一種非織造材料增強組織工程復合三維支架及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非織造材料增強組織工程復合三維支架及其制備方法，其由非織造材料增強材料和天然生物材料凍干支架組成。制備步驟為(1)利用非織造技術將纖維制備成非織造材料；(2)用配制好的天然生物材料水溶液將非織造材料浸沒；(3)通過冷凍干燥的技術去除水分；(4)利用交聯劑浸泡交聯天然生物材料，即得非織造材料增強的三維組織工程復合支架。本發(fā)明操作簡單，穩(wěn)定性高，全程不涉及有機溶劑，綠色安全，制備的三維組織工程復合支架力學性能良好，該支架中非織造材料中的纖維與天然生物材料部分緊密結合，有效的提高了其結構穩(wěn)定性，增強了其機械性能。
【專利說明】一種非織造材料增強組織工程復合三維支架及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于組織工程和生物制造【技術領域】，特別涉及一種非織造材料增強組織工程復合三維支架及其制備方法。
【背景技術】
[0002]組織工程三要素之一即為三維支架材料的制備。引入合適的支架材料和三維結構是促進細胞沿所需方向分化形成組織從而修復創(chuàng)傷的一個重要因素。三維多孔的細胞支架不僅為細胞的黏附提供支撐，同時為營養(yǎng)物質的輸送和代謝廢物的排出創(chuàng)造必要的條件，它的形態(tài)和結構直接影響所構成組織的形態(tài)和功能。
[0003]天然生物材料，如明膠、膠原、絲素、多糖類物質等，是從植物或動物組織或代謝物中提取的天然物質，具有生物相容性、生物降解性等諸多優(yōu)點，可以促進細胞的黏附、增殖、分化等，在組織工程領域是優(yōu)先選用的材料。迄今，研究人員將這些天然材料加工成了多種形態(tài)的支架材料應用于組織工程領域，如靜電紡納米纖維、澆筑膜、水凝膠、凍干海綿等，在骨和軟骨、皮膚、血管、神經導管、肌腱韌帶等組織修復中得到了廣泛應用。其中冷凍干燥技術因可以制備出三維多孔結構的支架而備受關注。
[0004]中國專利CN102580163A，馬列等人公布了一種一次凍干制備交聯的膠原/殼聚糖組織工程多孔支架的方法，制備的膠原/殼聚糖多孔支架具有力學性能可控、降解速率適宜、生物相容性好等 用凍干技術制備了絲素/膠原蛋白/殼聚糖復合三維多孔支架材料，該支架空隙率達到98%以上，且孔徑分布在50-400微米之間，微孔之間互通。然而冷凍干燥的支架機械性能相對較弱，在使用過程中易損壞。
[0005]非織造材料是由雜亂排列的纖維通過自身粘結纏繞而形成的纖維氈結構。非織造材料因其方便加工、成本低等得到廣泛應用，尤其是在新型敷料領域。中國專利CN202116824U，李健全公布了一種非織造布和醫(yī)用敷料，利用纖維素纖維制備的醫(yī)用敷料改善了其與人體接觸的舒適度。非織造材料具有較高的空隙率，纖維隨機排布所形成均勻的三維通孔結構。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架材料及其制備方法，非織造材料與天然生物材料凍干支架相復合，可以提高支架的結構穩(wěn)定性，增加其機械強度。
[0007]本發(fā)明的一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架，由纖維制備而成的非織造材料增強材料和天然生物材料凍干支架組成。具有同細胞外基質類似的三維結構，非織造材料增強材具備大孔結構，孔隙率為93%。
[0008]所述纖維為生物相容性材料，優(yōu)選的，生物相容性材料是生物可降解材料。
[0009]所述纖維為蠶絲纖維、再生膠原纖維、殼聚糖纖維、黏膠纖維、聚乳酸纖維等生物可降解纖維中的一種或幾種；纖維直徑為5-50微米，纖維長度為20-200毫米。
[0010]所述非織造增強材料的面密度為20-1000克/平方米，厚度為1-15毫米；非織造增強材料所用方法為針刺或水刺。
[0011]所述天然生物材料為明膠、再生絲素、膠原、殼聚糖中的一種或幾種。
[0012]所述支架的孔徑為20-500微米。
[0013]本發(fā)明的一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架的制備方法，其包括下述步驟:
