本發(fā)明涉及一種應(yīng)激活性組織工程支架材料及其制備方法，屬于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

組織工程是近三十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新興交叉學(xué)科領(lǐng)域，其中最基本的思路是在體外分離、培養(yǎng)細(xì)胞接種到具有一定空間結(jié)構(gòu)的支架上，通過(guò)細(xì)胞之間的相互黏附、生長(zhǎng)增殖、分泌細(xì)胞外基質(zhì)，從而形成具有一定結(jié)構(gòu)和功能的組織和器官，這一定空間結(jié)構(gòu)的支架統(tǒng)稱(chēng)為組織工程支架，如皮膚、骨、軟骨、肌腱、韌帶等。作為組織工程支架需要滿(mǎn)足四個(gè)條件，適合細(xì)胞黏附生長(zhǎng)的生物相容性材料、提供細(xì)胞生長(zhǎng)的孔隙結(jié)構(gòu)、與新生組織相適應(yīng)的降解特性、滿(mǎn)足組織工程支架的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能。從支架材料在組織修復(fù)或重建的過(guò)程目前任局限在占位性替代修復(fù)或占位性重建為主，為組織生長(zhǎng)提供了物理空間與基質(zhì)環(huán)境、不能像活體組織一樣隨生理負(fù)荷、電磁作用或生化刺激而做出相應(yīng)反應(yīng)，即不具備生物反應(yīng)性，而生物反應(yīng)對(duì)新組織的生長(zhǎng)速度、生物活性的建立及與基體組織的愈合等具有重要意義。因此，開(kāi)發(fā)具有仿生生理負(fù)荷響應(yīng)、電磁效應(yīng)的生物反應(yīng)性材料成為目前人體組織修復(fù)材料的主要發(fā)展趨勢(shì)。

人體中許多組織是天然的壓電體，如：皮膚、骨、軟骨、肌腱、韌帶等，壓電效應(yīng)源于組織中的膠原成分，通過(guò)完成機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)換，可維持組織的正常生理活動(dòng)和新陳代謝，有利于組織的塑形、改建和功能維持，組織因壓電效應(yīng)產(chǎn)生的極化電荷可促進(jìn)組織生長(zhǎng)和愈合。這種壓電效應(yīng)從生物學(xué)角度來(lái)說(shuō)就是生物的應(yīng)激活性。由于人體組織的壓電即應(yīng)激活性特性在組織重建以及修復(fù)過(guò)程中的關(guān)鍵作用，必將為組織工程支架材料的設(shè)計(jì)與構(gòu)建提供了一種新的思路。

聚偏氟乙烯是具有最好壓電特性的高分子材料之一，同時(shí)具備良好的柔韌性、可加工性以及生物相容性，將具有壓電特性的聚偏氟乙烯復(fù)合于現(xiàn)有組織工程材料中成為賦予組織工程支架材料壓電性能的有效方法。但聚偏氟乙烯依據(jù)其加工條件及處理的過(guò)程的不同可獲得α,β，γ,δ，ε五種晶相，五種晶相之間也可以在不同加工條件及處理的過(guò)程種相互轉(zhuǎn)化，不同的晶相具有不同的特性，只有β晶相具有壓電特性，而聚偏氟乙烯只有在高壓電場(chǎng)極化或機(jī)械牽伸的條件下才可以獲得。尋找一種即能獲得β晶相的聚偏氟乙烯，又能使β晶相的聚偏氟乙烯均勻分散于組織工程支架材料中獲得一種具有應(yīng)激活性組織工程支架材料及其制備方法，成為本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有組織工程支架材料存在的缺陷，提供一種具有應(yīng)激活性的組織工程支架材料及其制備方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種應(yīng)激活性組織工程支架材料，所述應(yīng)激活性組織工程支架材料是由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體，經(jīng)酯化處理得到的海綿體結(jié)構(gòu)的應(yīng)激活性組織工程支架材料，其中絲素蛋白與聚乙烯醇質(zhì)量比為1/9～1/1，聚偏氟乙烯納米纖維與聚乙烯醇的質(zhì)量比為1/99～5/95。

