專利名稱：Phbv納米纖維支架材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米纖維制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高分子溶液的熱致相分離技術(shù)。
背景技術(shù)：
軟骨組織其自身不含血管、淋巴，缺乏自發(fā)再生能力。目前存在的針對軟骨損傷的 治療方法都存在一定的局限性，因此，1987年，組織工程作為一門嶄新的學(xué)科被正式提出。 軟骨組織工程的基本技術(shù)路線是在體外培養(yǎng)種子細(xì)胞，并以較高濃度將其種植于具有良好 的生物相容性和降解性的合適支架上，從而形成細(xì)胞_支架復(fù)合物，將此復(fù)合物植入生物 體內(nèi)組織缺損部位，最終完成組織的修復(fù)和再造?？山到馍锊牧显诮M織工程研究中有著重要的地位，它作為臨時(shí)的3D支架在組 織的修復(fù)和再生的過程中起了引導(dǎo)的作用。理想的組織工程支架必須在結(jié)構(gòu)和成分上都類 似天然的細(xì)胞外基質(zhì)，能夠促進(jìn)細(xì)胞活性和組織生長。研究表明，由于具有高的比表面積， 納米纖維對細(xì)胞的粘附、增殖和分化具有積極作用。目前為止，基本都是采用熱壓_粒濾、靜電紡絲、自組裝的方法來制備PHBV仿生材 料的。熱壓粒濾的方法制備的多孔材料雖然具有3D結(jié)構(gòu)，但是并沒有形成類似軟骨組織 中的膠原纖維的結(jié)構(gòu)。采用靜電紡絲制備仿生材料，因?yàn)樗抢酶邏弘妶鰧⑷芤簢娚涑?去，溶劑揮發(fā)形成細(xì)絲來達(dá)到制備納米纖維材料的，所以一般只能制備膜狀的材料，不適合 制備軟骨等需要3D結(jié)構(gòu)的材料。自主裝得到的一般為水凝膠，缺乏幾何復(fù)雜性以及3D結(jié) 構(gòu)缺乏力學(xué)性能，所以在構(gòu)建3D復(fù)雜的可再生支架上很少有成功的例子。熱致相分離的原 理是基于溫度降低時(shí)，誘發(fā)均一高分子溶液相分離。相分離系統(tǒng)一旦穩(wěn)定，富溶劑相可以 用真空蒸發(fā)掉，留下聚合物泡沫支架。泡沫的形態(tài)受冷卻時(shí)相轉(zhuǎn)變的控制。聚(羥基丁酸 酯-羥基戊酸酯)(PHBV)是原核微生物在碳、氧營養(yǎng)失衡的情況下，作為碳源和能源儲存而 合成的一類聚羥基鏈烷酸，具有良好的生物相容性和機(jī)械強(qiáng)度，且其由生物合成，不含有化 工原料合成過程中可能產(chǎn)生的對人體有害的一些副產(chǎn)品。目前尚未有通過熱致相分離的方 法制備PHBV納米纖維的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的缺陷，提供一種更簡便且可控性更強(qiáng)的PHBV 納米纖維支架材料及其制備方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種PHBV納米纖維支架材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將分子量為3X IO5的PHBV粉末即聚(羥基丁酸酯_羥基戊酸酯)溶于有機(jī) 溶劑中，配成質(zhì)量濃度為7. 5%的溶液，50°C水浴磁力攪拌3 5小時(shí)；(2)待PHBV完全溶解后，將溶液密封放置；(3)待溶液完全形成水凝膠之后，取出，加入丙酮置換有機(jī)溶劑；然后用去離子水 置換丙酮；
(4)將PHBV水凝膠冷凍干燥，得到PHBV納米纖維支架。優(yōu)選地，步驟(1)所述有機(jī)溶劑為氯仿和二氧六環(huán)的混合溶劑。優(yōu)選地，所述氯仿與二氧六環(huán)的體積比為1 1 9。優(yōu)選地，所述氯仿與二氧六環(huán)的體積比為3 7。優(yōu)選地，所述步驟(2)所述放置條件為室溫25士 10°C或4 -80攝氏度冰箱或液 氮中冷凍。優(yōu)選地，所述步驟(2)所述放置條件為冷凍溫度-24 -80°c。優(yōu)選地，所述步驟(3)所述丙酮置換有機(jī)溶劑是置于4°C冰箱中，每天換兩次丙 酮，置換3天；所述用去離子水置換丙酮是每天換兩次水，置換三天。優(yōu)選地，所述步驟(3)所述冷凍干燥的條件是在-80°C下冷凍干燥24小時(shí)。優(yōu)選地，所述步驟(2)所述密封是指用封口膠將存放溶液的容器密封。由熱致相分離法制備的PHBV納米纖維支架空隙率高，纖維直徑小，可控性高。隨 著混合溶劑配比的改變，支架可形成孔-壁結(jié)構(gòu)和纖維多孔結(jié)構(gòu)；而纖維的直徑和長度也 會隨著冷凍溫度的變化而改變。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本發(fā)明的PHBV納米纖維支架價(jià)格低廉，制備工藝簡單，生物相容性好，孔隙率 高，支架結(jié)構(gòu)及纖維形態(tài)可控。納米纖維支架形態(tài)結(jié)構(gòu)類似人體軟骨組織細(xì)胞外基質(zhì)，能夠 更好的促進(jìn)軟骨細(xì)胞的粘附、增殖和分化，因此該支架材料非常適合于軟骨組織的修復(fù)和重建。(2)相比較其他的制備方法，熱致相分離具有操作簡單、可控性強(qiáng)的特點(diǎn)，制備得 到的PHBV納米纖維直徑為40-500nm，孔隙率可高達(dá)98%。