[0014](I)利用非織造技術將纖維制備成非織造材料；
[0015](2)用配制好的天然生物材料水溶液將非織造材料浸沒；
[0016](3)通過冷凍干燥去除水分:-20至-80°C冷凍12-48h，隨后干燥12_48h ；
[0017](4)利用交聯劑交聯天然生物材料，洗滌，再次冷凍干燥，即得非織造材料增強的三維組織工程復合支架。 [0018]上述步驟(2)所述的天然生物材料水溶液的濃度為0.5-20毫克/毫升。
[0019]上述步驟(4)所述的交聯劑是1-(3-二甲氨基丙基)-3_乙基碳二亞胺鹽酸鹽/N-羥基琥珀酰亞胺(EDC/NHS)、京尼平、乙醇中的一種或幾種。
[0020]上述步驟(4)所述的交聯時間為12_168h。
[0021]上述步驟(2)所述的天然生物材料水溶液中可以加入藥物、生長因子或無機納米顆粒等活性物質的水溶液。
[0022]其中，藥物是慶大霉素、四環(huán)素等抗菌類藥物，或抗炎癥類藥物，或紫杉醇等抗癌癥類藥物。
[0023]生長因子是如下任意一種骨形態(tài)發(fā)生蛋白:BMP-1、BMP-2、BMP-3、BMP-7、BMP-14 ；或者所述生長因子為如下任意一種轉化生長因子:TGF-c1、TGF-13。
[0024]無機納米顆粒為納米羥基磷灰石、納米生物玻璃等納米顆粒，其特征在于無機納米顆粒直徑為30-500納米，無機納米顆粒與蛋白質固體質量比為1: 10-1: 0.5。
[0025]有益.效果
[0026]本發(fā)明通過將非織造技術與冷凍干燥技術結合在一起，形成三維多孔的組織工程復合支架，該復合支架具有較好的結構穩(wěn)定性，與單純的非織造材料或凍干支架相比，其拉伸和壓縮強力皆有大幅提升。
[0027]本發(fā)明采用具有較好生物相容性和生物可降解性的材料，尤其是可以采用純天然材料，全程不涉及有機溶劑或其它有害物質，制備出的支架具有優(yōu)良的生物相容性且安全可靠。
[0028]本發(fā)明還在支架中引入藥物、生長因子、無機納米顆粒等活性物質，可進一步改善三維支架材料的生物相容性和力學性能，促進組織的再生。
[0029]本發(fā)明制備簡單、加工方便，利用該發(fā)明制備的非織造材料增強的復合支架可以應用于大塊組織缺損修復、骨組織再生、醫(yī)用敷料、術后填充材料等生物醫(yī)學領域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是一種用于骨組織修復的三維支架材料的制備流程圖；
[0031]圖2是實施例1中再生膠原短纖非織造材料復合的明膠三維支架材料的照片；[0032]圖3是實施例2中再生膠原短纖非織造材料復合的明膠/絲素三維支架材料的SEM圖像；
[0033]圖4是實施例2中再生膠原短纖非織造材料復合的明膠/絲素三維支架材料的SEM圖像；
[0034]圖5是實施例2中加入納米羥基磷灰石顆粒的再生膠原短纖非織造材料復合的明膠/絲素三維支架材料的SEM圖像。
【具體實施方式】
[0035]下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0036]實施例1 [0037]將再生膠原短纖經過梳理鋪網、針刺加固，制備成面密度為500克/平方米，厚度為5毫米的非織造材料。將A型魚皮明膠溶于去離子水，配置成濃度為2%和5%的明膠溶液。將再生膠原非織造材料裁成指定大小放入塑料模具中，在模具中注入明膠溶液，使其完全浸沒非織造材料。將模具放置于-20度冰箱中冷凍12小時，隨后利用冷凍干燥機凍干。利用EDC/NHS的酒精溶液交聯明膠，交聯時間為12小時，隨后用去離子水洗滌去除EDC/NHS，再次冷凍干燥，即得再生膠原短纖非織造材料復合的明膠三維支架材料(圖2)。
[0038]實施例2
[0039]將再生膠原短纖經過梳理鋪網、針刺加固，制備成面密度為500克/平方米，厚度為5毫米的非織造材料。將0.2克A型豬皮明膠和0.2克家蠶絲再生絲素溶于10毫升去離子水中，60度加熱攪拌2小時使明膠和絲素完全溶解，得到濃度為4%、明膠/絲素質量比為1:1的明膠/絲素溶液。量取5毫升明膠、絲素溶液，向其中加入0.05克納米羥基磷灰石顆粒，直徑為80-120納米，超聲震蕩使其分散均勻，得到納米羥基磷灰石/明膠/絲素溶液，其中各組分質量比為1/2/2。將再生膠原非織造材料裁成指定大小放入塑料模具中，在模具中注入上述兩種溶液，使其完全浸沒非織造材料。立即將模具放置于-80度冰箱中冷凍12小時，隨后利用冷凍干燥機凍干，干燥時間為48小時。利用EDC/NHS的酒精溶液交聯明膠與絲素，交聯時間為12小時，隨后用去離子水洗滌去除EDC/NHS，再次冷凍干燥，即得再生膠原短纖非織造材料復合的明膠/絲素三維支架材料(圖3，圖4)，以及復合納米羥基磷灰石顆粒的支架材料(圖5)。
