一种复合纤维支架及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及医疗制品技术领域，尤其涉及一种复合纤维支架及其制备方法和应用。


背景技术：

2.细胞的生长发育离不开所处的环境，外部环境在细胞生长过程中起着至关重要的作用，是引导组织再生与修复的重要物质基础。构建具有类似天然细胞外基质结构和环境的材料支架，可促进细胞的生长和繁殖，从而引导组织的再生和修复。由此可见，能够在体外模拟细胞自然生长状态的功能支架对于复杂生物系统来说至关重要，然而，目前生物材料致密的微观结构和糟糕的细胞生长微环境仍然是限制其在骨组织修复应用上的两大难点。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种复合纤维支架及其制备方法和应用。
4.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
5.本发明提供了一种复合纤维支架的制备方法，包含下列步骤：
6.(1)将聚乳酸溶液进行静电纺丝，得到聚乳酸纤维支架；
7.(2)将聚乳酸纤维支架和羟基磷灰石溶液混合后矿化，即得所述复合纤维支架。
8.作为优选，步骤(1)中所述聚乳酸溶液中聚乳酸的质量分数为6.5～7.5％。
9.作为优选，步骤(1)中所述聚乳酸溶液中溶剂包含二氯甲烷和n,n-二甲基甲酰胺。
10.作为优选，所述n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷的体积比为1：8～10。
11.作为优选，步骤(1)中所述静电纺丝的电压为13～15kv。
12.作为优选，步骤(1)中所述静电纺丝的针头内径为0.7～0.9mm，推注速度为1.5～2.5ml/h，针头和收集器的距离为8～12cm。
13.作为优选，所述步骤(2)中羟基磷灰石溶液中羟基磷灰石的质量分数为45～55％；
14.所述聚乳酸纤维支架和羟基磷灰石溶液的质量体积比为1g：3～5ml。
15.作为优选，所述步骤(2)中矿化的时间为7～10天，温度为20～30℃。
16.本发明还提供了所述制备方法得到的复合纤维支架。
17.本发明还提供了所述复合纤维支架在制备骨组织修复材料中的应用。
18.本发明提供了一种复合纤维支架的制备方法，采用静电纺丝工艺制备聚乳酸纤维支架，然后将获得的支架在羟基磷灰石溶液中矿化，即得复合纤维支架。本发明在制备复合纤维支架过程中，羟基磷灰石经过矿化过程附着在聚乳酸纤维表面形成涂层，厚度达到了8.3μm；而纤维之间保持离散状态，存在许多深度相互连接的孔隙，孔隙的规格为30～100μm，支架的表面积、孔隙率和吸水率因此得到大幅度提高，有利于细胞的进入与增殖，从而可以应用于制备骨组织修复材料中。本发明提供的方法简单，工艺要求低，可大规模的制备应
用。
附图说明
19.图1为本发明静电纺丝示意图；
20.图2为实施例1中聚乳酸纤维支架的直径分布图；
21.图3为实施例1中复合纤维支架的直径分布图；
22.图4为实施例1中聚乳酸纤维支架的质量变化图；
23.图5为实施例1中聚乳酸纤维支架的压缩模量变化图；
24.图6为实施例1中复合纤维支架的吸水率对比图；
25.图7为实施例1中复合纤维支架的表面积对比图；
26.图8为实施例1中聚乳酸纤维支架的sem图；
27.其中a为在模拟体液中温育7天，b为在模拟体液中温育14天，c为在模拟体液中温育21天。
具体实施方式
28.本发明提供了一种复合纤维支架的制备方法，包含下列步骤：
29.(1)将聚乳酸溶液进行静电纺丝，得到聚乳酸纤维支架；
30.(2)将聚乳酸纤维支架和羟基磷灰石溶液混合后矿化，即得所述复合纤维支架。
31.在本发明中，步骤(1)中所述聚乳酸溶液中聚乳酸的质量分数优选为6.5～7.5％，进一步优选为6.6～7.4％，更优选为6.8～7.2％。
32.在本发明中，步骤(1)中所述聚乳酸溶液中溶剂优选包含二氯甲烷和n,n-二甲基甲酰胺。