圖1為實(shí)施例1 5制備所得不同配比混合溶劑制備的PHBV支架的掃面電鏡圖 片；圖2為實(shí)施例6 10制備所得不同冷凍溫度下制備的PHBV納米纖維支架的掃面 電鏡圖片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此，對于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。實(shí)施例1氯仿二氧六環(huán)(9 1)溶液下制備PHBV孔-壁結(jié)構(gòu)支架(圖la)取分子量為3 X IO5的PHBV粉末0. 225g溶于2. 7ml氯仿溶液中，50°C磁力攪拌3小 時(shí)，加入0. 3ml 二氧六環(huán)溶液，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，轉(zhuǎn)移到5ml燒杯中，封上封口膠，置于_24°C 冰箱中冷凍12小時(shí)。加入丙酮溶液置換有機(jī)溶劑，置于4°C冰箱中，每天換兩次丙酮，置換3 天；使用去離子水置換丙酮溶液，置于4°C冰箱中，每天換兩次水，置換3天。將樣品于-80°C 下冷凍干燥24小時(shí)。PHBV支架的SEM圖(圖la)顯示其為孔-壁結(jié)構(gòu)，孔壁厚度為150 300nm，孔徑
4為 1. 0 6. 5 μ m0實(shí)施例2氯仿二氧六環(huán)(8 2)溶液下制備PHBV片層結(jié)構(gòu)支架(圖lb)取分子量為3 X IO5的PHBV粉末0. 225g溶于2. 4ml氯仿溶液中，50°C磁力攪拌3小 時(shí)，加入0. 6ml 二氧六環(huán)溶液，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，轉(zhuǎn)移到5ml燒杯中，封上封口膠，置于_24°C 冰箱中冷凍12小時(shí)。加入丙酮溶液置換有機(jī)溶劑，置于4°C冰箱中，每天換兩次丙酮，置換3 天；使用去離子水置換丙酮溶液，置于4°C冰箱中，每天換兩次水，置換3天。將樣品于-80°C 下冷凍干燥24小時(shí)。PHBV支架的SEM圖(圖lb)顯示其為片層結(jié)構(gòu)，片層厚度為60 120nm，孔徑大 小為0. 5 1. 5 μ m。實(shí)施例3氯仿二氧六環(huán)(7 3)溶液下制備PHBV納米纖維支架(圖Ic)取分子量為3X105的PHBV粉末0. 225g溶于2. Iml氯仿溶液中，50°C磁力攪拌3小 時(shí)，加入0. 9ml 二氧六環(huán)溶液，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，轉(zhuǎn)移到5ml燒杯中，封上封口膠，置于_24°C 冰箱中冷凍12小時(shí)。加入丙酮溶液置換有機(jī)溶劑，置于4°C冰箱中，每天換兩次丙酮，置換3 天；使用去離子水置換丙酮溶液，置于4°C冰箱中，每天換兩次水，置換3天。將樣品于-80°C 下冷凍干燥24小時(shí)。PHBV支架的SEM圖(圖Ic)顯示其為納米纖維結(jié)構(gòu)，納米纖維直徑為40 lOOnm， 孔徑大小為0. 3 1. O μ m。實(shí)施例4氯仿二氧六環(huán)(6 4)溶液下制備PHBV片層結(jié)構(gòu)支架(圖Id) 取分子量為3 X IO5的PHBV粉末0. 225g溶于1. 8ml氯仿溶液中，50°C磁力攪拌3小 時(shí)，加入1.2ml 二氧六環(huán)溶液，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，轉(zhuǎn)移到5ml燒杯中，封上封口膠，置于_24°C 冰箱中冷凍12小時(shí)。加入丙酮溶液置換有機(jī)溶劑，置于4°C冰箱中，每天換兩次丙酮，置換3 天；使用去離子水置換丙酮溶液，置于4°C冰箱中，每天換兩次水，置換3天。將樣品于-80°C 下冷凍干燥24小時(shí)。PHBV支架的SEM圖(圖Id)顯示其為片層結(jié)構(gòu)，片層厚度約為80nm，孔徑大小為 0. 8 2· Ομπι。實(shí)施例5氯仿二氧六環(huán)(5 5)溶液下制備PHBV孔-壁結(jié)構(gòu)支架(圖Ie)取分子量為3 X IO5的PHBV粉末0. 