本發(fā)明屬于高分子材料加工領(lǐng)域，特別是涉及一種高模量超親水生物支架制備方法。

背景技術(shù)：
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生物支架作為種植細(xì)胞的場所和組織再生的模板，在組織工程領(lǐng)域引起了越來越多的關(guān)注。但是，目前所制備的生物支架多數(shù)無法同時(shí)具備良好的力學(xué)性能、親水性能和生物相容性。因此如何制備擁有良好綜合性能的理想生物支架仍是目前具有挑戰(zhàn)性的問題?；陟o電紡絲設(shè)備簡單、操作方便、可利用材料種類繁多、方便制備多組分復(fù)合材料、以及獲得的纖維比表面積大、均一性高等優(yōu)點(diǎn)，其作為理想高效制備復(fù)合纖維生物支架的技術(shù)已經(jīng)被廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

2003年，Yoshimoto,H.等通過靜電紡絲法制備了聚己內(nèi)酯(PCL)支架。首先將一定量的PCL溶于氯仿，室溫下震蕩獲得濃度為10％(w/v)的均一溶液，在13kV的紡絲電壓下，聚合物溶液被靜電場力拉伸成絲，得到無紡布PCL纖維。然后，將支架浸泡在70％的酒精中殺毒，并將其浸泡于膠原蛋白溶液進(jìn)行表面涂層改性，最后采用充質(zhì)干細(xì)胞種植在支架上。結(jié)果表明，膠原蛋白涂層改性后的支架具有良好的生物相容性。但此方法制備獲得的支架在提高生物相容性的同時(shí)，力學(xué)性能并沒有得到提高。

2005年，Vaz,C.M.等通過靜電紡絲法制備了雙層纖維支架。他們在室溫將PCL和PLA分別溶于氯仿和氯仿/二甲基甲酰胺(15:3) 混合溶液，獲得了濃度為12.5％(w/v)和14.0％(w/v)的均一聚合物溶液。首先選取PCL溶液在電壓為13kV，接受距離為20cm，溶液的推進(jìn)速率為10μL/min的條件下進(jìn)行靜電紡絲，采用滾筒收集方法(轉(zhuǎn)速為60Hz)，180min后獲得內(nèi)層的PCL支架。然后將PLA溶液在電壓為13kV，接受距離為20cm，溶液流速為25μL/min，滾筒轉(zhuǎn)速為180Hz的條件下進(jìn)行靜電紡絲，PLA纖維收集在PCL纖維之上，60min后制備得到了雙層PLA/PCL纖維支架。此方法制備獲得的PLA/PCL雙層支架可以有效地提高其力學(xué)性能，但無法提高其親水性能和生物相容性。

2009年，Zoppe,J.O.等通過靜電紡絲法成功制備了PCL/納米纖維素晶粒復(fù)合纖維支架。首先他們采用一系列的化學(xué)處理方法提取出納米纖維素晶粒，隨后，采用2,4-甲苯二異氰酸酯對(duì)其進(jìn)行改性。最后將一定量改性后的納米纖維素晶粒通過超聲處理分散于二甲基甲酰胺溶液，同時(shí)稱取15g PCL室溫震蕩溶解于二氯甲烷溶液，最后將兩種溶液混合獲得紡絲液，其中紡絲液中納米纖維素晶粒占PCL的質(zhì)量比分別為2.5％和5％。在電場為0.5～1.0kV/cm，推進(jìn)速率0.8～1.0mL/h，接受距離為10～20cm的條件下進(jìn)行靜電紡絲，制備得到PCL/納米纖維素晶粒復(fù)合支架。結(jié)果表明，制備獲得的支架具有較好的力學(xué)性能和親水性能。

2014年，Jing,X.等通過靜電紡絲法制備了具有串晶結(jié)構(gòu)的PCL三維支架。首先將一定量PCL溶于氯仿/二甲基甲酰胺(6:4)的混合溶液，室溫震蕩得到濃度為12％(w/v)的均一紡絲液。在電壓為18kV， 收集距離為20cm，推進(jìn)速率為0.5mL/h的條件下進(jìn)行靜電紡絲，得到PCL纖維支架。然后，將一定量的PCL溶解于去離子水/乙酸(23:77)的混合溶液，60℃磁力攪拌1h，獲得0.8％(w/v)的PCL稀溶液，取30μL的PCL稀溶液，緩慢滴在PCL纖維支架上，室溫去離子水沖洗兩次，真空干燥后得到具有串晶結(jié)構(gòu)的PCL支架。最后，采用基質(zhì)膠對(duì)PCL支架表面進(jìn)一步進(jìn)行改性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：細(xì)胞在改性后的支架上具有良好的粘附和增殖。

