一种复合结构多孔膜的制备方法及其制备的复合结构多孔膜与流程

1.本发明涉及纤维膜技术领域，具体涉及一种复合结构多孔膜的制备方法及其制备的复合结构多孔膜。


背景技术：

2.近年，骨膜感染、骨骼肿瘤和骨骼畸形等疾病引发的骨组织缺损病例与日俱增，而骨组织在大多数情况下无法实现完全修复。如今，组织工程支架因其具有合适的微观形貌，价格低廉制备难度低等优点在骨组织再生领域中受到了广泛关注，在以往的研究中，各种天然和合成材料被应用于3d打印，冷冻干燥，激光蚀刻，自组装等多种工艺制备支架。
3.溶液静电纺丝是制备类似于天然细胞外基质用于组织工程的纳米级聚合物纤维的有效手段，因其制备的三维电纺纤维支架与天然胶原蛋白纤维的形态相似性，高孔隙率和高比表面积比广泛用于制备组织工程支架，这些优点为体外细胞培养提供了良好的环境，增强细胞在工程支架上的粘附增殖性能。
4.熔体静电纺丝直写因其可以便利地制造高可控性、有序性且具有良好孔隙尺寸(》100μm)的微米级聚合物纤维垫成为一种备受关注的新兴工艺，已用于设计制造多种组织工程支架如骨骼，血管，皮肤，肌腱等。其中在骨修复方面，有研究表明孔径在200-350μm之间的支架促进成骨细胞增殖和促进骨细胞向内生长的效果最好，相反，较大的孔径(》500μm)不会增强细胞粘附或促进细胞渗透。
5.熔体直写工艺中直写设备挤出的纤维细丝带有同级的电荷，制备高度有序的小孔径纤维支架存在技术瓶颈。此外，聚己内酯，具有出色的生物相容性，优良的降解性以及理想的机械性能，是熔体电纺直写制备组织工程支架包括骨修复支架中应用最多的材料之一，然而聚己内酯具有超疏水性，会限制其在大多数生物流体的亲水环境中的生物学应用，同时也缺乏骨诱导性，不利于骨细胞粘附增殖，会导致延迟甚至阻止成骨反应；与此同时静电纺丝制备的支架通常刚度较低，这一点不利于骨修复。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明提供一种复合结构多孔膜的制备方法，将静电纺丝与熔体电纺直写技术相结合，制备一种具有良好亲水性和生物相容性的复合结构多孔膜。具体技术方案如下：
7.一种复合结构多孔膜的制备方法，包括如下步骤：
8.(1)配置静电纺丝溶液：将明胶溶于乙酸溶液并搅拌均匀，所述静电纺丝溶液中明胶的质量分数为10-20％；
9.(2)溶液静电纺丝：吸取所述静电纺丝置于溶液静电纺丝机进行纺丝，得明胶纳米纤维膜；
10.(3)熔体静电纺丝：将聚己内酯置于熔体静电纺丝机的材料储存位，同时将所述明胶纳米纤维膜置于收集平台并接地，进行纺丝，得到含聚己内酯纤维的所述复合结构多孔
膜。
11.进一步地，步骤(2)的溶液静电纺丝过程中针头接负电压17-19kv,针头与收集用导电玻璃的距离为5-15cm，纺丝时间1-2分钟。
12.进一步地，步骤(3)的熔体静电纺丝过程的纺丝温度110-120℃，电源负极接针头，所述针头与收集平台距离为1.5-2mm，气压供给量为1.5-2.5mpa，负电压为2.5-3.5kv。
13.进一步地，通过g-code(g代码)控制熔体静电纺丝的收集平台，设置x轴每往复运动一次时y轴平移100-400μm。
14.进一步地，步骤(1)中所述乙酸溶液由冰乙酸和去离子水配置而成，所述乙酸溶液中所述冰乙酸的质量分数为10-15％。
15.一种复合结构多孔膜，由以上所述的复合结构多孔膜的制备方法制备得到，所述复合结构多孔膜由明胶纳米纤维和聚己内酯纤维交替堆叠而成。
16.进一步地，所述聚己内酯纤维间距为100-400μm。
17.进一步地，所述聚己内酯纤维的直径为5-15μm。
18.进一步地，所述明胶纳米纤维的直径为200-500nm。