225g溶于1. 5ml氯仿溶液中，50°C磁力攪拌3小 時(shí)，加入1.5ml 二氧六環(huán)溶液，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，轉(zhuǎn)移到5ml燒杯中，封上封口膠，置于_24°C 冰箱中冷凍12小時(shí)。加入丙酮溶液置換有機(jī)溶劑，置于4°C冰箱中，每天換兩次丙酮，置換3 天；使用去離子水置換丙酮溶液，置于4°C冰箱中，每天換兩次水，置換3天。將樣品于-80°C 下冷凍干燥24小時(shí)。PHBV支架的SEM圖(圖Ie)顯示其為孔-壁結(jié)構(gòu)，孔壁厚度為100 240nm，孔徑 大小為1. 5 6. O μ m。以上實(shí)例說明通過改變氯仿和二氧六環(huán)的混合比例可以調(diào)節(jié)控制PHBV支架的形 態(tài)結(jié)構(gòu)，而在混合比例為7 3時(shí)，制得的支架形態(tài)為納米纖維結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例6室溫下制備PHBV納米片層支架(圖2a)取分子量為3 X IO5的PHBV粉末0. 225g溶于2. Iml氯仿溶液中，50°C磁力攪拌3 小時(shí)，加入0. 9ml 二氧六環(huán)溶液，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，轉(zhuǎn)移到5ml燒杯中，封上封口膠，置于室 溫下12小時(shí)。加入丙酮溶液置換有機(jī)溶劑，置于4°C冰箱中，每天換兩次丙酮，置換3天； 使用去離子水置換丙酮溶液，置于4°C冰箱中，每天換兩次水，置換3天。將樣品于-80°C下 冷凍干燥24小時(shí)。PHBV支架的SEM圖(圖2a)顯示其為片層結(jié)構(gòu)，片層厚度為60 90nm，孔徑大小 為 300 700nm。實(shí)施例7冷凍溫度為4°C下制備PHBV納米片層支架(圖2b)取分子量為3 X IO5的PHBV粉末0. 225g溶于2. Iml氯仿溶液中，50°C磁力攪拌3 小時(shí)，加入0. 9ml 二氧六環(huán)溶液，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，轉(zhuǎn)移到5ml燒杯中，封上封口膠，置于4°C 冰箱中冷凍12小時(shí)。加入丙酮溶液置換有機(jī)溶劑，置于4°C冰箱中，每天換兩次丙酮，置換3 天；使用去離子水置換丙酮溶液，置于4°C冰箱中，每天換兩次水，置換3天。將樣品于-80°C 下冷凍干燥24小時(shí)。PHBV支架的SEM圖(圖2b)顯示其為納米片層結(jié)構(gòu)，片層厚度為60 120nm，孔 徑大小約為500nm。實(shí)施例8冷凍溫度為-24°C下制備PHBV納米纖維支架(圖2c)取分子量為3X105的PHBV粉末0. 225g溶于2. Iml氯仿溶液中，50°C磁力攪拌3小 時(shí)，加入0. 9ml 二氧六環(huán)溶液，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，轉(zhuǎn)移到5ml燒杯中，封上封口膠，置于_24°C 冰箱中冷凍12小時(shí)。加入丙酮溶液置換有機(jī)溶劑，置于4°C冰箱中，每天換兩次丙酮，置換3 天；使用去離子水置換丙酮溶液，置于4°C冰箱中，每天換兩次水，置換3天。將樣品于-80°C 下冷凍干燥24小時(shí)。SEM圖(圖2c)顯示制備得到的PHBV納米纖維直徑為40 lOOnm，孔徑大小約為 0. 3 1. Ομ 。實(shí)施例9冷凍溫度為_80°C下制備PHBV納米纖維支架(圖2d)取分子量為3X105的PHBV粉末0. 225g溶于2. Iml氯仿溶液中，50°C磁力攪拌3小 時(shí)，加入0. 9ml 二氧六環(huán)溶液，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，轉(zhuǎn)移到5ml燒杯中，封上封口膠，置于_80°C 冰箱中冷凍12小時(shí)。加入丙酮溶液置換有機(jī)溶劑，置于4°C冰箱中，每天換兩次丙酮，置換3 天；使用去離子水置換丙酮溶液，置于4°C冰箱中，每天換兩次水，置換3天。將樣品于-80°C 下冷凍干燥24小時(shí)。PHBV支架的SEM圖(圖2d)顯示其為納米纖維結(jié)構(gòu)，纖維直徑為60 lOOnm，孔 徑大小約為1. Ομ 。實(shí)施例10于液氮(_196°C )中冷凍下制備PHBV納米纖維支架(圖2e)取分子量為3 X IO5的PHBV粉末0. 225g溶于2. Iml氯仿溶液中，50°C磁力攪拌3小時(shí)，加入0. 