[0040]實施例3
[0041]將脫膠后的蠶絲切斷得蠶絲短纖，經過梳理鋪網、水刺加固，制備成面密度為50克/平方米、厚度為2毫米的蠶絲非織造材料。將0.5克家蠶絲再生絲素溶液溶于10毫升去離子水中，攪拌是其完全溶解，得濃度為5%的絲素溶液。將蠶絲非織造材料裁成指定大小放入塑料模具中，在模具中注入絲素溶液，使其完全浸沒非織造材料。將模具放置于-80度冰箱中冷凍12小時，隨后利用冷凍干燥機干燥，干燥時間為48小時。利用95%的酒精水溶液浸泡交聯絲素，交聯時間為2小時，再次冷凍干燥去除酒精和水，即得蠶絲短纖非織造材料復合的絲素三維支架材料。
【權利要求】
1.一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架，其特征在于:由纖維制備而成的非織造材料增強材料和天然生物材料凍干支架組成。
2.根據權利要求1所述的一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架，其特征在于:所述纖維為生物相容性材料。
3.根據權利要求1所述的一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架，其特征在于:所述纖維為蠶絲纖維、再生膠原纖維、殼聚糖纖維、黏膠纖維、聚乳酸纖維中的一種或幾種；纖維直徑為5-50微米，纖維長度為20-200毫米。
4.根據權利要求1所述的一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架，其特征在于:所述非織造增強材料的面密度為20-1000克/平方米，厚度為1-15毫米；非織造增強材料所用方法為針刺或水刺。
5.根據權利要求1所述的一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架，其特征在于:所述天然生物材料為明膠、再生絲素、膠原、殼聚糖中的一種或幾種。
6.根據權利要求1所述的一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架，其特征在于:所述支架的孔徑為20-500微米。
7.一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架的制備方法，其包括下述步驟: (1)利用非織造技術將纖維制備成非織造材料； (2)用配制好的天然生物材料水溶液將非織造材料浸沒；
(3)通過冷凍干燥去除水分:-20至-80°C冷凍12-48h，隨后干燥12_48h； (4)利用交聯劑交聯天然生物材料，洗滌，再次冷凍干燥，即得非織造材料增強的三維組織工程復合支架。
8.根據權利要求7所述的一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述的天然生物材料水溶液的濃度為0.5-20毫克/毫升。
9.根據權利要求7所述的一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架的制備方法，其特征在于:步驟(4)所述的交聯劑是1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽/N-羥基琥珀酰亞胺、京尼平、乙醇中的一種或幾種。
10.根據權利要求7所述的一種非織造材料增強的三維組織工程復合支架的制備方法，其特征在于:步驟(4)所述的交聯方法為浸泡交聯，交聯時間為12-18h。
【文檔編號】A61L27/54GK104027846SQ201410279766
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權日:2014年6月20日
【發(fā)明者】柯勤飛, 李大偉, 莫秀梅, 黃晨 申請人:東華大學