本發(fā)明屬于醫(yī)用材料，涉及用于提高聚乳酸纖維膜壓電性能的方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、骨缺損修復(fù)一直是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)之一。研究表明，在骨缺損修復(fù)中，壓電材料的作用機制主要基于其能夠模擬骨組織的生物電微環(huán)境。通過模擬自然骨組織的電刺激，壓電材料能夠促進(jìn)骨細(xì)胞的生長和分化，進(jìn)而加速骨缺損的愈合。壓電材料不僅能夠增強骨修復(fù)功能，還能夠在不依賴生長因子和藥物的情況下，給予骨組織電刺激，有效促進(jìn)骨組織的再生。

2、隨著醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，骨缺損修復(fù)技術(shù)也在不斷進(jìn)步。近年來，相比傳統(tǒng)壓電陶瓷顆粒，有機可降解壓電材料結(jié)合了壓電材料的電刺激特性和有機材料的生物相容性與可降解性，這使得它在骨缺損修復(fù)中更具優(yōu)勢。在骨缺損修復(fù)過程中，隨著新生骨組織的逐漸生長，這些材料會逐漸降解并被吸收，避免了二次手術(shù)取出材料的需要，減輕了患者的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。這種特性使得有機可降解壓電材料在骨缺損修復(fù)中具有更高的臨床應(yīng)用價值。

3、聚乳酸作為一種壓電材料在傳感器、環(huán)境工程、可穿戴器械領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但其中以往報道的左旋聚乳酸壓電性能較低，且無法調(diào)控電學(xué)輸出性能導(dǎo)致骨缺損修復(fù)受限，與生物體內(nèi)骨修復(fù)過程中復(fù)雜的調(diào)控機制無法適配。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的至少部分技術(shù)問題，本發(fā)明提供用于提高聚乳酸纖維膜壓電性能的方法及應(yīng)用，通過低強度脈沖超聲驅(qū)動左旋聚乳酸納米纖維膜，利用其多階段電學(xué)性能與降解性能適配調(diào)控骨缺損修復(fù)。具體地，本發(fā)明提供以下內(nèi)容。

2、本發(fā)明的一個方面，提供一種具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜，其包括通過聚左旋乳酸經(jīng)靜電紡絲而形成多條非隨機排布的紡絲納米纖維。

3、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜，其中，用于靜電紡絲的聚左旋乳酸在有機溶劑中的濃度為0.05-0.4g/ml，優(yōu)選為0.06-0.4g/ml，例如0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4g/ml。

4、本發(fā)明中，有機溶劑不特別限定，適用于本發(fā)明的有機溶劑可以是任何能夠溶解聚左旋乳酸的有機溶劑。在一個優(yōu)選的實施方案中，有機溶劑為三氟乙醇。

5、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜，其中，所述紡絲的接收端為滾筒，且通過控制接收滾筒的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)所述非隨機排布，所述轉(zhuǎn)速為2000-5000rpm。

6、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜，其中，靜電紡絲得到的所述紡絲納米纖維進(jìn)一步進(jìn)行選自以下處理中的至少一種：

7、(1)退火處理；

8、(2)極化處理；

9、(3)超聲處理。

10、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜，其中，所述超聲處理為低強度脈沖超聲。

11、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜，其中，所述超聲處理的有效聲強為0.1-3w/cm2，優(yōu)選0.20-2.50w/cm2，還優(yōu)選0.5-2w/cm2，例如0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2w/cm2。

12、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜，其中，所述超聲的超聲波頻率為0.1-5mhz，優(yōu)選0.5-4mhz，優(yōu)選0.8-3.5mhz，例如0.8、0.85、0.9、0.95、1.0、1.5、2、2.5、3、3.5mhz。

13、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜，其中，所述超聲為持續(xù)超聲或脈沖超聲。優(yōu)選地，所述超聲為脈沖超聲，其在處理纖維膜后使其具有比持續(xù)超聲更強的壓電性能提升效果以及由此進(jìn)一步產(chǎn)生的生物學(xué)功能。