9ml 二氧六環(huán)溶液，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，轉(zhuǎn)移到5ml燒杯中，封上封口膠，置于液 氮中冷凍12小時(shí)。加入丙酮溶液置換有機(jī)溶劑，置于4°C冰箱中，每天換兩次丙酮，置換3 天；使用去離子水置換丙酮溶液，置于4°C冰箱中，每天換兩次水，置換3天。將樣品于-80°C 下冷凍干燥24小時(shí)。PHBV支架的SEM圖(圖2e)顯示其為納米纖維結(jié)構(gòu)，纖維直徑為80 120nm，孔 徑大小為0. 2 1. 1 μ m，但纖維之間有大量粘結(jié)。由上述實(shí)施例說明，通過改變支架的冷凍溫度，可以調(diào)節(jié)控制納米纖維的直徑和 分布，在冷凍溫度為-24 -80°C時(shí)，可以制得形態(tài)結(jié)構(gòu)最好的納米纖維支架。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種PHBV納米纖維支架材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將分子量為3×105的PHBV粉末溶于有機(jī)溶劑中，配成質(zhì)量濃度為7.5％的溶液，50℃水浴磁力攪拌3～5小時(shí)；(2)待PHBV完全溶解后，將溶液密封放置；(3)待溶液完全形成水凝膠之后，取出，加入丙酮置換有機(jī)溶劑；然后用去離子水置換丙酮；(4)將PHBV水凝膠冷凍干燥，得到PHBV納米纖維支架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種PHBV納米纖維支架材料的制備方法，其特征在于，步驟 (1)所述有機(jī)溶劑為氯仿和二氧六環(huán)的混合溶劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種PHBV納米纖維支架材料的制備方法，其特征在于，所述氯 仿與二氧六環(huán)的體積比為1 1 9。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種PHBV納米纖維支架材料的制備方法，其特征在于，所述氯 仿與二氧六環(huán)的體積比為3 7。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述一種PHBV納米纖維支架材料的制備方法，其特征 在于，所述步驟(2)所述放置條件為室溫25士 10°C、4 -80°C冰箱或液氮中冷凍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種PHBV納米纖維支架材料的制備方法，其特征在于，所述步 驟(2)所述放置條件為冷凍溫度-24 -80°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種PHBV納米纖維支架材料的制備方法，其特征在于，所述步 驟(3)所述丙酮置換有機(jī)溶劑是置于4°C冰箱中，每天換兩次丙酮，置換3天；所述用去離 子水置換丙酮是每天換兩次水，置換三天。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種PHBV納米纖維支架材料的制備方法，其特征在于，所述步 驟(3)所述冷凍干燥的條件是在_80°C下冷凍干燥24小時(shí)。
9.一種PHBV納米纖維支架材料，其特征在于，它是由權(quán)利要求1 8任意一項(xiàng)方法制 備得到的。
10.權(quán)利要求9所述的一種PHBV納米纖維支架材料的應(yīng)用，其特征在于，該支架材料應(yīng) 用于制備修復(fù)和重建軟骨組織的材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種PHBV納米纖維支架材料及其制備方法，該方法包括如下步驟(1)將分子量為3×105的PHBV粉末溶于有機(jī)溶劑中，配成濃度為7.5％的溶液，50℃水浴磁力攪拌3～5小時(shí)；(2)待PHBV完全溶解后，將溶液密封放置；(3)待溶液完全形成水凝膠之后，取出，加入丙酮置換有機(jī)溶劑；然后用去離子水置換丙酮；(4)將PHBV水凝膠冷凍干燥，得到PHBV納米纖維支架。本發(fā)明的PHBV納米纖維支架價(jià)格低廉，制備工藝簡單，生物相容性好，孔隙率高，支架結(jié)構(gòu)及纖維形態(tài)可控，其形態(tài)結(jié)構(gòu)類似人體軟骨組織細(xì)胞外基質(zhì)，能夠更好的促進(jìn)軟骨細(xì)胞的粘附、增殖和分化，非常適合于軟骨組織的修復(fù)和重建。
文檔編號A61L27/50GK101927033SQ20101024941
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者杜昶, 王迎軍, 陳聰 申請人:華南理工大學(xué)