2014年，Mandal,A.等制備了聚乙烯醇(PVA)/納米纖維素復(fù)合纖維膜。首先將纖維素加入50℃的60％硫酸中，攪拌5h使其水解。隨后用去離子水洗滌、離心分離直至溶液pH值為7。并將懸浮液在冰水浴中超聲5min，制備獲得納米纖維素懸浮液。其次，將一定量PVA溶于去離子水，振蕩得到5％(w/v)的均一PVA溶液，并將一定量的納米纖維素懸浮液加入到PVA溶液中，機(jī)械攪拌2h后超聲2min得到PVA/納米纖維素混合溶液。最后，將混合溶液倒入培養(yǎng)皿中，室溫干燥2d，隨后在60℃的真空干燥箱中干燥，得到PVA/納米纖維素復(fù)合膜。結(jié)果表明：納米纖維素的加入有效的提高了復(fù)合纖維膜的力學(xué)性能。

2015年，Mo,Y.等通過靜電紡絲法制備了聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)/納米纖維素晶粒復(fù)合纖維支架。首先，取10g纖維素加入到95mL的65％的硫酸溶液，在55℃攪拌5h進(jìn)行水解反應(yīng)，得到懸浮液。隨后將懸浮液離心10min，并超聲15min，用去離子水清洗直至溶液pH值為7，再通過透析膜透析處理1周去除多余的硫酸。 其次，將納米纖維素晶粒分散在15％(w/v)的PLGA溶液(六氟異丙醇為溶劑)中，得到均勻的PLGA/納米纖維素晶?；旌先芤骸Ｗ詈?，在電壓為15kV，收集距離為10cm，推進(jìn)速率為1.0～2.0mL/h的條件下進(jìn)行靜電紡絲，制備得到PLGA納米纖維素晶粒復(fù)合纖維支架。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米纖維素的引入明顯的提高了復(fù)合纖維支架的力學(xué)性能和親水性能。

2010年，Jiang,J.H.等成功利用聚多巴胺對(duì)聚乙烯(PE)多孔膜進(jìn)行表面改性。首先，取一定量的多巴胺溶于Tris-HCl緩沖液(pH＝8.5)和乙醇混合溶液(9:1)中，得到濃度為2g/L多巴胺溶液。其次，將PE膜浸泡于上述溶液中，在20℃持續(xù)攪拌24h。最后，取出PE薄膜用乙醇溶液和去離子水交換清洗數(shù)次，成功制備獲得具有聚多巴胺涂層的PE多孔膜。

2012年，Rim,N.G.等利用聚多巴胺對(duì)左旋聚乳酸(PLLA)靜電紡絲纖維膜進(jìn)行表面改性。首先，取一定質(zhì)量的PLLA溶于二氯甲烷和四氟乙烯(8:2)混合溶液中，振蕩獲得3％(w/v)的PLLA均勻溶液。其次，在電壓為13-15kV，收集距離為25cm，推進(jìn)速率為2mL/h的條件下進(jìn)行靜電紡絲，得到PLLA纖維膜。最后，將8cm×8cmPLLA纖維膜浸泡在多巴胺溶液(2g/L,pH＝8.5)中，持續(xù)攪拌1h后取出并用去離子水清洗多次，得到聚多巴胺涂層的PLLA纖維膜。結(jié)果表明：聚多巴胺涂層的PLLA纖維膜具有較好的親水性和細(xì)胞相容性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和材料存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種生物支架材料。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種高模量超親水生物支架制備方法，包括以下步驟：

步驟一)納米纖維素懸浮液的制備：將氯仿和二甲基甲酰胺以3:1的質(zhì)量比混合，再加入納米纖維素，混勻后獲得納米纖維素懸浮液；

步驟二)合成高分子/納米纖維素混合紡絲液配制：將生物可降解合成高分子材料溶于納米纖維素懸浮液，常溫下震蕩溶解，獲得合成高分子/納米纖維素混合紡絲液；

步驟三)靜電紡絲制備合成高分子納米纖維素復(fù)合纖維：將合成高分子/納米纖維素混合紡絲液裝入靜電紡絲裝置，將連接注射器的針頭與高壓發(fā)生裝置相連，以接地的鋁箔紙為接收裝置，制備得到復(fù)合纖維膜，置于干燥器中儲(chǔ)存；

