)，在70°C水浴搅拌I小时使得蚕丝完全溶解，再对所得的溶液透析48小时。透析完毕后的溶液在8000r/min的条件下离 心30min后过滤，过滤得到的溶液进行液氮冷冻后干燥48小时，最后得到再生丝素蛋白。
[0059]2、将0.3g再生丝素蛋白及0.3g壳聚糖混合溶解在9.4g六氟异丙醇溶剂中，配制混合物质量分数为6%的静电纺丝所用溶液。
[0060]3、通过静电纺丝设备进行静电纺丝，利用液体浴滚筒收集法进行收集。如图3所示，此实例中的液体浴滚筒收集方法可以得到有取向性的纳米纤维支架粗品。
[0061]其中液体浴滚筒收集法的具体操作方法是:将直径20cm，高2cm的玻璃皿盛600ml乙醇，加入京尼平使其浓度为10mg/ml,最终丝素蛋白壳聚糖混合物和乙醇溶液的比例为lg: 1000ml，在玻璃皿底部铺一层锡纸；所用滚筒是直径为3cm，高5cm的滚筒，其表面包裹一层锡箔纸，利用马达旋转驱动滚筒旋转。将滚筒放置于培养皿中，滚筒的浸没体积为1/2。混合醇溶液的低表面张力特性可以使得静电纺丝所产生的丝素蛋白壳聚糖混合丝浸入当中，在进入溶液的同时即刻交联，使得丝素蛋白本身构象改变成稳定的β_折叠，同时蚕丝蛋白与丝素蛋白、壳聚糖与壳聚糖、以及丝素蛋白与壳聚糖之间形成稳固的化学结合。
[0062]调节电压为25kv、给液速度为0.001mm/s、收集距离为IOcm,滚筒在液体浴中以20Hz的频率转动。在上述条件下进行不同时间的静电纺丝，可以在滚筒上收集不同厚度的粗品。
[0063]4、取下粗品，用去离子水漂洗3-6遍，最后进行冷冻干燥。
[0064]5、将有取向性 纳米纤维支架用紫外光、75%乙醇或环氧乙烷消毒。培养基浸泡后接种骨髓基质干细胞、IPS细胞、骨细胞、神经细胞、肌腱细胞、牙周膜干细胞、肌细胞等，进行诱导、培养数周。将长有细胞的支架植入骨、神经、肌腱、牙周膜、肌肉等缺损处。
[0065]实施例五
[0066]1、将蚕茧剪成Icm2的小块，用质量分数为0.5%的碳酸钠溶液500mL煮沸1.5小时，用去离子水清洗干净，再在500mL去离子水中煮沸0.5h，用去离子水洗净后烘干。往处理后的蚕丝中加入约60mL氯化钙/水/乙醇三相溶液(三种物质的摩尔比为1/8/2)，在70°C水浴搅拌I小时使得蚕丝完全溶解，再对所得的溶液透析48小时。透析完毕后的溶液在8000r/min的条件下离心30min后过滤，过滤得到的溶液进行液氮冷冻后干燥48小时，最后得到再生丝素蛋白。
[0067]2、将0.2g再生丝素蛋白及0.4g壳聚糖混合溶解在9.4g六氟异丙醇溶剂中，配制混合物质量分数为6%的静电纺丝所用溶液。
[0068]3、通过静电纺丝设备进行静电纺丝，利用液体浴滚筒收集法进行收集。如图3所示，此实例中的液体浴滚筒收集方法可以得到有取向性的纳米纤维支架粗品。
[0069]其中液体浴滚筒收集法的具体操作方法是:将直径20cm，高3cm的玻璃皿盛900ml甲醇，加入戊二醛使其浓度为0.25w/v%，最终丝素蛋白壳聚糖混合物和甲醇溶液的比例为lg: 1500ml，在玻璃皿底部铺一层锡纸；所用滚筒是直径为3cm，高5cm的滚筒，其表面包裹一层锡箔纸，利用马达旋转驱动滚筒旋转。将滚筒放置于盛满乙醇的玻璃皿中，滚筒的浸没体积为1/2。
[0070]调节电压为30kv、给液速度为0.003mm/s、收集距离为15cm,滚筒在液体浴中以20Hz的频率转动。在上述条件下进行不同时间的静电纺丝，可以在滚筒上收集不同厚度的粗品。混合醇溶液的低表面张力特性可以使得静电纺丝所产生的丝素蛋白壳聚糖混合丝浸入当中，在进入溶液的同时即刻交联，使得丝素蛋白本身构象改变成稳定的β_折叠，同时蚕丝蛋白与丝素蛋白、壳聚 糖与壳聚糖、以及丝素蛋白与壳聚糖之间形成稳固的化学结合。
[0071]4、取下粗品，用去离子水漂洗3-6遍，最后进行冷冻干燥。
