一種中性超細(xì)生物醫(yī)學(xué)纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于纖維的制備領(lǐng)域，特別涉及一種中性超細(xì)生物醫(yī)學(xué)纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物降解聚酯類纖維材料如聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)及乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)等，是一類重要的組織工程支架構(gòu)建生物材料。自組織工程學(xué)誕生以來就一直受到領(lǐng)域內(nèi)眾多研究者的青睞，基于纖維生物材料支架，研究者已在軟骨、肌腱、血管等組織構(gòu)建和大動(dòng)物組織缺損修復(fù)方面開展了大量工作，取得了良好的組織修復(fù)和再生作用。然而，這些纖維基支架材料也存在著一定的缺陷，如缺乏細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)和細(xì)胞親和性不足的問題，但最為主要的問題是其酸性代謝產(chǎn)物對(duì)種子細(xì)胞和宿主組織的遠(yuǎn)期不良作用，表現(xiàn)在構(gòu)建組織內(nèi)核的空洞化及植入后的無菌炎癥反應(yīng)和纖維化(Liu W.and Cao Y.L.,B1materials,2007.28(34):p.5078-5086)。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)研究人員采用在PGA，PLA及PLGA等生物降解聚酯纖維材料中引入合適的堿性調(diào)節(jié)劑來中和其酸性降解產(chǎn)物，達(dá)到減輕酸性產(chǎn)物積聚對(duì)細(xì)胞功能影響的目的。如Xie等人(Xie S.J.，et al.，B1materials，2010.31(19):ρ.5100_5109.)將三聚磷酸鈉納米顆粒引入PLGA(50:50)基體，并通過熔融紡絲制備成纖維(?40μπι)，在37°C的PBS(pH 7.4)中降解80天后可使溶液pH調(diào)控在7.4-6.32范圍，但納米顆粒的引入導(dǎo)致了纖維力學(xué)性能下降。楊小平課題組(趙敏麗等，中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)，2006.25(4):P.476-480.)采用引入羥基磷灰石(HAp)抑制了PLLA降解過程中的自催化作用，減緩了PLLA的降解速度，復(fù)合纖維體系降解液的pH值在40天內(nèi)能維持在7.4-7.3之間。Jansen等人(Ji，W.，et al.，B1materials，2012.33(28):p.6604-6614.)研究了HAp對(duì)PLGA/PCL(3:1)混合納米纖維降解行為的影響。研究的皮下植入實(shí)驗(yàn)證明，含羥基磷灰石的納米纖維體內(nèi)降解4周后在支架周圍有較少的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)和減輕的異物反應(yīng)，生物相容性獲得了較大的改善。以上這些研究都是用堿性無機(jī)鹽來調(diào)控纖維酸性降解產(chǎn)物的PH，雖然可行，但在適用性上有一定的局限性(例如:采用堿性無機(jī)鹽調(diào)控多與骨組織工程應(yīng)用有關(guān)，然而在工程化一些特定組織如肌腱、心臟瓣膜等組織時(shí)，鈣鹽的引入將增加其鈣化風(fēng)險(xiǎn))。而最近的研究工作(包敏等，高分子學(xué)報(bào)，2014.(5): P.604-612.)則通過向無紡PLGA納米纖維中添加有機(jī)堿性調(diào)節(jié)劑堿性氨基酸一賴氨酸(Lys)的方法來緩解降解產(chǎn)物的集酸程度。