一种性能可控的胶原纳米纤维无纺布制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种性能可控的胶原纳米纤维无纺布制备方法，在一个多功能性模型支架系统中，活性静电纺制备的坡度型原位交联明胶纳米纤维(CGN)与多空孔层和热塑性未交联可生物降解的聚酯无纺布层压在一起。本发明制备的交联明胶纳米纤维/聚己内酯/交联明胶纳米纤维(CGN/PCL/CGN)层状生物复合材料的力学强度、生物降解速率和生物功能，可以通过调控各个层的种类、组成、纤维直径、孔隙率、数目和顺序来进行调节。CGN/PCL多层生物复合材料可以根据需要切成不同的形状，通过外科缝合手术连接到组织上，以实现不同病人的需要，从而实现在医学上的广泛应用。
【专利说明】 一种性能可控的胶原纳米纤维无纺布制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及构建软组织再生的模型支架材料，尤其涉及一种静电纺胶原纳米纤维无纺布的制备方法。
【背景技术】
[0002]再生医学是一个在材料科学、生物工程、细胞生物和生物医药前沿的多学科交叉的快速发展的领域。目前细胞工程材料领域面临的一个很大的挑战就是能够模拟细胞外基质(ECM)并且促进组织再生的用作三维模板的支架材料的研究，和纤维状细胞外基质相似的结构以及其纳米尺度的尺寸使得纳米纤维无纺布和微米/纳米混合无纺布被认为是用于上述支架材料的非常有前景的候选材料。相对于传统的大尺寸或微尺寸的支架材料而言，胶原纳米纤维无纺布需要更小的细胞浓度从而实现有效的细胞种植，细胞粘附和细胞分化。且细胞的生长、营养和氧气的分散不只发生在支架的表面，而是扩散在整个支架中。
[0003]在众多的聚合物加工技术中，静电纺丝代表了一种引导性的技术。静电纺丝的成本较低，而且尤其突出的是静电纺丝技术可以用来设计功能性纳米纤维和无纺布结构，在注射端和接收端之间，聚合物溶液早注射器的毛细管处形成注射流然后再接收装置上随机沉积成干的超细纤维，从而形成纳米纤维无纺布。利用静电纺丝可以制备很多种聚合物的纳米或微米纤维。静电纺丝已经被成功用来制备仿生蛋白质纳米纤维支架材料，合成或天然聚合物的静电纺丝已经被用来设计类似细胞外基质的无纺布系统，例如，可生物降解高分子聚己内酯(PCL)和聚乳酸(PLA)，虽然静电纺丝的聚合物具有很好的力学性能，但合成聚合物的细胞粘附性和细胞分化性能不如天然生物高分子，因此，诸如明胶之类的天然生物高分子和像聚己内酯和聚乳酸这一类的合成高分子，混合后再进行静电纺丝；另一种提高合成聚合物性能的方法是将明胶接枝到合成纤维上。同合成纤维相比，混合纤维和接枝纤维的性能都有明显的改善。天然生物聚合物纳米纤维的掺入提供了非常好的生物相容性和细胞粘附性，但其在水中会溶胀，并且在水中的力学强度很低，是其最大的弱点。
【发明内容】
[0004]本发明涉及一种性能可控的胶原纳米纤维无纺布制备方法，具体的制备方法如下:
[0005](I)明胶溶液的静电纺丝:将明胶粉末溶解在1:2:1的乙酸、乙酸乙酯和水的混合溶液中，搅拌3h得到澄清的溶液(25wt% )，在进行静电纺丝之前，溶液与一定量的乙二醛溶液混合，混合溶液转移到注射器中用注射泵提供动力推进纺丝液(推进速率0.9?1.8mL/h)，喷丝头的直径为0.6mm，注射端连接高压电源装置，电压为14?18kV，得到的静电纺纳米纤维毡在70?75°C下放置3?4h得到交联明胶纳米纤维。
[0006](2)聚己内酯(PCL)的三维微挤出:在3D纤维沉积装置中，聚己内酯(PCL, Mw=75000?85000g/mol，粘度:1.03?1.12dl/g)转入到加热的挤出装置中，挤出速度为400?500mm/min,温度为140?17CTC,压力为0.96bar,喷嘴直径为0.6_。[0007]本发明中，在一个多功能性模型支架系统中，活性静电纺制备的坡度型原位交联明胶纳米纤维(CGN)与多空孔层和热塑性未交联可生物降解的聚酯无纺布层压在一起；静电纺过程中，在无毒的混合溶剂(乙酸/乙酸乙酯/水，5:3:2，w/w/w)中加入已二醛使得明胶进行原位交联。不含氟的交联系统消除了交联的后处理从而简化了传统交联明胶纳米纤维的步骤。乙二醛的存在使得明胶逐渐地进行交联从而逐渐增加明胶溶液的浓度，静电纺纳米纤维的直径逐渐从90nm增大到680nm ;然后在层压的过程中，3D微挤出的微米聚己内酯(PCL)纤维无纺布和交联明胶纳米纤维层混合在一起。
【具体实施方式】
[0008]为了加深对本发明的理解，下面结合具体实施例对本发明做进一步的详述。
[0009](I)明胶溶液的静电纺丝:将明胶粉末溶解在1/2/1 (v/v)的乙酸、乙酸乙酯和水的混合溶液中，搅拌3h得到澄清的溶液(25wt% )，在进行静电纺丝之前，溶液与IOmL的乙二醛溶液混合，混合溶液转移到注射器中用注射泵提供动力推进纺丝液(推进速率0.9mL/h)。喷丝头的直径为0.6mm，注射端连接高压电源装置，高压为14kV。得到的静电纺纳米纤维毡在70°C下3h得到交联明胶纳米纤维。
[0010](2)聚己内酯(PCL)的三维微挤出:在3D纤维沉积装置中，聚己内酯(PCL，Mw =82000g/mol，粘度:1.09dl/g)转入到加热的挤出装置中，挤出速度为500mm/min，温度为140°C，压力为0.96bar，喷嘴直径为0.6mm。
【权利要求】
1.一种性能可控的胶原纳米纤维无纺布的制备方法，其步骤如下: (1)明胶溶液的静电纺丝: 将明胶粉末溶解在1/2/1的乙酸、乙酸乙酯和水的混合溶液中，搅拌3h得到澄清的溶液(25wt% )，在进行静电纺丝之前，溶液与一定量的乙二醛溶液混合，混合溶液转移到注射器中用注射泵提供动力推进纺丝液(推进速率0.9~1.8mL/h)，喷丝头的直径为0.6mm,注射端连接高压电源装置，电压为14~18kV，得到的静电纺纳米纤维毡在70~75°C下放置3~4h得到交联明胶纳米纤维； (2)聚己内酯(PCL)的三维微挤出: 在3D纤维沉积装置中，聚己内酯(PCL，Mw = 75000~85000g/mol，粘度:1.03~1.12dl/g)转入到加热的挤出装置中，挤出速度为400~500mm/min，温度为140~170°C，压力为0.96bar,喷嘴直径为0.6mm。
2.如权利要求1所述的胶原纳米纤维无纺布制备方法，其特征在于:所述的纺丝电压为 15kV。
【文档编号】B32B9/02GK103600521SQ201310586160
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】韩志超, 许杉杉 申请人:无锡中科光远生物材料有限公司