一种利用静电纺丝制备仿细胞外基质纳米纤维敷料的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用静电纺丝法制备仿细胞外基质的纳米纤维敷料的制备方法。本发明以玉米醇溶蛋白(zein)和胶原蛋白(collagen)为原料，溶剂为挥发性液体，如乙酸、乙醇。通过将胶原蛋白海绵和玉米醇溶蛋白分别溶解，得到胶原蛋白溶液和玉米醇溶蛋白溶液；按一定比例将两者混合均匀，静电纺丝得复合纳米纤维膜；另称取一定量药物与纺丝液混合，制得含药的纤维膜。本发明制得的复合纤维膜具有较好的力学性能、生物相容性和体内外降解性，药物包覆于纤维内部，可随着纤维的逐渐降解得到缓慢释放，避免药物突释的现象，模拟的细胞外基质结构为促进细胞生长和组织再生提供最佳的外部环境；且该制备方法操作简单，易于实现工业化生产。
【专利说明】
一种利用静电纺丝制备仿细胞外基质纳米纤维敷料的方法
[0001]【技术领域】:本发明属于复合纳米纤维的制备领域，具体是涉及一种利用静电纺丝制备仿细胞外基质纳米纤维敷料的方法。
[0002]【【背景技术】】:组织工程是结合生物学和工程学原理，研究、制备及应用生物替代物以修复和改善受损组织的一门新兴科学。将组织细胞与生物材料在体外复合，构建成有生命活性的“复合体”，并将“复合体”植入体内病变、缺损组织部位，修复并引导组织再生。“种子细胞”、支架材料和生长因子是构成“复合体”的三要素，其中制备出一种生物相容性良好的三维细胞生长支架材料成为最关键的问题。
[0003]静电纺丝技术是一种利用高压电场制备纳米纤维的重要方法。在生物医学领域，纳米纤维的直径小于细胞，可以模拟天然的细胞外基质的结构和生物功能，并且由静电纺丝制备的纤维膜具有孔隙率高、比表面积大、纤维直径可控等优点，从多个方面考虑，纳米纤维支架材料是细胞种植、生长和增殖的最佳选择。
[0004]玉米醇溶蛋白(Zein)是一种玉米的储存蛋白，具有独特的可纺性、溶解特性、耐热性、成膜性、抗氧化性和抑菌性等优点。电纺Zein纳米纤维由于具有优良的生物相容性、生物降解性、力学性能优异等特点，被广泛应用于组织工程领域。张梅等人通过静电纺丝的方法以玉米醇溶蛋白和聚乙烯醇为原材料，制备了一种细胞培养材料；中国专利CN102587036A公开了 “一种用于细胞培养的玉米醇溶蛋白纳米纤维膜的制备方法”，是以乙醇的水溶液为溶剂制备了生物相容性好、稳定性好的纳米纤维。Zein由大量的疏水氨基酸组成，缺乏赖氨酸、色氨酸等必需氨基酸，单一的Zein纳米纤维营养价值低，应用受到限制。天然细胞外基质是由纳米纤维网络结构的蛋白质和多糖组成，我们需要添加另外的天然成分以满足在组成结构上完全模拟细胞外基质的需要。
[0005]胶原蛋白(collagen)是细胞外基质的基本结构组分，占到体蛋白组织的30%，分子链通过氢键和共价键链接在一起，并且胶原链可自组装成稳定的纤维，这种高度有序的结构可使天然胶原基质表现出较高的机械强度。此外，胶原蛋白具有生物降解性、高生物相容性，并可提高细胞的渗透性和创面修复性，Rho等将I型胶原溶液制备成平均直径为460nm的纤维材料，并复合细胞进行细胞培养，结果表明材料促进人表皮细胞、口腔细胞的粘附和增殖，进一步的动物实验观察发现鼠伤口包覆纤维材料后一周出现纤维蛋白组织碎片，观察到成纤维细胞的增殖。胶原蛋白作为一种生物医学基体材料已经引起研究人员的广泛关注。
[0006]【
【发明内容】
】:本发明所要解决的技术问题是提供一种玉米醇溶蛋白/胶原蛋白复合纳米纤维仿细胞外基质的纳米纤维膜的制备方法，制得的复合纤维膜力学性能和降解性能优良，该复合纤维能够很好的模拟人体细胞外基质的组成和结构，为细胞生长和组织再生提供最佳的仿生生理环境，是理想的组织工程支架;药物颗粒可以包覆于纤维内部，与纤维均匀共混，达到药物缓慢释放的效果;且该制备方法操作简单便捷，原材料来源广泛，易于扩大生产实现工业化。
