一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用与流程

本发明涉及复合纤维制备，具体涉及一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用。

背景技术：

1、生物材料在疾病治疗和医疗保健中发挥了重要作用，以纤维为基材构建的生物材料在临床上已经有着广泛的应用，如镍钛合金丝通过编织成型的方式制备得到的血管支架、聚丙烯纤维通过经编成型的方法制备得到疝气补片和尼龙纤维通过编织成型的方式获得的手术缝合线等，但是目前所用的医疗器械均是不可降解的，此类惰性器械普遍存在长期相容性差和需要二次手术的问题。因此，目前大量研究聚焦在可降解生物材料上，在多个领域中均有显著成果，如聚乳酸缝合线、丝素肌腱补片和镁合金血管支架等。但其中多数研究仍面临降解速率不可控这一重要问题，即使是同一种材料，使用不同结构所得的支架在不同组织环境下的降解速率仍是不同的。在某些情况下材料降解速率过快时，术后会出现症状复发及其他相关并发症，需要行再干预手术，严重甚至会导致死亡；而在降解速率过慢时，体内可能会产生慢性炎症反应，破坏机体组织自我修复，这些都是亟待解决的问题。所以，针对现有研究瓶颈和应用需求，有必要研发一种梯度降解复合纤维以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用，从而解决现有技术中的生物材料无法梯度降解或降解速率不可控从而导致术后并发症的问题。

2、根据本发明的第一方面，提供一种梯度降解复合纤维，由芯纤维和外层纤维通过纺织工艺制成；其中，所述芯纤维为不可降解或降解速率低于外层纤维的纤维材料，所述芯纤维的材料选自：镍钛合金、镁铝合金、聚乳酸、ppdo(聚对二氧环己酮)、pcl(聚己内酯)、蛋白纤维中的一种，为长丝或短纤维；所述外层纤维为可降解或降解速率高于芯纤维的纤维材料，所述外层纤维的材料选自：蛋白纤维、生物质纤维、dna纤维中的一种，为长丝或短纤维；其中，利用所述芯纤维和所述外层纤维降解速率的不同，得到一种可梯度降解的复合纤维。

3、所述蛋白纤维包括：bsa纤维、类弹性蛋白纤维、节肢弹性蛋白纤维以及蛛丝蛋白纤维等，所述生物质纤维包括：海藻酸钠、壳聚糖、纳米纤维素等。

4、所述芯纤维和外层纤维可选为单丝或复丝。

5、优选地，所述外层纤维通过湿法纺丝工艺制成，在制备成型时或成型后复合加载药物，所述药物包括：阿司匹林、对乙酰氨基酚、吲哚美辛、萘普生、萘普酮、双氯芬酸、布洛芬、尼美舒利、罗非昔布、氯吡格雷、替格瑞洛、肝素、华法林、达比加群以及利伐沙班的其中一种或多种。如实施例中举例说明，理想药物的加载可以通过在蛋白溶液纺丝成型得到单一纤维的时候进行掺入，获得加载有理想药物的纤维，此时的纤维药物释放速率较慢、周期较长，也可以是通过纤维成型后的后期浸泡进行表面的药物吸附达到一种快速释放药物的效果，还可以是通过前述两种方式的结合从而获得先表面吸附药物突释，后内部结合药物缓释的效果，以适应不同应用。

6、根据本发明的第二方面，提供一种所述梯度降解复合纤维的制备方法，所述制备方法为以下方法中的任意一种：a)在纺纱装置上加装包芯纱装置，将外层纤维通过清梳、并条工艺后的须条依次通过中罗拉和前罗拉，同时将芯纤维通过送纱罗拉积极喂入，进入前罗拉与中罗拉中间，与牵伸后的外层纤维须条重合，共同进入前罗拉，输出时由于加捻而形成芯纤维在内层、外层纤维包裹的梯度降解复合纤维；或b)在捻线机上，通过空心锭子的回转使得锭子上的外层纤维引出并加捻缠绕在经预牵伸辊送出的芯纤维上，通过卷绕点形成芯纤维在内层、外层纤维包裹的梯度降解复合纤维；或，c)在编织机上，将芯纤维置于编织机中央，外层纤维通过分卷在合适的锭子上，外层纤维进行编织成型的同时芯纤维稳定放卷输送，收卷得到芯纤维在内层、外层纤维编织合股包裹的梯度降解复合纤维。