步驟四)預(yù)潤濕處理：將復(fù)合纖維膜裁減成固定在金屬支架上，保持平鋪狀態(tài)，然后將金屬支架放入預(yù)濕潤液中，振蕩1h；

步驟五)配置Tris-HCl緩沖液：將三羥甲基氨基甲烷溶于去離子水，再逐滴加入稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至8.5，用去離子水標(biāo)定，即得Tris-HCl緩沖液；

步驟六)聚多巴胺涂層：將多巴胺加入到Tris-HCl緩沖液中，制備濃度為2g/L的多巴胺溶液，將金屬支架浸泡在多巴胺溶液中， 磁力攪拌8h取出，用去離子水清洗，在真空干燥箱內(nèi)干燥，即得成品。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟二)中，生物可降解合成高分子為聚乳酸或聚氨酯。

進(jìn)一步的改進(jìn)，靜電紡絲的電壓為15-16kV，接收距離為15cm，空氣濕度為40％。

進(jìn)一步的改進(jìn)，針頭的內(nèi)徑0.8mm。

進(jìn)一步的改進(jìn)，預(yù)濕潤液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％的乙醇水溶液。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有：

(1)本方法制備合成高分子/納米纖維素復(fù)合纖維，綜合了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，使其具有良好力學(xué)性能的同時(shí)，具有良好的親水性能和生物相容性。

(2)納米纖維素的引入，增強(qiáng)聚多巴胺在復(fù)合纖維支架表面改性效果，獲得涂層均一的改性復(fù)合纖維。

(3)采用聚多巴胺對(duì)復(fù)合纖維涂層改性，進(jìn)一步提高生物支架的親水性能、力學(xué)性能和生物相容性，有利于細(xì)胞的粘附、增殖和分化。

附圖說明

圖1實(shí)施例1中的PLA/CNF復(fù)合纖維支架涂層前后的SEM圖；

圖2實(shí)施例2中的TPU/CNF復(fù)合纖維支架涂層前后的SEM圖。

具體實(shí)施方式：

以下通過實(shí)施例詳細(xì)說明或描述本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。

實(shí)施例1：

一種基于聚乳酸(PLA)/納米纖維素(CNF)復(fù)合纖維支架的制備方法，包括如下制備步驟：

步驟一)將氯仿和二甲基甲酰胺以3:1的質(zhì)量比混合，稱取0.066g納米纖維素(CNF)溶于20mL的氯仿-二甲基甲酰胺混合溶液，磁力攪拌3h，超聲處理30min，獲得均一的CNF懸浮液。

步驟二)稱取2.2g PLA溶于上述步驟一)制備獲得的CNF懸浮液，室溫振蕩6h，獲得PLA/CNF混合紡絲溶液，其中PLA濃度為10％(w/v)，CNF占PLA的質(zhì)量比為3％(w/w)。

步驟三)將上述步驟二)制備的PLA/CNF混合紡絲液裝入帶有紡絲針頭的5mL聚四氟乙烯注射器，將注射器安裝于SN-50微量注射泵并設(shè)置推進(jìn)速率為0.9mL/h，將連接注射器的針頭(內(nèi)徑0.8mm)與高壓發(fā)生裝置相連，并以接地的鋁箔紙為接收裝置，紡絲電壓為16kV、接收距離為15cm、紡絲溫度為室溫、濕度為40％、紡絲時(shí)間3h，制備得到PLA/CNF復(fù)合纖維膜，并在干燥器中儲(chǔ)存待用。

步驟四)將步驟三)制備得到的PLA/CNF復(fù)合纖維膜裁減成8cm×8cm，固定在金屬支架上，使其在支架上保持良好的平鋪狀態(tài)，然后將其與支架放入乙醇和水(5:5)的混合溶液中，磁力振蕩1h。

步驟五)稱取0.3028g三羥甲基氨基甲烷(Tris)溶于250mL去離子水，攪拌使其完全溶解，隨后逐滴往Tris溶液中加入1mol/L稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至8.5，最后用去離子水標(biāo)定，獲得1L的Tris-HCl緩沖液。

步驟六)首先將0.5g的多巴胺加入到250mL Tris-HCl緩沖液中，制備濃度為2g/L的多巴胺溶液。其次將步驟5中得到的預(yù)潤濕PLA/CNF復(fù)合纖維支架取出并浸泡在多巴胺溶液中，磁力攪拌8h后取出樣品，用去離子水清洗3次，在真空干燥箱內(nèi)干燥待用。