[0007]为达到此目的，本发明采用的技术路线是:
[0008]I)制备胶原蛋白溶液:将胶原蛋白溶于冰乙酸中，常温下搅拌至完全溶解，得到浓度为15 % -30 %的胶原蛋白溶液；
[0009]2)制备玉米醇溶蛋白溶液:将玉米醇溶蛋白溶于冰乙酸中，常温下搅拌至完全溶解，得到浓度为25 % -35 %的玉米醇溶蛋白溶液；
[0010]3)制备玉米醇溶蛋白和胶原蛋白的混合溶液:将胶原蛋白溶液按照占玉米醇溶蛋白溶液质量比15 % -30 %混合，搅拌均匀，得到共混静电纺丝液；
[0011 ] 4)进行载药:称取药物萘普生钠占玉米醇溶蛋白溶液质量比10 % -25 %的量，加到混合纺丝液中，搅拌均匀，得到含药的共混纺丝液；
[0012]5)静电纺丝参数设置:将玉米醇溶蛋白和胶原蛋白混合溶液进行静电纺丝，调整静电纺丝工艺参数，控制电压为17-20kV，电场距离为10-20cm，纺丝速率为0.4-1.0mL/h，得到玉米醇溶蛋白/胶原蛋白复合纳米纤维膜。
[0013]6)将纤维膜从接收板上取下后，置于真空烘箱中，常温放置48h。
[0014]本发明解决所提供的技术方案原理是:选用玉米醇溶蛋白和胶原蛋白作为主要的纺丝原料，利用静电纺丝纳米纤维这种结构模拟人体细胞外基质的组成和结构，为细胞生长和组织再生提供最佳的仿生生理环境，是理想的组织工程支架;包覆药物可以随着纤维膜的降解进行缓慢释放，作为敷料进行应用。
[0015]本发明的玉米醇溶蛋白/胶原蛋白复合纤维的力学性能和降解性能优良，且该制备方法操作简单便捷，原材料来源广泛，易于扩大生产实现工业化。
【【附图说明】】
[0016]图1为玉米蛋白纳米纤维膜扫描电镜照片
[0017]图2为玉米醇溶蛋白/胶原蛋白复合纳米纤维膜扫描电镜照片
[0018]图3为载药的复合纳米纤维膜扫描电镜照片
[0019]图4为小鼠成纤维细胞在纳米纤维膜上培养增殖扫描电镜照片
【具体实施方案】
[0020]实施例1:
[0021]I)制备胶原蛋白溶液:将胶原蛋白溶于冰乙酸中，常温下搅拌至完全溶解，得到浓度为10%的胶原蛋白溶液；
[0022]2)制备玉米醇溶蛋白溶液:将玉米醇溶蛋白溶于冰乙酸中，常温下搅拌至完全溶解，得到浓度为30 %的玉米醇溶蛋白溶液；
[0023]3)制备玉米醇溶蛋白和胶原蛋白的混合溶液:将胶原蛋白溶液按照占玉米醇溶蛋白溶液质量比1 %混合，搅拌均匀，得到共混静电纺丝液；
[0024]4)进行载药:称取药物萘普生钠占玉米醇溶蛋白溶液质量比10%的量，加到混合纺丝液中，搅拌均匀，得到含药的共混纺丝液；
[0025]5)静电纺丝参数设置:将玉米醇溶蛋白和胶原蛋白混合溶液进行静电纺丝，调整静电纺丝工艺参数，控制电压为18kV，电场距离为15cm，纺丝速率为0.6mL/h，得到胶原蛋白/玉米醇溶蛋白复合纳米纤维膜。
[0026]6)将纤维膜从接收板上取下后，置于真空烘箱中，常温放置48h。
[0027]实施例2:
[0028]I)制备胶原蛋白溶液。将胶原蛋白溶于冰乙酸中，常温下搅拌至完全溶解，得到浓度为20%的胶原蛋白溶液；
[0029]2)制备玉米醇溶蛋白溶液。同实施例1。
[0030]3)制备玉米醇溶蛋白和胶原蛋白的混合溶液。将胶原蛋白溶液按照占玉米醇溶蛋白溶液质量比20 %混合，搅拌均匀，得到共混静电纺丝液；
[0031 ] 4)进行载药:称取药物萘普生钠占玉米醇溶蛋白溶液质量比15%的量，加到混合纺丝液中，搅拌均匀，得到含药的共混纺丝液；
[0032]5)静电纺丝参数设置。同实施例1。
[0033]6)将纤维膜从接收板上取下后，置于真空烘箱中，常温放置48h。