19.本发明的一种复合结构多孔膜的制备方法具有如下有益效果：
20.(1)以溶液静电纺丝技术制备明胶纳米纤维膜，再以熔体静电纺丝技术制备聚己内酯纤维并与明胶纳米纤维交替堆叠，形成复合结构的多孔膜。将静电纺丝与熔体电纺直写技术相结合制备复合支架，一方面能够保留熔体直写结构上的高强度，促进细胞渗透和组织成骨优点，同时又能兼具纳米纤维类细胞外基质结构促进细胞粘附增殖的优势，可用做骨组织工程支架。
21.(2)通过控制聚己内酯纤维的纤维间距，优选出最适合的细胞生长和吸附的复合结构多孔膜。聚己内酯纤维支架诱导细胞取向，保证整体强度，明胶纳米纤维提供类细胞外基质结构，改善复合支架整体亲水性。本发明的一种复合结构多孔膜的制备方法构建一个多尺度的复合组织工程支架，保留熔体直写微米尺度支架强度、促进细胞渗透和组织成骨的优点，同时引入纳米尺度支架改善熔体电纺直写支架在骨修复中孔径过大导致细胞粘附数量较低等问题。
附图说明
22.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
23.图1为步骤(2)制备的明胶纳米纤维膜；
24.图2为本发明制备的一种复合结构多孔膜；
25.图3为本发明的复合结构多孔膜的亲水性测试结果；
26.图4为在本发明的复合结构多孔膜上培养的细胞的mtt比色法测试结果；
27.图5为在本发明的复合结构多孔膜上培养的细胞的扫描电镜图，比例尺为200μm；
28.图1和2中，1为明胶纳米纤维，2为聚己内酯纤维。
具体实施方式
29.下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
30.实施例1
31.一种复合结构多孔膜的制备方法，包括如下步骤：
32.(1)配置静电纺丝溶液：将明胶溶于乙酸溶液并搅拌均匀，所述静电纺丝溶液中明胶的质量分数为15％；
33.(2)溶液静电纺丝：吸取所述静电纺丝置于溶液静电纺丝机进行纺丝，得明胶纳米纤维膜；
34.(3)熔体静电纺丝：将聚己内酯置于熔体静电纺丝机的材料储存位，同时将所述明胶纳米纤维膜置于收集平台并接地，进行纺丝，得到含聚己内酯纤维的所述复合结构多孔膜。
35.进一步地，步骤(2)的溶液静电纺丝过程中针头接负电压17kv,针头与收集用导电玻璃的距离为10cm，纺丝时间2分钟。
36.进一步地，步骤(3)的熔体静电纺丝过程的纺丝温度110℃，电源负极接针头，所述针头与收集平台距离为2mm，气压供给量为2mpa，负电压为3kv。
37.进一步地，通过g-code控制熔体静电纺丝的收集平台，设置x轴每往复运动一次时y轴平移100μm。
38.进一步地，步骤(1)中所述乙酸溶液由冰乙酸和去离子水配置而成，所述乙酸溶液中所述冰乙酸的质量分数为12％。
39.如图1和2所示，一种复合结构多孔膜，由以上所述的复合结构多孔膜的制备方法制备得到，所述复合结构多孔膜由明胶纳米纤维1和聚己内酯纤维2交替堆叠而成。
40.进一步地，所述聚己内酯纤维的间距为100μm。
41.进一步地，所述聚己内酯纤维的直径为10μm。
42.进一步地，所述明胶纳米纤维的直径为300nm。
43.实施例2
44.一种复合结构多孔膜的制备方法，包括如下步骤：
45.(1)配置静电纺丝溶液：将明胶溶于乙酸溶液并搅拌均匀，所述静电纺丝溶液中明胶的质量分数为15％；
46.(2)溶液静电纺丝：吸取所述静电纺丝置于溶液静电纺丝机进行纺丝，得明胶纳米纤维膜；
47.(3)熔体静电纺丝：将聚己内酯置于熔体静电纺丝机的材料储存位，同时将所述明胶纳米纤维膜置于收集平台并接地，进行纺丝，得到含聚己内酯纤维的所述复合结构多孔膜。