14、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜，其中，電暈極化處理的條件為：電壓為1-30kv，優(yōu)選2kv-25kv，更優(yōu)選5-20kv，極化時間為1-60分鐘，優(yōu)選5-40分鐘，例如5分鐘、10分鐘、15分鐘、20分鐘、30分鐘、40分鐘。本發(fā)明中，極化處理的條件包括極化介質(zhì)為空氣、甲基硅油兩種中的一種；極化距離為1mm-50mm，例如5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm和35mm；極化溫度為20℃-50℃，例如25、30、35或40℃；

15、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜，其中，所述靜電紡絲后進(jìn)行退火處理，所述退火處理包括：將靜電紡絲后的纖維層先經(jīng)100-115℃，優(yōu)選105-110℃退火處理5-20小時，優(yōu)選8-15小時，更優(yōu)選10-12小時，自然冷卻至室溫，再經(jīng)150-170℃，優(yōu)選150-165℃，優(yōu)選160℃退火處理5-20小時，優(yōu)選8-15小時，更優(yōu)選10-12小時后自然冷卻至室溫。

16、本發(fā)明第二方面，提供上述具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜的制備方法，其包括如下步驟：

17、(1)將溶于有機溶劑的聚左旋乳酸溶液進(jìn)行靜電紡絲得到纖維層；

18、(2)將所述纖維層經(jīng)退火和電暈極化處理后得到所述電活性抗菌纖維膜。

19、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的制備方法，其中，在步驟(2)的電暈極化處理后進(jìn)一步進(jìn)行超聲處理。

20、本發(fā)明第三方面，提供本發(fā)明所述的具有修復(fù)功能的電活性抗菌纖維膜在制備創(chuàng)傷敷料(特別是用于感染皮膚敷料)或促進(jìn)組織再生的修復(fù)材料中的應(yīng)用。

21、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的應(yīng)用，其中，所述促進(jìn)骨再生包括以下情形中的至少一種：

22、a.骨密度的增加；

23、b.減少牙釉質(zhì)牙本質(zhì)交界到牙槽骨嵴的距離；

24、c.促進(jìn)新生骨組織的形成；

25、d.促進(jìn)成骨相關(guān)基因的表達(dá)。

26、本發(fā)明第四方面，提供一種用于提高聚乳酸纖維膜壓電性能的方法，其包括使聚乳酸纖維膜進(jìn)行選自以下處理中的至少一種：

27、(1)超聲處理；

28、(2)退火處理；

29、(3)極化處理。

30、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的用于提高聚乳酸纖維膜壓電性能的方法，其中，所述聚乳酸纖維膜是指包括多條非隨機排布的紡絲納米纖維的膜，優(yōu)選地所述聚乳酸為聚左旋乳酸。

31、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的用于提高聚乳酸纖維膜壓電性能的方法，其中，所述超聲處理為低強度脈沖超聲。

32、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的用于提高聚乳酸纖維膜壓電性能的方法，其中，所述超聲處理的有效聲強為0.1-3w/cm2，優(yōu)選0.20-2.50w/cm2，還優(yōu)選0.5-2w/cm2，例如0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2w/cm2。

33、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的用于提高聚乳酸纖維膜壓電性能的方法，其中，所述超聲的超聲波頻率為0.1-5mhz，優(yōu)選0.5-4mhz，優(yōu)選0.8-3.5mhz，例如0.8、0.85、0.9、0.95、1.0、1.5、2、2.5、3、3.5mhz。

34、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的用于提高聚乳酸纖維膜壓電性能的方法，其中，所述超聲為持續(xù)超聲或脈沖超聲。

35、本發(fā)明第五方面，提供一種用于提高聚左旋乳酸纖維膜生物學(xué)功能的方法，其包括使本發(fā)明的聚左旋乳酸纖維膜與組織或細(xì)胞接觸的步驟。

36、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的用于提高聚左旋乳酸纖維膜生物學(xué)功能的方法，其中，所述生物學(xué)功能包括生物礦化性能、細(xì)胞(如間充質(zhì)干細(xì)胞)增殖活性、細(xì)胞遷移性能、細(xì)胞成骨分化和骨缺損修復(fù)性能中的至少一種。