所述的聚偏氟乙烯納米纖維為直徑50nm-1000nm，長(zhǎng)度為5000nm-100000nm。

所述的絲素蛋白為蠶絲脫膠后粉碎得到的直徑小于500nm的粉體狀絲素蛋白，或蠶絲脫膠后，經(jīng)過(guò)溶解，透析，冷凍干燥得到的絲素蛋白。

一種應(yīng)激活性組織工程支架材料的制備方法，包括聚偏氟乙烯納米纖維膜的制備、絲素蛋白溶液或絲素蛋白粉體分散液及聚乙烯醇溶液的配制，其特征在于，所述制備方法按以下步驟進(jìn)行：

a.取直徑為50nm-1000nm的聚偏氟乙烯納米纖維膜切割、粉碎在水中超聲分散后得到的直徑50nm-1000nm，長(zhǎng)度為5000nm-100000nm的質(zhì)量濃度為5wt％～20wt％聚偏氟乙烯納米纖維分散液。

b.取配置好的聚偏氟乙烯納米纖維分散液、絲素蛋白溶液或絲素蛋白粉體分散液與聚乙烯醇溶液相混合得到均勻穩(wěn)定的混合懸浮液，其中聚偏氟乙烯與聚乙烯醇的質(zhì)量比為1/99～5/95，絲素蛋白與聚乙烯醇的質(zhì)量比為5/95～50/50，聚偏氟乙烯、絲素蛋白與聚乙烯醇的總?cè)苜|(zhì)質(zhì)量濃度為5wt％～20wt％。

c.將步驟b制備的均勻穩(wěn)定的混合懸浮液于澆鑄模具中，冷凍凝固，脫模，冷凍干燥，得到由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體。

d.聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體氣相酯化處理

將步驟c得到的由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體于80℃，飽和順丁烯二酸酐蒸汽、體積百分比1％-5％為HCl蒸汽的密封氣氛中酯化交聯(lián)2-4小時(shí)后，取出海綿體于120℃烘箱中熱處理15-30min，獲得由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體結(jié)構(gòu)的應(yīng)激活性組織工程支架材料。

由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明應(yīng)激活性組織工程支架材料在植入人體后能將人體運(yùn)動(dòng)對(duì)組織工程支架材料產(chǎn)生的壓縮、牽伸等物理刺激由壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為極化電荷，極化電荷將促進(jìn)組織生長(zhǎng)及與基體組織之間的愈合，實(shí)現(xiàn)利用物理刺激來(lái)促進(jìn)組織的重建、加速康復(fù)過(guò)程。聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇的均勻多孔海綿體具有良好的生物相容性及均勻的孔隙結(jié)構(gòu)為組織細(xì)胞的黏附生長(zhǎng)提供了良好的基質(zhì)條件。本發(fā)明應(yīng)激活性組織工程材料是以水為溶劑的聚偏氟乙烯納米纖維分散液、絲素蛋白溶液或絲素蛋白粉體分散液及聚乙烯醇溶液混合，消除現(xiàn)有部分組織工程材料制備過(guò)程中需要有機(jī)溶劑來(lái)溶解，由于有機(jī)溶劑無(wú)法完全除去，殘存的有機(jī)溶劑對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)、繁殖是有較強(qiáng)的毒性，造成細(xì)胞培養(yǎng)、繁殖的后期死亡嚴(yán)重。不需要有機(jī)溶劑的組織工程材料的制備進(jìn)一步提高了組織工程材料的生物相容性。本發(fā)明應(yīng)激活性組織工程材料以聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白及聚乙烯醇為材料，其中聚偏氟乙烯納米纖維具有良好的壓電效應(yīng)及生物相容性，聚乙烯醇是一種生物相容性好的合成材料，天然材料絲素蛋白進(jìn)一步提高、并保證了組織工程支架材料的生物相容性，特別是絲素粉體保留了天然生物材料細(xì)胞發(fā)育的基質(zhì)條件，三種材料的復(fù)合及工藝的控制使其成為具有應(yīng)激活性的組織工程支架材料。

本發(fā)明的組織工程支架的制備方法，由于是以聚偏氟乙烯納米纖維分散液、絲素蛋白溶液或絲素蛋白粉體分散液與聚乙烯醇溶液混合，經(jīng)澆鑄模具、冷凍凝固、脫模、冷凍干燥得到的均勻多孔海綿體狀材料，可以方便的通過(guò)改變混合物中濃度來(lái)調(diào)節(jié)組織工程材料中孔隙的大小。所得的多孔海綿體再經(jīng)過(guò)順丁烯二酸酐的氣相酯化處理，使應(yīng)激活性組織工程材料中的絲素蛋白或絲素蛋白粉體復(fù)合聚乙烯醇不溶入水，隨氣相酯化處理時(shí)間的延長(zhǎng)不僅可以使絲素蛋白或絲素蛋白粉體復(fù)合聚乙烯醇不溶入水保持穩(wěn)定的孔隙結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步調(diào)控絲素蛋白或絲素蛋白粉體復(fù)合聚乙烯醇的降解速度。本發(fā)明的應(yīng)激活性組織工程支架材料制備方法簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉，對(duì)制備過(guò)程具有良好的可控性，本應(yīng)激活性組織工程支架材料可以適用于加工多種組織及多種形狀的組織工程支架。