48.进一步地，步骤(2)的溶液静电纺丝过程中针头接负电压17kv,针头与收集用导电玻璃的距离为10cm，纺丝时间2分钟。
49.进一步地，步骤(3)的熔体静电纺丝过程的纺丝温度110℃，电源负极接针头，所述
针头与收集平台距离为2mm，气压供给量为2mpa，负电压为3kv。
50.进一步地，通过g-code控制熔体静电纺丝的收集平台，设置x轴每往复运动一次时y轴平移200μm。
51.进一步地，步骤(1)中所述乙酸溶液由冰乙酸和去离子水配置而成，所述乙酸溶液中所述冰乙酸的质量分数为12％。
52.一种复合结构多孔膜，由以上所述的复合结构多孔膜的制备方法制备得到，所述复合结构多孔膜由明胶纳米纤维和聚己内酯纤维交替堆叠而成。
53.进一步地，所述聚己内酯纤维的间距为200μm。
54.进一步地，所述聚己内酯纤维的直径为10μm。
55.进一步地，所述明胶纳米纤维的直径为300nm。
56.实施例3
57.一种复合结构多孔膜的制备方法，包括如下步骤：
58.(1)配置静电纺丝溶液：将明胶溶于乙酸溶液并搅拌均匀，所述静电纺丝溶液中明胶的质量分数为15％；
59.(2)溶液静电纺丝：吸取所述静电纺丝置于溶液静电纺丝机进行纺丝，得明胶纳米纤维膜；
60.(3)熔体静电纺丝：将聚己内酯置于熔体静电纺丝机的材料储存位，同时将所述明胶纳米纤维膜置于收集平台并接地，进行纺丝，得到含聚己内酯纤维的所述复合结构多孔膜。
61.进一步地，步骤(2)的溶液静电纺丝过程中针头接负电压17kv,针头与收集用导电玻璃的距离为10cm，纺丝时间2分钟。
62.进一步地，步骤(3)的熔体静电纺丝过程的纺丝温度110℃，电源负极接针头，所述针头与收集平台距离为2mm，气压供给量为2mpa，负电压为3kv。
63.进一步地，通过g-code控制熔体静电纺丝的收集平台，设置x轴每往复运动一次时y轴平移400μm。
64.进一步地，步骤(1)中所述乙酸溶液由冰乙酸和去离子水配置而成，所述乙酸溶液中所述冰乙酸的质量分数为12％。
65.一种复合结构多孔膜，由以上所述的复合结构多孔膜的制备方法制备得到，所述复合结构多孔膜由明胶纳米纤维和聚己内酯纤维交替堆叠而成。
66.进一步地，所述聚己内酯纤维的间距为400μm。
67.进一步地，所述聚己内酯纤维的直径为10μm。
68.进一步地，所述明胶纳米纤维的直径为300nm。
69.对实施例1-3制备的复合结构多孔膜进行亲水性实验和细胞活性测试。如具有不同聚己内酯纤维间距的复合结构多孔膜的亲水性测试结果如图3所示，其中，明胶纳米纤维由本发明步骤(1)和(2)制备得到，聚己内酯纤维由聚己内酯进行熔体静电纺丝得到，复合结构多孔膜由本发明步骤(1)、(2)和(3)制备得到可以看出复合支架存在憎水性聚己内酯聚合物支架的结构，但是整体是继承明胶纳米纤维的良好亲水性。
70.在实施例1-3制备的复合结构多孔膜上进行为期2天的细胞培养，通过mtt比色法和免疫荧光染色。测试结果分别如图4和5所示，其中a为无纤维的细胞组，b为无明胶纳米纤
维、聚己内酯纤维间距100μm的细胞组，c为无明胶纳米纤维、聚己内酯纤维间距200μm的细胞组，d为无明胶纳米纤维、聚己内酯纤维间距100μm的细胞组，e为有明胶纳米纤维的细胞组，f为有明胶纳米纤维、聚己内酯纤维间距100μm的细胞组，g为有明胶纳米纤维、聚己内酯纤维间距200μm的细胞组，h为无明胶纳米纤维、聚己内酯纤维间距100μm的细胞组。由图4可以明显看出本发明的复合结构多孔膜对细胞整体具有促进生长的作用。由图5可以看出当本发明制备的复合结构多孔膜的聚己内酯纤维间距为200μm时，复合结构多孔膜对细胞促进了伸展，同时达到了良好的细胞依附效果。