研究發(fā)現(xiàn)含2%Lys的納米纖維降解8周后可使降解液pH維持在7.4?6.7之間;初步的生物相容性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，PLGA纖維的酸性降解產(chǎn)物的確不利于(血管平滑肌)細(xì)胞的生長(zhǎng)，但細(xì)胞在含Lys降解液的培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)則生長(zhǎng)狀態(tài)良好，說明其較好的細(xì)胞相容性和中和酸性降解產(chǎn)物的能力。但是，制備此Lys/PLGA中性納米纖維采用的是乳液電紡絲方法(紡絲過程中使用了乳化劑Span-80)，紡絲工藝相對(duì)復(fù)雜且Lys的添加量較低，不超過2wt%。而且，此方法所制備的中性纖維都是以無紡布的形式存在，對(duì)于特定的具有高度取向性的生物組織(如韌帶和肌腱等)的構(gòu)建，無紡納米纖維遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求。最近發(fā)明的一種通過從根本上消除電紡絲過程中射流的不穩(wěn)定鞭動(dòng)的被稱作“穩(wěn)定射流電紡絲”的方法(張彥中，袁卉華，馮蓓，彭紅菊.中國(guó)發(fā)明專利，201110059055.6,2011-03-13.)則為簡(jiǎn)便制備高度取向的聚合物超細(xì)纖維提供了可能。研究(Yuan H.H.,et al.Journal of Materials Chemistry, 2012.22(37):P.19634-19638.)采用超高分子量的PEO調(diào)節(jié)溶液的粘彈性來消除不穩(wěn)定鞭動(dòng)形成穩(wěn)定射流，可以方便地得到纖維單絲、纖維束、定向纖維膜以及設(shè)計(jì)超細(xì)纖維的排列。這為開啟簡(jiǎn)單、直接、大規(guī)模制備高度取向的超細(xì)纖維提供了新的思路。然而，關(guān)于如何簡(jiǎn)便、高效地制備出高度取向的、力學(xué)性能優(yōu)良、能緩沖降解產(chǎn)物酸度的中性超細(xì)生物醫(yī)學(xué)纖維的研究還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種中性超細(xì)生物醫(yī)學(xué)纖維的制備方法，該方法制備的超細(xì)纖維膜具有纖維取向排列、力學(xué)性能優(yōu)良以及降解后PH呈中性的特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的一種中性超細(xì)生物醫(yī)學(xué)纖維的制備方法，包括:
[0006](I)將聚乳酸-乙醇酸和超高分子量聚氧化乙烯加入到盛有三氟乙醇的密閉器皿中，攪拌，得到高分子溶液;其中，其中，高分子溶液中聚乳酸-乙醇酸的質(zhì)量濃度為3.5%?4%，聚氧化乙烯的質(zhì)量濃度為0.9%?I % ;
[0007](2)將堿性氨基酸加入到盛有純乙酸的密閉容器中，攪拌，得到堿性氨基酸溶液；其中，堿性氨基酸的質(zhì)量濃度為5-38% ;
[0008](3)將步驟(I)得到的高分子溶液和步驟(2)得到的堿性氨基酸溶液混合，攪拌，得到紡絲原液，進(jìn)行穩(wěn)定射流電紡絲，得到中性超細(xì)生物醫(yī)學(xué)纖維;其中，紡絲原液中高分子聚合物(聚乳酸-乙醇酸)的質(zhì)量濃度為5-25%，堿性氨基酸在纖維中的含量為10-30wt%。
[0009]所述步驟(I)中聚乳酸-乙醇酸特性粘度為0.15-3.0，乳酸和乙醇酸的共聚比例范圍為85:15-50:50。
[0010]所述步驟(I)中攪拌的時(shí)間為12-24h。
[0011]所述步驟(I)中高分子溶液中聚乳酸-乙醇酸的質(zhì)量濃度為3.8%，聚氧化乙烯的質(zhì)量濃度為0.95 %。
[0012]所述步驟(2)中堿性氨基酸為賴氨酸。
[0013]所述步驟(3)中穩(wěn)定射流電紡絲的工藝參數(shù)為電壓4-6kV，接收距離5-20cm，噴絲頭直徑lym-2mm，紡絲液注射速率0.1-1.0mL/h，室溫，濕度為20-40%，滾筒接收裝置的卷繞接收速度為20_10000rpm。
[0014]所述步驟(3)中(聚乳酸-乙醇酸)中性超細(xì)纖維的直徑為1.0-1.5μπι。
[0015]所述步驟(3)中(聚乳酸-乙醇酸)中性超細(xì)纖維具有纖維取向排列、較高的拉伸斷裂強(qiáng)度79-89MPa和楊氏模量2.07-2.68GPa。