附圖說(shuō)明

圖1為組織工程支架材料表面形貌電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

見(jiàn)附圖。

一種應(yīng)激活性組織工程支架材料，所述組織工程支架材料是由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體，經(jīng)酯化處理得到的海綿體結(jié)構(gòu)的應(yīng)激活性組織工程支架材料，其中絲素蛋白與聚乙烯醇質(zhì)量比為1/9～1/1，聚偏氟乙烯納米纖維與聚乙烯醇的質(zhì)量比為1/99～5/95。

所述的聚偏氟乙烯納米纖維為直徑50nm-1000nm，長(zhǎng)度為5000nm-100000nm。

所述的絲素蛋白為蠶絲脫膠后粉碎得到的直徑小于500nm的粉體狀絲素蛋白，或蠶絲脫膠后，經(jīng)過(guò)溶解，透析，冷凍干燥得到的絲素蛋白。

一種應(yīng)激活性組織工程支架材料的制備方法，包括聚偏氟乙烯納米纖維膜的制備、絲素蛋白溶液或絲素蛋白粉體分散液及聚乙烯醇溶液的配制，其特征在于，所述制備方法按以下步驟進(jìn)行：

a.取直徑為50nm-1000nm的聚偏氟乙烯納米纖維膜切割、粉碎在水中超聲分散后得到的直徑50nm-1000nm，長(zhǎng)度為5000nm-100000nm的質(zhì)量濃度為5wt％～20wt％聚偏氟乙烯納米纖維分散液。

b.取配置好的聚偏氟乙烯納米纖維分散液、絲素蛋白溶液或絲素蛋白粉體分散液與聚乙烯醇溶液相混合得到均勻穩(wěn)定的混合懸浮液，其中聚偏氟乙烯與聚乙烯醇的質(zhì)量比為1/99～5/95，絲素蛋白與聚乙烯醇的質(zhì)量比為5/95～50/50，聚偏氟乙烯、絲素蛋白與聚乙烯醇的總?cè)苜|(zhì)質(zhì)量濃度為5wt％～20wt％。

c.將步驟b制備的均勻穩(wěn)定的混合懸浮液于澆鑄模具中，冷凍凝固，脫模，冷凍干燥，得到由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體。

d.聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體氣相酯化處理

將步驟c得到的由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體于80℃，飽和順丁烯二酸酐蒸汽、體積百分比1％-5％為HCl蒸汽的密封氣氛中酯化交聯(lián)2-4小時(shí)后，取出海綿體于120℃烘箱中熱處理15-30min，獲得由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體結(jié)構(gòu)的應(yīng)激活性組織工程支架材料。

如上所述的制備步驟b中絲素蛋白溶液或絲素蛋白粉體分散液，是蠶絲脫膠后，經(jīng)過(guò)溶解，透析，冷凍干燥得到的絲素蛋白分散入水中，磁攪拌直至完全溶解得到穩(wěn)定的絲素蛋白溶液，或蠶絲脫膠后粉碎得到的直徑小于500nm的粉體狀絲素蛋白分散于水中，超聲分散得到絲素粉體的分散液，絲素蛋白溶液的質(zhì)量濃度為5wt％～20wt％；分散液的絲素蛋白粉體的質(zhì)量濃度為5wt％～20wt％；配制聚乙烯醇(PVA)溶液時(shí)以水為溶劑，并在80℃下磁攪拌。

絲素蛋白粉體可以為桑蠶絲或榨蠶絲脫膠后，通過(guò)機(jī)械粉碎的方法制備得到，絲素蛋白粉體的微結(jié)構(gòu)與基質(zhì)特征沒(méi)有改變；絲素蛋白可以為桑蠶絲或榨蠶絲脫膠后，經(jīng)過(guò)溶解，透析，冷凍干燥得到。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述：

實(shí)施例一

a.取直徑為50nm的聚偏氟乙烯納米纖維膜切割、粉碎在水中超聲分散后得到的直徑50nm，長(zhǎng)度為5000nm-100000nm的質(zhì)量濃度為5wt％聚偏氟乙烯納米纖維分散液；

b.將質(zhì)量濃度為5wt％的聚偏氟乙烯納米纖維分散液，質(zhì)量濃度為5wt％的絲素蛋白水溶液及質(zhì)量濃度為5wt％的聚乙烯醇水溶液相混合得到均勻穩(wěn)定的混合懸浮液，其中聚偏氟乙烯與聚乙烯醇的質(zhì)量比為1/99，絲素蛋白與聚乙烯醇的質(zhì)量比為5/95，聚偏氟乙烯、絲素蛋白與聚乙烯醇的總?cè)苜|(zhì)質(zhì)量濃度為5wt％。

c.將步驟b制備的均勻穩(wěn)定的混合懸浮液于澆鑄模具中，冷凍凝固，脫模，冷凍干燥，得到由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體。

d.聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體氣相酯化處理

將步驟c得到的由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體于80℃，飽和順丁烯二酸酐蒸汽、體積百分比1％為HCl蒸汽的密封氣氛中酯化交聯(lián)2小時(shí)后，取出海綿體于120℃烘箱中熱處理15min，獲得由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體結(jié)構(gòu)的應(yīng)激活性組織工程支架材料。

