一種非織造材料增強(qiáng)組織工程復(fù)合三維支架及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非織造材料增強(qiáng)組織工程復(fù)合三維支架及其制備方法，其由非織造材料增強(qiáng)材料和天然生物材料凍干支架組成。制備步驟為(1)利用非織造技術(shù)將纖維制備成非織造材料；(2)用配制好的天然生物材料水溶液將非織造材料浸沒；(3)通過冷凍干燥的技術(shù)去除水分；(4)利用交聯(lián)劑浸泡交聯(lián)天然生物材料，即得非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架。本發(fā)明操作簡單，穩(wěn)定性高，全程不涉及有機(jī)溶劑，綠色安全，制備的三維組織工程復(fù)合支架力學(xué)性能良好，該支架中非織造材料中的纖維與天然生物材料部分緊密結(jié)合，有效的提高了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增強(qiáng)了其機(jī)械性能。
【專利說明】一種非織造材料增強(qiáng)組織工程復(fù)合三維支架及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于組織工程和生物制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種非織造材料增強(qiáng)組織工程復(fù)合三維支架及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]組織工程三要素之一即為三維支架材料的制備。引入合適的支架材料和三維結(jié)構(gòu)是促進(jìn)細(xì)胞沿所需方向分化形成組織從而修復(fù)創(chuàng)傷的一個重要因素。三維多孔的細(xì)胞支架不僅為細(xì)胞的黏附提供支撐，同時為營養(yǎng)物質(zhì)的輸送和代謝廢物的排出創(chuàng)造必要的條件，它的形態(tài)和結(jié)構(gòu)直接影響所構(gòu)成組織的形態(tài)和功能。
[0003]天然生物材料，如明膠、膠原、絲素、多糖類物質(zhì)等，是從植物或動物組織或代謝物中提取的天然物質(zhì)，具有生物相容性、生物降解性等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以促進(jìn)細(xì)胞的黏附、增殖、分化等，在組織工程領(lǐng)域是優(yōu)先選用的材料。迄今，研究人員將這些天然材料加工成了多種形態(tài)的支架材料應(yīng)用于組織工程領(lǐng)域，如靜電紡納米纖維、澆筑膜、水凝膠、凍干海綿等，在骨和軟骨、皮膚、血管、神經(jīng)導(dǎo)管、肌腱韌帶等組織修復(fù)中得到了廣泛應(yīng)用。其中冷凍干燥技術(shù)因可以制備出三維多孔結(jié)構(gòu)的支架而備受關(guān)注。
[0004]中國專利CN102580163A，馬列等人公布了一種一次凍干制備交聯(lián)的膠原/殼聚糖組織工程多孔支架的方法，制備的膠原/殼聚糖多孔支架具有力學(xué)性能可控、降解速率適宜、生物相容性好等 用凍干技術(shù)制備了絲素/膠原蛋白/殼聚糖復(fù)合三維多孔支架材料，該支架空隙率達(dá)到98%以上，且孔徑分布在50-400微米之間，微孔之間互通。然而冷凍干燥的支架機(jī)械性能相對較弱，在使用過程中易損壞。
[0005]非織造材料是由雜亂排列的纖維通過自身粘結(jié)纏繞而形成的纖維氈結(jié)構(gòu)。非織造材料因其方便加工、成本低等得到廣泛應(yīng)用，尤其是在新型敷料領(lǐng)域。中國專利CN202116824U，李健全公布了一種非織造布和醫(yī)用敷料，利用纖維素纖維制備的醫(yī)用敷料改善了其與人體接觸的舒適度。非織造材料具有較高的空隙率，纖維隨機(jī)排布所形成均勻的三維通孔結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架材料及其制備方法，非織造材料與天然生物材料凍干支架相復(fù)合，可以提高支架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增加其機(jī)械強(qiáng)度。
[0007]本發(fā)明的一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架，由纖維制備而成的非織造材料增強(qiáng)材料和天然生物材料凍干支架組成。具有同細(xì)胞外基質(zhì)類似的三維結(jié)構(gòu)，非織造材料增強(qiáng)材具備大孔結(jié)構(gòu)，孔隙率為93%。
[0008]所述纖維為生物相容性材料，優(yōu)選的，生物相容性材料是生物可降解材料。
