纤维复合膜、其制备方法及其应用

1.本发明涉及人工硬脊膜技术领域，具体而言，涉及纤维复合膜、其制备方法及其应用。


背景技术：

2.脑脊液漏是脊柱外科与神经外科手术中较常见的临床并发症。由于创伤、椎管内肿瘤切除、硬脊膜发育不良、硬膜骨化、累及椎管内的手术等均可造成硬脊膜的破裂或缺损，进而导致脑脊液漏的发生。若处理不当，可能会引起低颅内压综合征、急性气道阻塞、脑脊液囊肿、粘连性蛛网膜炎、椎管内感染及颅内感染、蛛网膜炎或脑膜炎、脑脓肿、颅内出血等多种严重并发症，甚至可危及生命。因此如何有效修复破裂或缺损的硬脊膜以防止脑脊液漏是临床上亟待解决的问题。
3.目前，术中修复硬脊膜的方法主要包括直接缝合法和硬脊膜替代材料缝合法。其中，直接缝合法可以达到直接而有效的修补硬脊膜的目的，但对于术中硬脊膜有缺损者，直接缝合往往张力过大，易对眷髓神经形成卡压，而且需精细操作，若稍有不慎则会损伤脊髓或神经。由于缝合时缝针所造成的“针眼”难以达到绝对的水密缝合，故术后仍有脑脊液漏的风险。此外，对于后路手术腹侧及前路手术背侧硬脊膜破裂或缺损时则缝合法将会受限。
4.利用自体或异体的组织(例如肌肉、脂肪、筋膜或硬脊膜等)作为硬脊膜替代材料配合减张缝合可以修补存在一定缺损的硬脊膜，但仍然难以达到理想的水密缝合，而且硬脊膜替代材料缝合法术后容易形成瘢痕组织粘连引发神经刺激症状。随着生物材料学的发展，已有越来越多新型的生物材料应用于硬脊膜损伤的修复。然而，现有的硬脊膜修复材料普遍存在粘连性能弱的问题，只能作为辅助粘接剂而无法单独使用，仍需要在硬脊膜缝合之后覆盖在硬脊膜的表面才可达到水密修复的效果。然而在临床手术过程中，硬脊膜损伤的位置可能位于硬脊膜的前方、侧方或神经根袖等位置，这些位置往往无法进行有效缝合，使得即便采用了人工硬脊膜修复仍存在修复效果不佳的问题，术后脑脊液漏仍有发生可能。
5.因此，急需开发一种可有效提高修复效果的人工硬脊膜成为临床上亟需解决的问题。
6.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供纤维复合膜、其制备方法及其应用。该纤维复合膜成胶速度快，生物力学和粘附性良好，溶胀率低，可降解，可以用做人工硬脊膜，继而对硬膜破损进行有效修补，避免脑脊液漏。
8.本发明是这样实现的：
9.第一方面，本发明提供一种用于制备人工硬脊膜的纤维复合膜，其包括芯层和包裹所述芯层的壳层，所述芯层由纺丝材料-抗菌物质构成，所述壳层由甲基丙烯酰化聚乙烯
12kpa，室温，电极板接收距离2-6mm，芯层喷头内径200-400μm，壳层喷头内径300-450μm。
31.第三方面，本发明提供一种前述实施方式所述的用于制备人工硬脊膜的纤维复合膜在制备人工硬脊膜中的应用。
32.本发明具有以下有益效果：本发明实施例提供一种特定结构的纤维复合膜，该纤维复合膜可以作为免缝合的人工硬脊膜，其具有良好的生物相容性，良好的生物力学性能，可降解，溶胀率低，成胶速度快，黏附性能良好,与硬脊膜粘附后足以耐受脑脊液的压力；同时，其可以免缝合，大大缩短手术时间,降低脊髓、神经损伤的风险，尤其是对于硬脊膜前方、侧方和神经根袖位置的损伤修补，能有效降低术后脑脊液漏的并发症。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
34.图1为本发明实施例提供的纤维复合膜的纤维取向示意图；
35.图2为本发明实施例提供的纤维复合膜的同轴纤维结构示意图；
36.图3为本发明实施例提供的纤维复合膜的近场直写打印技术原理示意图。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
38.本发明实施例提供用于制备人工硬脊膜的纤维复合膜，其包括芯层和包裹所述芯层的壳层，其中，所述芯层由纺丝材料-抗菌物质构成，纺丝材料可以为胶原蛋白，优选为i型胶原蛋白，抗菌物质可以是纳米抗菌物质，例如纳米银，也就是说芯层可以是由胶原蛋白-纳米抗菌物质构成；例如，由i型胶原蛋白-纳米银构成。