33.在本发明中，所述n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷的体积比优选为1：8～10，进一步优选为1：8.5～9.5，更优选为1：8.8～9.2。
34.在本发明中，步骤(1)中所述静电纺丝的电压优选为13～15kv，进一步优选为13.5～14.5kv，更优选为13.8～14.2kv。
35.在本发明中，步骤(1)中所述静电纺丝的针头内径优选为0.7～0.9mm，进一步优选为0.75～0.85mm，更优选为0.8mm；推注速度优选为1.5～2.5ml/h，进一步优选为1.6～2.4ml/h，更优选为1.8～2.2ml/h；针头和收集器的距离优选为8～12cm，进一步优选为9～11cm，更优选为9.5～10.5cm。
36.在本发明中，静电纺丝过程如图1所示。
37.在本发明中，收集器的形状优选为中空半球状，所述收集器的直径优选为7～9cm，进一步优选为7.5～8.5cm，更优选为7.8～8.2cm；所述收集器的壳厚度优选为0.1～0.3cm，进一步优选为0.15～0.25cm，更优选为0.18～0.22cm；所述收集器的内部采用铝箔进行覆盖，在收集器的最大截面处均分，均分的间隔个数优选为4～8，进一步优选为5～7，更优选为6；在间隔的端点位置嵌入不锈钢探针，形成第一层不锈钢探针圈；不锈钢探针的长度优选为1.3～1.5cm，进一步优选为1.35～1.45cm，更优选为1.38～1.42cm；在第一层不锈钢探针圈下面设置多层不锈钢探针圈，直至布满整个半球；每层不锈钢探针圈的间隔优选为1.5～2.5cm，进一步优选为1.6～2.4cm，更优选为1.8～2.2cm。
38.在本发明中，收集器中的探针可以从等距方向收集纳米纤维，在半球形收集器的中心形成蓬松结构的聚乳酸纤维支架。
39.在本发明中，所述步骤(2)中羟基磷灰石溶液中羟基磷灰石的质量分数优选为45～55％，进一步优选为46～54％，更优选为48～52％。
40.在本发明中，所述聚乳酸纤维支架和羟基磷灰石溶液的质量体积比优选为1g：3～5ml，进一步优选为1g：3.5～4.5ml，更优选为1g：3.8～4.2ml。
41.在本发明中，所述步骤(2)中矿化的时间优选为7～10天，进一步优选为8～9天；温度优选为20～30℃，进一步优选为22～28℃，更优选为24～26℃。
42.本发明还提供了所述制备方法得到的复合纤维支架。
43.本发明还提供了所述复合纤维支架在制备骨组织修复材料中的应用。
44.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
45.实施例1
46.配制聚乳酸溶液，聚乳酸的质量分数为7％，溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷，n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷的体积比为1：9；将聚乳酸溶液进行静电纺丝，电压为14kv，针头内径为0.8mm，推注速度为2ml/h，针头和收集器截面的距离为10cm；收集器的直径为8cm，壳厚度为0.2cm，收集器内部用铝箔进行包覆，将收集器的最大截面处进行均分，均分的间隔个数为6个，在间隔端点处嵌入长度为1.4cm的不锈钢探针，得到第一层不锈钢探针圈，然后按照2cm的间隔依次向下布置多层不锈钢探针圈，直至布满整个收集器。纺丝结束后获得聚乳酸纤维支架记为fluffy-fss。
47.将获得的2g聚乳酸纤维支架和8ml羟基磷灰石溶液混合进行矿化，羟基磷灰石溶液中羟基磷灰石的质量分数为50％，矿化的时间为1周，温度为24℃，矿化结束后得到复合纤维支架，记为fluffy-hafss。