[0009]所述纖維為蠶絲纖維、再生膠原纖維、殼聚糖纖維、黏膠纖維、聚乳酸纖維等生物可降解纖維中的一種或幾種；纖維直徑為5-50微米，纖維長度為20-200毫米。
[0010]所述非織造增強(qiáng)材料的面密度為20-1000克/平方米，厚度為1-15毫米；非織造增強(qiáng)材料所用方法為針刺或水刺。
[0011]所述天然生物材料為明膠、再生絲素、膠原、殼聚糖中的一種或幾種。
[0012]所述支架的孔徑為20-500微米。
[0013]本發(fā)明的一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架的制備方法，其包括下述步驟:
[0014](I)利用非織造技術(shù)將纖維制備成非織造材料；
[0015](2)用配制好的天然生物材料水溶液將非織造材料浸沒；
[0016](3)通過冷凍干燥去除水分:-20至-80°C冷凍12-48h，隨后干燥12_48h ；
[0017](4)利用交聯(lián)劑交聯(lián)天然生物材料，洗滌，再次冷凍干燥，即得非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架。 [0018]上述步驟(2)所述的天然生物材料水溶液的濃度為0.5-20毫克/毫升。
[0019]上述步驟(4)所述的交聯(lián)劑是1-(3-二甲氨基丙基)-3_乙基碳二亞胺鹽酸鹽/N-羥基琥珀酰亞胺(EDC/NHS)、京尼平、乙醇中的一種或幾種。
[0020]上述步驟(4)所述的交聯(lián)時間為12_168h。
[0021]上述步驟(2)所述的天然生物材料水溶液中可以加入藥物、生長因子或無機(jī)納米顆粒等活性物質(zhì)的水溶液。
[0022]其中，藥物是慶大霉素、四環(huán)素等抗菌類藥物，或抗炎癥類藥物，或紫杉醇等抗癌癥類藥物。
[0023]生長因子是如下任意一種骨形態(tài)發(fā)生蛋白:BMP-1、BMP-2、BMP-3、BMP-7、BMP-14 ；或者所述生長因子為如下任意一種轉(zhuǎn)化生長因子:TGF-c1、TGF-13。
[0024]無機(jī)納米顆粒為納米羥基磷灰石、納米生物玻璃等納米顆粒，其特征在于無機(jī)納米顆粒直徑為30-500納米，無機(jī)納米顆粒與蛋白質(zhì)固體質(zhì)量比為1: 10-1: 0.5。
[0025]有益.效果
[0026]本發(fā)明通過將非織造技術(shù)與冷凍干燥技術(shù)結(jié)合在一起，形成三維多孔的組織工程復(fù)合支架，該復(fù)合支架具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，與單純的非織造材料或凍干支架相比，其拉伸和壓縮強(qiáng)力皆有大幅提升。
[0027]本發(fā)明采用具有較好生物相容性和生物可降解性的材料，尤其是可以采用純天然材料，全程不涉及有機(jī)溶劑或其它有害物質(zhì)，制備出的支架具有優(yōu)良的生物相容性且安全可靠。
[0028]本發(fā)明還在支架中引入藥物、生長因子、無機(jī)納米顆粒等活性物質(zhì)，可進(jìn)一步改善三維支架材料的生物相容性和力學(xué)性能，促進(jìn)組織的再生。
[0029]本發(fā)明制備簡單、加工方便，利用該發(fā)明制備的非織造材料增強(qiáng)的復(fù)合支架可以應(yīng)用于大塊組織缺損修復(fù)、骨組織再生、醫(yī)用敷料、術(shù)后填充材料等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是一種用于骨組織修復(fù)的三維支架材料的制備流程圖；
[0031]圖2是實施例1中再生膠原短纖非織造材料復(fù)合的明膠三維支架材料的照片；[0032]圖3是實施例2中再生膠原短纖非織造材料復(fù)合的明膠/絲素三維支架材料的SEM圖像；
[0033]圖4是實施例2中再生膠原短纖非織造材料復(fù)合的明膠/絲素三維支架材料的SEM圖像；
[0034]圖5是實施例2中加入納米羥基磷灰石顆粒的再生膠原短纖非織造材料復(fù)合的明膠/絲素三維支架材料的SEM圖像。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0036]實施例1 [0037]將再生膠原短纖經(jīng)過梳理鋪網(wǎng)、針刺加固，制備成面密度為500克/平方米，厚度為5毫米的非織造材料。將A型魚皮明膠溶于去離子水，配置成濃度為2%和5%的明膠溶液。將再生膠原非織造材料裁成指定大小放入塑料模具中，在模具中注入明膠溶液，使其完全浸沒非織造材料。將模具放置于-20度冰箱中冷凍12小時，隨后利用冷凍干燥機(jī)凍干。利用EDC/NHS的酒精溶液交聯(lián)明膠，交聯(lián)時間為12小時，隨后用去離子水洗滌去除EDC/NHS，再次冷凍干燥，即得再生膠原短纖非織造材料復(fù)合的明膠三維支架材料(圖2)。