37、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的用于提高聚左旋乳酸纖維膜生物學(xué)功能的方法，其中，所述方法為體外方法，且所述組織或細(xì)胞為體外分離的組織或細(xì)胞。在某些實施方案中，所述方法為體內(nèi)方法，且所述聚乳酸纖維膜通過移植進(jìn)入體內(nèi)的纖維膜，且在移植前所述聚乳酸纖維膜優(yōu)選經(jīng)退火處理和/或極化處理，且在移植后所述聚乳酸纖維膜進(jìn)一步經(jīng)超聲處理。

38、本發(fā)明第六方面，提供本發(fā)明所述的聚左旋乳酸纖維膜和超聲發(fā)生器組合在制備用于提高生物學(xué)功能的裝置中的用途。

39、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的用途，其中，所述超聲發(fā)生器設(shè)置為能夠產(chǎn)生持續(xù)超聲或脈沖超聲。

40、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的用途，其中，所述超聲發(fā)生器能夠產(chǎn)生的有效聲強為0.1-3w/cm2，優(yōu)選0.20-2.50w/cm2，還優(yōu)選0.5-2w/cm2，例如0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2w/cm2。

41、在某些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明所述的用途，其中，所述超聲發(fā)生器能夠產(chǎn)生的超聲波頻率為0.1-5mhz，優(yōu)選0.5-4mhz，優(yōu)選0.8-3.5mhz，例如0.8、0.85、0.9、0.95、1.0、1.5、2、2.5、3、3.5mhz。

42、本發(fā)明通過研究發(fā)現(xiàn)通過對左旋聚乳酸納米纖維膜施加低強度脈沖超聲能夠促進(jìn)大范圍骨缺損修復(fù)。同時，通過退火和極化處理能夠與低強度脈沖超聲協(xié)同促進(jìn)最終纖維膜的性能，相較于隨機排布或無特定順序纖維膜，這種現(xiàn)象在具有非隨機排布(例如纖維間以平行或大致平行的方式排布)的纖維膜中更加明顯。本文所述的性能包括但不限于輸出電壓、再礦化、促成骨、骨缺損愈合、傷口愈合等性能。產(chǎn)生低強度脈沖的裝置不特別限定，只要其能夠產(chǎn)生超聲波或電脈沖即可，例如可以使用本領(lǐng)域已知的包括能夠產(chǎn)生高低頻調(diào)制脈沖的脈沖發(fā)生器等裝置。

43、在根據(jù)本發(fā)明用途的一個優(yōu)選的實施方案中，加載低強度脈沖超聲參數(shù)為：工作頻率0.1-5mhz，有效聲強0.1-3w/cm2，輸出脈沖方式。還優(yōu)選地，工作頻率0.5-4mhz，有效聲強0.5-2.5w/cm2。進(jìn)一步優(yōu)選地，工作頻率0.5-3.5mhz，有效聲強0.6-2.5w/cm2。例如，工作頻率可以為0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5mhz；有效聲強可以為0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5w/cm2。

44、在根據(jù)本發(fā)明用途的一個優(yōu)選的實施方案中，進(jìn)行超聲處理的方式不特別限定，可以是瞬時或連續(xù)對纖維膜進(jìn)行超聲處理。

45、本發(fā)明已通過x射線衍射(xrd)、傅里葉紅外光譜測試熱(ftir)等測試證實了利用退火工藝能夠使聚左旋乳酸從熱穩(wěn)定的α晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袎弘娞匦缘摩孪嘟Y(jié)晶，通過壓電系數(shù)d14測試和輸出電壓等測定證實了電暈極化能夠賦予聚左旋乳酸纖維膜電活性，且具有β相晶型的經(jīng)退火的聚左旋乳酸在電暈極化后能夠獲得更高的電學(xué)性能。此外，本發(fā)明通過體外抗菌實驗發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的纖維膜具有有效且廣泛的抗菌性能。

46、本發(fā)明的電活性抗菌纖維膜所使用的聚左旋乳酸為可降解材料，并通過實驗驗證了非隨機排布組的聚乳酸壓電膜響應(yīng)超聲驅(qū)動時，對正常顱骨缺損模型和成骨抑制作用骨缺損模型均具有良好的骨修復(fù)效果。此外，加載脈沖超聲的非隨機排布組的聚乳酸壓電膜在牙周炎模型中也表現(xiàn)出良好的修復(fù)效果，這也為臨床牙周炎牙槽骨缺損治療提供策略。