7、优选地，所述纺纱装置包括：环锭纺、转杯纺、摩擦纺、喷气纺以及涡流纺。

8、优选地，所述芯纤维为一根或多根；所述外层纤维为一根或多根。

9、在本发明中，根据复合纤维制备方式及应用不同，所述外层纤维也不同。当采用包芯纱方式制备复合纤维时，所述外层纤维优选为降解速率较快的短纤维，当采用包覆纱和编织合股方式制备复合纤维时，所述外层纤维优选为高分子与蛋白长丝(包含单丝和复丝)。其原因在于，高分子与蛋白长丝不像切断的短纤维那样彼此杂乱无章，需要通过纺纱工艺的包芯纱制备方式将众多短纤维紧密交叉结合形成纱线，高分子与蛋白长丝本身具有较好的力学性能，更适用于直接包覆或编织，因此无需再切断形成短纤维后再进行纺纱结合。

10、根据本发明的第三方面，提供一种梯度降解复合纤维在制备手术缝合线、生物补片和血管支架中的应用。

11、所述应用包括将所述梯度降解复合纤维用于缝合破损的组织，所述组织包括动物的小肠、肝、膀胱、皮肤、脾脏、肌肉等。

12、所述应用包括将所述梯度降解复合纤维用于破损组织的修复，包括腹壁股沟、烧伤整形、乳房重建和肌腱-骨愈合等。

13、截止到目前为止，梯度降解纤维多是通过同轴皮芯纺丝的方式制备得到内层与外层不同材料的纤维，内外层具有不同的降解速率(比如，中国发明专利“一种助力健康睡眠枕芯纤维及其制备方法”)，即是通过纺丝的方法得到梯度降解纤维，或是通过纺织领域的加工方法得到具有一定可生物降解性能的纱线(比如，中国发明专利“一种生物可降解聚酯纤维作芯线的雪尼尔纱的制备方法”)。

14、本发明的关键发明点在于，在本课题组前期关于具有不同降解速率的再生蛋白纤维的研究基础上，进一步通过纺织技术将再生蛋白纤维加工成适用于不同降解周期的复合纤维。其中，降解周期根据使用领域的不同而存在差异，例如应用于人工血管时，为匹配体内不同部位的血管组织再生周期，生物材料应具有长期的梯度缓慢降解匹配原位组织再生的速率，血管内皮化周期约一至三个月，组织再生周期约一年以上，此时外层纤维需要再内皮化后进行缓慢降解，即降解速率在一至三个月左右，芯纤维则更慢；而如果应用于手术缝合线时，在周期较短的皮肤破损外科手术中，降解周期需求较短，仅2～4周，在周期较长的血管缝合手术中，降解周期需求较长，保持强度至少需长达半年以上。

15、根据本发明，首先，通过纺织方法制备这样一种梯度降解复合纤维拓宽了再生蛋白纤维的应用方式，再生蛋白纤维可以是长丝也可以是短纤维；其次，纺织的方式十分方便简单，工艺成本更低，且更容易控制，相比于仅通过纺丝得到的皮芯结构具有更多种不同形式结构，可以是包缠，可以是编织，可以是包芯，三种方式得到的纤维表面结构不同，粗糙度不同，外截面不同，例如在不同部位进行手术缝合时，可以选择具有不同外截面的复合纤维进行手术；最后，通过纺织技术可以制备得到不同纺织结构的复合纤维，通过调控芯纤维和外层纤维的种类，或者不同工艺(温度、湿度、化学交联等)调节其纤维内部结构可以获得不同降解速率的纤维，可适用于不同应用领域。

16、根据本发明提供的一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用，相对于现有技术的有益效果如下：

17、1)利用不同降解速率的纤维进行复合得到一种可梯度降解的复合纤维，提高了纤维材料在体内的适用性，可以通过材料组成及结构设计更匹配组织再生修复的速率。

18、2)赋予了不可降解或降解缓慢的材料适应组织及加载药物的可行性。

19、3)通过复合纤维的成型与编织，处理后的纤维可以用于多种领域，拓展了复合纤维的应用范围。

20、综上所述，根据本发明提供的一种梯度降解复合纤维及其制备方法以及应用，重点针对具有不同降解速率的再生蛋白纤维，通过纺织技术将再生蛋白纤维加工成适用于不同降解周期的复合纤维，从而赋予纤维为基材的医疗器械以一定的梯度降解性，以满足自身组织重建与再生修复需求。