[0038]實施例2
[0039]將再生膠原短纖經(jīng)過梳理鋪網(wǎng)、針刺加固，制備成面密度為500克/平方米，厚度為5毫米的非織造材料。將0.2克A型豬皮明膠和0.2克家蠶絲再生絲素溶于10毫升去離子水中，60度加熱攪拌2小時使明膠和絲素完全溶解，得到濃度為4%、明膠/絲素質(zhì)量比為1:1的明膠/絲素溶液。量取5毫升明膠、絲素溶液，向其中加入0.05克納米羥基磷灰石顆粒，直徑為80-120納米，超聲震蕩使其分散均勻，得到納米羥基磷灰石/明膠/絲素溶液，其中各組分質(zhì)量比為1/2/2。將再生膠原非織造材料裁成指定大小放入塑料模具中，在模具中注入上述兩種溶液，使其完全浸沒非織造材料。立即將模具放置于-80度冰箱中冷凍12小時，隨后利用冷凍干燥機(jī)凍干，干燥時間為48小時。利用EDC/NHS的酒精溶液交聯(lián)明膠與絲素，交聯(lián)時間為12小時，隨后用去離子水洗滌去除EDC/NHS，再次冷凍干燥，即得再生膠原短纖非織造材料復(fù)合的明膠/絲素三維支架材料(圖3，圖4)，以及復(fù)合納米羥基磷灰石顆粒的支架材料(圖5)。
[0040]實施例3
[0041]將脫膠后的蠶絲切斷得蠶絲短纖，經(jīng)過梳理鋪網(wǎng)、水刺加固，制備成面密度為50克/平方米、厚度為2毫米的蠶絲非織造材料。將0.5克家蠶絲再生絲素溶液溶于10毫升去離子水中，攪拌是其完全溶解，得濃度為5%的絲素溶液。將蠶絲非織造材料裁成指定大小放入塑料模具中，在模具中注入絲素溶液，使其完全浸沒非織造材料。將模具放置于-80度冰箱中冷凍12小時，隨后利用冷凍干燥機(jī)干燥，干燥時間為48小時。利用95%的酒精水溶液浸泡交聯(lián)絲素，交聯(lián)時間為2小時，再次冷凍干燥去除酒精和水，即得蠶絲短纖非織造材料復(fù)合的絲素三維支架材料。
【權(quán)利要求】
1.一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架，其特征在于:由纖維制備而成的非織造材料增強(qiáng)材料和天然生物材料凍干支架組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架，其特征在于:所述纖維為生物相容性材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架，其特征在于:所述纖維為蠶絲纖維、再生膠原纖維、殼聚糖纖維、黏膠纖維、聚乳酸纖維中的一種或幾種；纖維直徑為5-50微米，纖維長度為20-200毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架，其特征在于:所述非織造增強(qiáng)材料的面密度為20-1000克/平方米，厚度為1-15毫米；非織造增強(qiáng)材料所用方法為針刺或水刺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架，其特征在于:所述天然生物材料為明膠、再生絲素、膠原、殼聚糖中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架，其特征在于:所述支架的孔徑為20-500微米。
7.一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架的制備方法，其包括下述步驟: (1)利用非織造技術(shù)將纖維制備成非織造材料； (2)用配制好的天然生物材料水溶液將非織造材料浸沒；
(3)通過冷凍干燥去除水分:-20至-80°C冷凍12-48h，隨后干燥12_48h； (4)利用交聯(lián)劑交聯(lián)天然生物材料，洗滌，再次冷凍干燥，即得非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述的天然生物材料水溶液的濃度為0.5-20毫克/毫升。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架的制備方法，其特征在于:步驟(4)所述的交聯(lián)劑是1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽/N-羥基琥珀酰亞胺、京尼平、乙醇中的一種或幾種。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種非織造材料增強(qiáng)的三維組織工程復(fù)合支架的制備方法，其特征在于:步驟(4)所述的交聯(lián)方法為浸泡交聯(lián)，交聯(lián)時間為12-18h。
【文檔編號】A61L27/54GK104027846SQ201410279766
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】柯勤飛, 李大偉, 莫秀梅, 黃晨 申請人:東華大學(xué)