39.所述壳层由甲基丙烯酰化聚乙烯醇-邻硝基苯透明质酸-光引发剂构成。光引发剂可以是现有技术中的光引发剂，但是优选为苯基-2，4，6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂，其对人体副作用小，能够保证纤维复合膜的安全性。因此，壳层可以由甲基丙烯酰化聚乙烯醇-邻硝基苯透明质酸-苯基-2，4，6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂构成。
40.上述结构的纤维复合膜不仅仅成胶速度快，生物力学和粘附性良好，溶胀率低，可降解，可以用做硬脊膜，继而对硬膜破损进行有效修补，避免脑脊液漏。同时可以缓释抗菌物质，能够达到抗菌作用。
41.进一步地，该纤维复合膜为同轴取向纤维(参见图1)；纤维复合膜中每层纤维按一定形状呈取向性排列；例如，每层纤维按一定形状呈90度矩形、45度平行四边形和60度等边三角形的取向性排列(参见图2)；纤维复合膜中每层纤维均按第一层的纤维的形状取向排列叠加；纤维复合膜的厚度为100-1000微米；例如为100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米以及1000微米等100-1000微米之间的任意数
值或者任意两个数值形成的范围值。纤维复合膜中纤维的直径为400-1000纳米，孔间距为100-300微米，孔隙率为75-90％。
42.本发明实施例提供一种用于制备人工硬脊膜的纤维复合膜的制备方法，利用近场直写打印技术分别处理纺丝材料-抗菌物质和甲基丙烯酰化聚乙烯醇-邻硝基苯透明质酸-光引发剂以构建芯层和壳层，并使得壳层包裹所述芯层。具体地，
43.第一步、取聚乙烯醇(全文简称为pva)加入去离子水中，加热条件下恒温磁力搅拌，使得pva充分溶解，而后停止加热，待溶液冷却至预设温度后，加入甲基丙烯酸酐，避光条件下反应，合成聚乙烯醇-甲基丙烯酸酐聚合物(全文简称pva-ma聚合物)而后去除残余未反应的杂质，真空冷冻干燥得到白色海绵状的甲基丙烯酰化聚乙烯醇(全文简称pva-ma)。
44.其中，去除未反应的杂质的方法包括：将反应结束后的溶液转入10kda透析袋进行透析，每4-8小时更换去离子水，持续6-8天(例如6天、6.5天、7天或者8天)后杂质将被去除。
45.进一步地，聚乙烯醇的浓度为4-10％(此处浓度指的是聚乙烯醇在反应混合液中的浓度)，例如为4％、5％、6％、7％、8％、9％以及10％。溶解温度为75-85℃，例如为75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃以及85℃等75-85℃之间的任意数值或任意两个数值形成的范围值。预设温度为45-55℃，例如为45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃以及55℃等45-55℃之间的任意数值或任意两个数值形成的范围值。所述聚乙烯醇与所述甲基丙烯酸酐的比例为1g：0.8-1.2ml，例如为1g:0.8ml、1g:0.9ml、1g:1.0ml、1g:1.1ml以及1g:1.2ml等1g：0.8-1.2ml之间的任意数值或任意两个数值形成的范围值。避光反应的时间为24-48小时。例如，24小时、30小时、32小时、34小时、36小时、40小时、42小时以及48小时等24-48小时之间的任意数值或者任意两个数值形成的范围值。
46.第二步、将pva-ma、邻硝基苯透明质酸(全文简称为ha-nb)以及光引发剂，例如苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(全文简称为lap)混合后溶于去离子水中，充分溶解后制得水溶性的混合溶液。
47.其中，混合溶液中甲基丙烯酰化聚乙烯醇、邻硝基苯透明质酸和光引发剂的比例为：4-8wv％:0.5-2wv％:0.5wv％。wv％指的是单位体积内的混合溶液中含有对应物质的质量。
48.第三步、将纺丝材料溶解形成材料溶液，而后与抗菌物质混合形成纺丝溶液；例如采用的纺丝溶液为i型胶原蛋白，抗菌物质为纳米银时，其操作步骤是：将i型胶原蛋白溶于乙酸溶液中，而后加入纳米银，充分搅拌均匀。