[0034]实施例3:
[0035]I)制备胶原蛋白溶液。将胶原蛋白溶于冰乙酸中，常温下搅拌至完全溶解，得到浓度为25%的胶原蛋白溶液；
[0036]2)制备玉米醇溶蛋白溶液。同实施例1。
[0037]3)制备玉米醇溶蛋白和胶原蛋白的混合溶液。将胶原蛋白溶液按照占玉米醇溶蛋白溶液质量比25 %混合，搅拌均匀，得到共混静电纺丝液；
[0038]4)进行载药:称取药物萘普生钠占玉米醇溶蛋白溶液质量比20%的量，加到混合纺丝液中，搅拌均匀，得到含药的共混纺丝液；
[0039]5)静电纺丝参数设置。同实施例1。
[0040]6)将纤维膜从接收板上取下后，置于真空烘箱中，常温放置48h。
[0041 ] 实施例4:
[0042]I)制备胶原蛋白溶液。将胶原蛋白溶于冰乙酸中，常温下搅拌至完全溶解，得到浓度为30%的胶原蛋白溶液；
[0043]2)制备玉米醇溶蛋白溶液。同实施例1。
[0044]3)制备玉米醇溶蛋白和胶原蛋白的混合溶液。将胶原蛋白溶液按照占玉米醇溶蛋白溶液质量比30 %混合，搅拌均匀，得到共混静电纺丝液；
[0045]4)进行载药:称取药物萘普生钠占玉米醇溶蛋白溶液质量比25%的量，加到混合纺丝液中，搅拌均匀，得到含药的共混纺丝液；
[0046]5)静电纺丝参数设置。同实施例1。
[0047]6)将纤维膜从接收板上取下后，置于真空烘箱中，常温放置48h。
【主权项】
1.一种利用静电纺丝法制备仿细胞外基质纳米纤维敷料的方法，包括如下步骤: 1)制备胶原蛋白溶液:将胶原蛋白溶于冰乙酸中，常温下搅拌至完全溶解，得到浓度为15%-30%的胶原蛋白溶液； 2)制备玉米醇溶蛋白溶液:将玉米醇溶蛋白溶于冰乙酸中，常温下搅拌至完全溶解，得到浓度为25 % -35 %的玉米醇溶蛋白溶液； 3)制备胶原蛋白和玉米醇溶蛋白的混合溶液:将胶原蛋白溶液按照占玉米醇溶蛋白溶液质量比15 % -30 %混合，搅拌均匀，得到共混静电纺丝液； 4)进行载药:称取药物萘普生钠等占玉米醇溶蛋白溶液质量比10%-25 %的量，加到混合纺丝液中，搅拌均匀，得到含药的共混纺丝液； 5)静电纺丝参数设置:将纺丝液注入到注射器中，安装完成后进行静电纺丝，调整静电纺丝工艺参数，控制电压为17-20kV，电场距离为10-20cm，纺丝速率为0.4-1.0mL/h，得到玉米醇溶蛋白/胶原蛋白复合纳米纤维膜。 6)将纤维膜从接收板上取下后，置于真空烘箱中，常温放置48h。2.根据权利要求1所述的一种利用静电纺丝法制备仿细胞外基质纳米纤维敷料的方法，其特征在于:静电纺丝溶液溶剂均为冰乙酸溶液，易挥发。3.根据权利要求1所述的一种利用静电纺丝法制备仿细胞外基质纳米纤维敷料的方法，其特征在于:静电纺丝溶液中玉米醇溶蛋白的量是固定不变，调节胶原蛋白不同的比例。4.根据权利要求1所述的一种利用静电纺丝法制备仿细胞外基质纳米纤维敷料的方法，其特征在于:静电纺丝溶液中胶原蛋白占玉米醇溶蛋白质量分数的15%-30 %，玉米醇溶蛋白占溶质总质量分数的25 % -35 %。5.根据权利要求1所述的一种利用静电纺丝法制备仿细胞外基质纳米纤维敷料的方法，其特征在于:所述的溶质为玉米醇溶蛋白和胶原蛋白，缓释药物可选萘普生钠等药物。6.根据权利要求1所述的一种利用静电纺丝法制备仿细胞外基质纳米纤维敷料的方法，其特征在于:所述的胶原蛋白/玉米醇溶蛋白复合纳米纤维的直径随纺丝溶液浓度增大逐渐增大，随胶原蛋白含量的增加逐渐减小。
【文档编号】D04H1/728GK106048744SQ201610479265
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】杨宁, 胡晓婷, 王跃, 王丹丹
【申请人】天津工业大学