為了更好的說明本發(fā)明，結(jié)合附圖，介紹本發(fā)明實(shí)施例1所得聚多巴胺涂層的PLA/CNF復(fù)合纖維支架。

圖1為聚多巴胺涂層前后的PLA/CNF復(fù)合纖維支架的SEM圖【涂層前(a)；涂層后(b)】。從圖中可以看出，與涂層前復(fù)合纖維相比，涂層后復(fù)合纖維表面粗糙度增加，且直徑明顯增加，另外，在聚多巴胺的裂紋處(箭頭所指)可以看出，聚多巴胺完全包覆了復(fù)合纖維，從而形成了核-殼結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：PLA/CNF復(fù)合纖維表面成功涂覆了聚多巴胺。

表1給出了PLA、PLA/CNF和聚多巴胺涂層PLA/CNF纖維膜的水接觸角，從圖中可以看出，PLA纖維水接觸角為137.8°±1.5， 而PLA/CNF復(fù)合纖維膜水接觸角降低至130.6°±1.5，另外，由于聚多巴胺涂層后的復(fù)合纖維完全親水導(dǎo)致其水接觸角無法測量。結(jié)果表明：CNF的引入提高了PLA纖維親水性能，而聚多巴胺涂層改性進(jìn)一步提高了復(fù)合纖維親水性能，使其成為超親水生物支架。

表1 PLA、PLA/CNF和聚多巴胺涂層PLA/CNF纖維膜水接觸角

實(shí)施例2：

一種基于聚氨酯(TPU)/納米纖維素(CNF)復(fù)合纖維支架的制備方法，包括如下步驟：

步驟一)將氯仿和二甲基甲酰胺以3:1的質(zhì)量比混合，稱取0.008g納米纖維素(CNF)溶于20mL的氯仿二甲基甲酰胺混合溶液，磁力攪拌3h，超聲處理30min，獲得均一的CNF懸浮液。

步驟二)稱取1.6g TPU溶于上述步驟一)制備獲得的CNF懸浮液，室溫振蕩6h，獲得TPU/CNF混合紡絲溶液，其中TPU濃度為8％(w/v)，CNF占TPU的質(zhì)量比為0.5％(w/w)。

步驟三)將上述步驟二)制備的TPU/CNF混合紡絲液裝入帶有紡絲針頭的5mL聚四氟乙烯注射器，將注射器安裝于SN-50微量注射泵并設(shè)置推進(jìn)速率為0.5mL/h，將連接注射器的針頭(內(nèi)徑0.8mm)與高壓發(fā)生裝置相連，并以接地的鋁箔紙為接收裝置，紡絲電壓為15kV、接收距離為15cm、紡絲溫度為室溫、濕度為40％、紡 絲時(shí)間3h，制備得到TPU/CNF復(fù)合纖維膜，并在干燥器中儲(chǔ)存待用。

步驟四)將步驟三)制備得到的TPU/CNF復(fù)合纖維膜裁減成8cm×8cm，固定在金屬支架上，使其在支架上保持良好的平鋪狀態(tài)，然后將其與支架放入乙醇和水(5:5)的混合溶液中，磁力振蕩1h。

步驟五)稱取0.3028g三羥甲基氨基甲烷(Tris)溶于250mL去離子水，攪拌使其完全溶解，隨后逐滴往Tris溶液中加入1mol/L稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至8.5，最后用去離子水標(biāo)定，獲得1L的Tris-HCl緩沖液。

步驟六)首先將0.5g的多巴胺加入到250mL Tris-HCl緩沖液中，制備濃度為2g/L的多巴胺溶液。其次將步驟5中得到的預(yù)潤濕TPU/CNF復(fù)合纖維支架取出并浸泡在多巴胺溶液中，磁力攪拌8h后取出樣品，用去離子水清洗3次，在真空干燥箱內(nèi)干燥待用。

為了更好的說明本發(fā)明，結(jié)合附圖，介紹本發(fā)明實(shí)施例2所得聚多巴胺涂層的TPU/CNF復(fù)合纖維支架。

圖2為聚多巴胺涂層前后TPU/CNF復(fù)合纖維支架的SEM圖【涂層前(a)；涂層后(b)；涂層放大(c)；涂層拉伸(d)】。從圖2(a,b)中可以看出，與涂層前復(fù)合纖維相比，涂層后復(fù)合纖維表面粗糙度增加，且直徑明顯增加。從圖2(c,d)可以看出，特別是樣品進(jìn)行拉伸后(圖2d)，復(fù)合纖維表面出現(xiàn)了較多裂紋(箭頭所指)，這是由于在力的拉 伸作用下聚多巴胺涂層斷裂所產(chǎn)生的。因此，結(jié)果表明：聚多巴胺成功且完全的包覆了TPU/CNF復(fù)合纖維，從而形成了核-殼結(jié)構(gòu)。