[0016]所述步驟(3)中的(聚乳酸-乙醇酸)中性超細(xì)纖維降解后為中性，pH=6.8-7.2。
[0017]所述步驟(3)中的(聚乳酸-乙醇酸)中性超細(xì)纖維具有良好的生物相容性。
[0018]本發(fā)明的中性超細(xì)纖維能緩沖聚乳酸-乙醇酸降解產(chǎn)物酸度。
[0019]有益效果
[0020](I)本發(fā)明制得的纖維工藝簡(jiǎn)便、有效，采用直接共混電紡絲方法；
[0021](2)本發(fā)明制得的纖維中賴氨酸的含量較高，可達(dá)30wt%;
[0022](3)本發(fā)明制得的纖維膜具有較高的纖維取向度；
[0023](4)本發(fā)明制得的纖維膜具有優(yōu)良的力學(xué)性能，和純的PLGA纖維膜的斷裂強(qiáng)度(61.23 ± 3.67MPa)相比,10%,20%,30% Ly s/PLGA 纖維膜的斷裂強(qiáng)度分別為 89.97 ±6.32MPa、83.24 ± 5.18MPa及79.51 ± 6.70MPa，斷裂強(qiáng)度較純PLGA纖維膜分別增加了46 %、36%和30 %。纖維的楊氏模量從1390 ±114.13MPa分別增加至2070 ±145.92MPa、2686 土456.6IMPa及2278 土 243.93MPa，楊氏模量分別增加了 48 %、93 % 和63 % ；
[0024](5)本發(fā)明制備的纖維降解后pH呈中性，有效改善了聚酯材料的生物相容性。
【附圖說明】
[0025]圖1為實(shí)施例1中收集得到的高度取向PLGA超細(xì)纖維的掃描電子顯微鏡圖；
[0026]圖2為實(shí)施例2中收集得到的高度取向10wt%Lys/PLGA超細(xì)復(fù)合纖維的掃描電子顯微鏡圖；
[0027]圖3為實(shí)施例3中收集得到的高度取向20wt%Lys/PLGA超細(xì)復(fù)合纖維的掃描電子顯微鏡圖；
[0028]圖4為實(shí)施例4中收集得到的高度取向30wt%Lys/PLGA超細(xì)復(fù)合纖維的掃描電子顯微鏡圖；
[0029]圖5為實(shí)施例4中收集得到的不同Lys含量的高度取向Lys/PLGA復(fù)合纖維的紅外光譜圖；
[0030]圖6為實(shí)施例4中收集得到的不同Lys含量的高度取向Lys/PLGA復(fù)合纖維的力學(xué)性能圖(纖維束):(A)典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；(B)拉伸強(qiáng)度；(C)楊氏模量;(D)伸長(zhǎng)率；
[0031 ]圖7為實(shí)施例4中纖維在體外降解10周時(shí)PBS溶液的pH值變化曲線；
[0032]圖8為實(shí)施例4中將L929細(xì)胞種植在PLGA和Lys/PLGA復(fù)合纖維膜上的CCK-8測(cè)定的細(xì)胞增殖結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)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(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0034]實(shí)施例1
[0035]第一步:在室溫下，將0.2g聚乳酸-乙醇酸(分子量為1.0x 104g/mol)、0.05g超高分子量聚氧化乙烯(分子量為5.0x 106g/mol)溶于5g的三氟乙醇中，攪拌12h后得到均勻的高分子溶液；
[0036]第二步:將第一步所制備的高分子溶液置于注射器中，在室溫、濕度為20-40%的條件下，在電紡絲設(shè)備上進(jìn)行穩(wěn)定射流電紡絲，電紡絲時(shí)所施加電壓為4.5kV，接收距離(也就是射流穩(wěn)定段長(zhǎng)度)為18cm，溶液注射速率為0.4mL/h，滾筒接收轉(zhuǎn)速為I OOOrpm。
[0037]如圖1所示，為穩(wěn)定射流電紡法制備所得的高度取向的、不含堿性賴氨酸的聚乳酸-乙醇酸超細(xì)纖維膜的掃描電鏡照片，纖維直徑為1.5±0.2μπι。圖5為L(zhǎng)ys粉末、PLGA纖維和Lys/PLGA復(fù)合纖維的紅外圖譜。其中，1757cm—1處的強(qiáng)峰為C = O的伸縮振動(dòng)峰，