49.其中，纺丝材料在纺丝溶液中的浓度为4-8％，例如，为4％、5％、6％、7％以及8％等4-8％之间的任意数值或者任意两个数值形成的范围值，抗菌物质在纺丝溶液中的浓度为1-3mg/l；例如为1mg/l、1.5mg/l、2mg/l、2.5mg/l以及3mg/l等1-3mg/l之间的任意数值或任意两个数值形成的范围值。
50.第四步、利用近场直写打印技术分别处理纺丝材料-抗菌物质和甲基丙烯酰化聚乙烯醇-邻硝基苯透明质酸-光引发剂以构建芯层和壳层，并使得壳层包裹所述芯层。参见图3。
51.其中，近场直写打印技术的参数包括：电压2-6kv，挤出气压3-12kpa，室温，电极板接收距离2-6mm，200-400μm，壳层喷头内径300-450μm。
52.本发明提供一种前述实施方式所述的用于制备人工硬脊膜的纤维复合膜在制备人工硬脊膜中的应用。
53.本发明提供一种人工硬脊膜，其通过上述制备人工硬脊膜的纤维复合膜制备得到。将上述纤维复合膜贴于患处，而后进行照射，使得纤维复合膜完成交联，形成稳定的符合水凝胶，可以探查见水凝胶表面光滑，水凝胶与硬脊膜相接面无缝隙，紧密相接，随后往脊髓近端灌注生理盐水，未见硬脊膜缺损修补处有液体渗出。
54.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
55.实施例1
56.本实施例提供一种纤维复合膜的制备方法，包括：
57.pva-ma的制备：本实施例优选采用医用级pva，将pva在第一设定温度(例如85摄氏度)去离子水中充分溶解，浓度可控制在4-8％，待溶解冷却至第二设定温度(例如45摄氏度)时，恒温磁力搅拌，并按1g：1ml甲基丙烯酸酐比例将甲基丙烯酸酐加入溶液避光环境下反应24-48小时，进一步转入10kda透析袋进行透析，间隔6-8小时换去离子水一次，持续1周，将残余未反应的杂质去除，真空冷冻干燥后，制得白色粉末状的pva-ma。
58.1)分别取2gpva-ma、0.25g ha-nb和0.5glap材料混合后溶于去离子水中，充分溶解后制得水溶性的pva-ma/ha-nb/lap混合溶液,避光保存备用；
59.2)取2gⅰ型胶原蛋白溶解于乙酸溶液中，然后加入1mg/l纳米银，充分搅拌均匀备用；
60.3)设置近场直写打印技术参数：电压2kv，挤出气压3kpa，室温，电极板接收距离2mm，芯层喷头内径300μm，壳层喷头内径350μm。以上述ⅰ型胶原蛋白/纳米银混合溶液为芯，以pva-ma/ha-nb/lap混合溶液为壳，利用近场直写打印技术构建芯层为ⅰ型胶原蛋白/纳米银，壳层为pva-ma/ha-nb/lap纳米纤维复合膜，膜厚设置为100μm，分别构内部格式为90
°
平行矩形、45
°
平行四边形、60
°
等边三角形的纤维膜。
61.本发明实施例提供一种上述纤维复合膜的应用，具体为：
62.将制备的无菌pva-ma/ha-nb/lap/ⅰ型胶原蛋白/纳米银复合纤维膜贴于牛颈脊髓硬脊膜缺损动物模型处(脊髓远端结扎硬脊膜，使其远端闭合)，此时纤维膜会快速吸收脑脊液或血液中的水份后转变为光敏凝胶前体(必要时可直接用少许生理盐水使纤维膜浸湿)，纤维膜将沿着硬膜囊的幅度进行弯曲塑性从而紧密帖服硬脊膜，此时白色纤维膜将会转变成透明或半透明状态的凝胶前体，紧接着用405nm波长的光源照射纤维膜15-30秒，随后纤维膜快速完成光交联，形成稳定的复合水凝胶，探查见水凝胶表面光滑，水凝胶与硬脊膜相接界面无缝隙，紧密相接，随后往脊髓近端灌注生理盐水，未见硬脊膜缺损修补处有液体渗出。随着水凝胶的降解，纳米银从ⅰ型胶原蛋白支架中缓释出来，从而达到抗菌作用。
63.实施例2
64.本实施例提供一种纤维复合膜的制备方法，包括：
65.用3gpva-ma、0.5g ha-nb和0.5glap材料及3gⅰ型胶原蛋白和2mg/l纳米银，作为原始材料制备纤维复合膜，其余实施过程同实施例1。
66.实施例3
67.用4gpva-ma、1g ha-nb和0.5glap材料及4gⅰ型胶原蛋白和3mg/l纳米银，作为原始材料制备纤维复合膜，其实施过程同实施例1。
68.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。