[0072]5、将有取向性纳米纤维支架用紫外光、75%乙醇或环氧乙烷消毒。培养基浸泡后接种骨髓基质干细胞、IPS细胞、骨细胞、神经细胞、肌腱细胞、牙周膜干细胞、肌细胞等，进行诱导、培养数周。将长有细胞的支架植入骨、神经、肌腱、牙周膜、肌肉等缺损处。
[0073]实施例六
[0074]1、将0.6g壳聚糖溶解在六氟异丙醇溶剂中，配制质量分数为6%的静电纺丝所用溶液。
[0075]2、通过静电纺丝设备进行静电纺丝，利用液体浴滚筒收集法进行收集。如图3所示，此实例中的液体浴滚筒收集方法可以得到有取向性的纳米纤维支架粗品。
[0076]其中液体浴滚筒收集法的具体操作方法是:将京尼平加入450ml乙醇，配置成2mg/ml的京尼平乙醇溶液，将戊二醛加入450ml甲醇，配置成2w/v%的戊二醛醇溶液，将二者混合到直径20cm，高3cm的玻璃皿中，最终壳聚糖和混合醇溶液的比例为lg:1500ml，在玻璃皿底部铺一层锡纸；所用滚筒是直径为3cm，高5cm的滚筒，其表面包裹一层锡箔纸，利用马达旋转驱动滚筒旋转。将滚筒放置于盛有900ml京尼平和戊二醛混合醇溶液的玻璃皿中，滚筒的浸没体积为1/2。混合醇溶液的低表面张力特性可以使得静电纺丝所产生的壳聚糖纤维浸入当中，在进入溶液的同 时即刻交联，使得壳聚糖与壳聚糖分子之间形成稳固的化学结合。
[0077]调节电压为30kv、给液速度为0.003mm/s、收集距离为15cm,滚筒在液体浴中以20Hz的频率转动。在上述条件下进行不同时间的静电纺丝，可以在滚筒上收集不同厚度的粗品。
[0078]3、取下粗品，用去离子水漂洗3-6遍，最后进行冷冻干燥。
[0079]4、将有取向性纳米纤维支架用紫外光、75%乙醇或环氧乙烷消毒。培养基浸泡后接种骨髓基质干细胞、IPS细胞、骨细胞、神经细胞、肌腱细胞、牙周膜干细胞、肌细胞等，进行诱导、培养数周。将长有细胞的支架植入骨、神经、肌腱、牙周膜、肌肉等缺损处。
[0080]本实施例中使用的 静电纺丝设备为现有技术。
【权利要求】
1.一种制备大孔三维纳米纤维支架的方法，其特征在于:步骤如下: (1)将生物大分子材料溶于有机溶剂中，配制成质量浓度为6-20%的静电纺丝溶液，其中生物大分子为丝素蛋白和/或壳聚糖； (2)将上步所得的静电纺丝溶液进行静电纺丝，然后在甲醇和/或乙醇溶液中收集，得到大孔三维纳米纤维粗品； (3)对上步所得粗品进行中和、清洗，除去样品中残留的有机溶剂，干燥得到大孔三维纳米纤维支架。
2.如权利要求1所述的制备大孔三维纳米纤维支架的方法，其特征在于:所述步骤I中有机溶剂为三氟乙酸、二氯甲烷、六氟异丙醇的一种或几种的混合物。
3.如权利要求1所述的制备大孔三维纳米纤维支架的方法，其特征在于:所述步骤2中静电纺丝的电压为16_30kv，给液速度为0.0005-0.003 mm/s，收集距离为7_15cm。
4.如权利要求1所述的制备大孔三维纳米纤维支架的方法，其特征在于:所述步骤2中甲醇和/或乙醇溶液中还包括交联剂。
5.如权利要求4所述的制备大孔三维纳米纤维支架的方法，其特征在于: 所述交联剂为京尼平和/或戊二醛，其中京尼平在甲醇和/或乙醇溶液中的浓度为0.l-10mg/ml，戊二醛在甲醇和/或乙醇溶液中的浓度为0.25-2.5w/v%，或者两者之间在上述浓度范围内按任意比例混合的混合物。
6.如权利要求1所述的制备大孔三维纳米纤维支架的方法，其特征在于:所述步骤(2)中静电纺丝溶液中的丝素蛋白和/`或壳聚糖与甲醇和/或乙醇溶液的比例为Ig:300-1500ml。
【文档编号】D01D5/00GK103861145SQ201410085109
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】王家伟, 丁慧芬 申请人:武汉大学