48.将本实施例制备的聚乳酸纤维支架进行直径统计，结果如图2所示，从图2可以看出，聚乳酸纤维支架的平均直径为2.15μm；将本实施例制备的复合纤维支架进行直径统计，结果如图3所示，从图3中可以看出，复合纤维支架的平均直径为10.45μm；将获得的聚乳酸纤维支架在模拟体液中温育，质量变化如图4所示，压缩模量变化如图5所示，从图4中可以看出，聚乳酸纤维支架质量增长迅速，从图5中可以看出，压缩模量在迅速增大。将普通纤维支架记为fms，浸泡过羟基磷灰石溶液的普通纤维支架记为hafms，将普通纤维支架、浸泡过羟基磷灰石溶液的普通纤维支架、聚乳酸纤维支架和复合纤维支架进行吸水测试，结果如图6所示，从图中可以看出，本技术提供的聚乳酸纤维支架和复合纤维支架具有优良的吸水性。测试普通纤维支架、浸泡过羟基磷灰石溶液的普通纤维支架、聚乳酸纤维支架和复合纤维支架的表面积，结果如图7所示，从图7中可以看出，本技术提供的复合纤维支架具有优良的表面积，可容纳大量的细胞进入与增殖，然后生长成具有高细胞活性的细胞簇，形成整合的细胞-纤维构建体。
49.将本实施例制备的聚乳酸纤维支架在模拟体液中温育一定时间，然后在电子纤维镜下观察，结果如图8所示。从图8中可以看出经过1周的矿化后，羟基磷灰石可均匀分布在聚乳酸纤维支架上，这将为骨髓间充质干细胞的长入提供良好的条件。
50.实施例2
51.配制聚乳酸溶液，聚乳酸的质量分数为6.5％，溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷，n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷的体积比为1：8；将聚乳酸溶液进行静电纺丝，电压为13kv，针头内径为0.8mm，推注速度为2.5ml/h，针头和收集器截面的距离为12cm；收集器的直径为9cm，壳厚度为0.2cm，收集器内部用铝箔进行包覆，将收集器的最大截面处进行均分，均分的间隔个数为6个，在间隔端点处嵌入长度为1.4cm的不锈钢探针，得到第一层不锈钢探针圈，然后按照2cm的间隔依次向下布置多层不锈钢探针圈，直至布满整个收集器。纺丝结束后获得聚乳酸纤维支架。
52.将获得的2g聚乳酸纤维支架和8ml羟基磷灰石溶液混合进行矿化，羟基磷灰石溶液中羟基磷灰石的质量分数为50％，矿化的时间为1周，温度为24℃，矿化结束后得到复合纤维支架。
53.本实施例制备的复合纤维支架孔隙的范围为54～87μm，表面积为35m2/g。
54.实施例3
55.配制聚乳酸溶液，聚乳酸的质量分数为7.5％，溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷，n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷的体积比为1：10；将聚乳酸溶液进行静电纺丝，电压为15kv，针头内径为0.8mm，推注速度为1.5ml/h，针头和收集器截面的距离为8cm；收集器的直径为7.5cm，壳厚度为0.2cm，收集器内部用铝箔进行包覆，将收集器的最大截面处进行均分，均分的间隔个数为6个，在间隔端点处嵌入长度为1.4cm的不锈钢探针，得到第一层不锈钢探针圈，然后按照2cm的间隔依次向下布置多层不锈钢探针圈，直至布满整个收集器。纺丝结束后获得聚乳酸纤维支架。
56.将获得的5g聚乳酸纤维支架和25ml羟基磷灰石溶液混合进行矿化，羟基磷灰石溶液中羟基磷灰石的质量分数为55％，矿化的时间为10天，温度为30℃，矿化结束后得到复合纤维支架。
57.本实施例制备的复合纤维支架孔隙的范围为46～75μm，表面积为34m2/g。
58.由以上实施例可知，本发明提供了一种复合纤维支架的制备方法。本发明在制备复合纤维支架过程中，羟基磷灰石经过矿化过程附着在聚乳酸纤维表面形成涂层，厚度达到了8.3μm；而纤维之间保持离散状态，存在许多深度相互连接的孔隙，孔隙的规格为30～100μm，支架的表面积、孔隙率和吸水率因此得到大幅度提高，有利于细胞的进入与增殖，从而可以应用于制备骨组织修复材料中。
59.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。