實(shí)施例二

a.取直徑為500nm的聚偏氟乙烯納米纖維膜切割、粉碎在水中超聲分散后得到的直徑500nm，長(zhǎng)度為50000nm的質(zhì)量濃度為10wt％聚偏氟乙烯納米纖維分散液。

b.將質(zhì)量濃度為10wt％的聚偏氟乙烯納米纖維分散液，質(zhì)量濃度為10wt％的絲素蛋白水溶液及質(zhì)量濃度為10wt％的聚乙烯醇水溶液相混合得到均勻穩(wěn)定的混合懸浮液，其中聚偏氟乙烯與聚乙烯醇的質(zhì)量比為3/97，絲素蛋白與聚乙烯醇的質(zhì)量比為20/80，聚偏氟乙烯、絲素蛋白與聚乙烯醇的總?cè)苜|(zhì)質(zhì)量濃度為10wt％。

c.將步驟b制備的均勻穩(wěn)定的混合懸浮液于澆鑄模具中，冷凍凝固，脫模，冷凍干燥，得到由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體。

d.聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體氣相酯化處理

將步驟c得到的由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體于80℃，飽和順丁烯二酸酐蒸汽、體積百分比3％為HCl蒸汽的密封氣氛中酯化交聯(lián)3小時(shí)后，取出海綿體于120℃烘箱中熱處理20min，獲得由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體結(jié)構(gòu)的應(yīng)激活性組織工程支架材料。

實(shí)施例三

a.取直徑為1000nm的聚偏氟乙烯納米纖維膜切割、粉碎在水中超聲分散后得到的直徑1000nm，長(zhǎng)度為100000nm的質(zhì)量濃度為20wt％聚偏氟乙烯納米纖維分散液。

b.將質(zhì)量濃度為20wt％的聚偏氟乙烯納米纖維分散液，質(zhì)量濃度為15wt％的絲素蛋白粉體分散液及質(zhì)量濃度為20wt％的聚乙烯醇水溶液相混合得到均勻穩(wěn)定的混合懸浮液，其中聚偏氟乙烯與聚乙烯醇的質(zhì)量比為5/95，絲素蛋白與聚乙烯醇的質(zhì)量比為50/50，聚偏氟乙烯、絲素蛋白與聚乙烯醇的總?cè)苜|(zhì)質(zhì)量濃度為20wt％。

c.將步驟b制備的均勻穩(wěn)定的混合懸浮液于澆鑄模具中，冷凍凝固，脫模，冷凍干燥，得到由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體。

d.聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體氣相酯化處理

將步驟c得到的由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體于80℃，飽和順丁烯二酸酐蒸汽、體積百分比5％為HCl蒸汽的密封氣氛中酯化交聯(lián)4小時(shí)后，取出海綿體于120℃烘箱中熱處理30min，獲得由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體結(jié)構(gòu)的應(yīng)激活性組織工程支架材料。

實(shí)施例四

a.取直徑為800nm的聚偏氟乙烯納米纖維膜切割、粉碎在水中超聲分散后得到的直徑800nm，長(zhǎng)度為80000nm的質(zhì)量濃度為15wt％聚偏氟乙烯納米纖維分散液。

b.將質(zhì)量濃度為15wt％的聚偏氟乙烯納米纖維分散液，質(zhì)量濃度為20wt％的絲素蛋白粉體分散液及質(zhì)量濃度為5wt％的聚乙烯醇水溶液相混合得到均勻穩(wěn)定的混合懸浮液，其中聚偏氟乙烯與聚乙烯醇的質(zhì)量比為5/95，絲素蛋白與聚乙烯醇的質(zhì)量比為1/1，聚偏氟乙烯、絲素蛋白與聚乙烯醇的總?cè)苜|(zhì)質(zhì)量濃度為5wt％。

c.將步驟b制備的均勻穩(wěn)定的混合懸浮液于澆鑄模具中，冷凍凝固，脫模，冷凍干燥，得到由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體。

d.聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體氣相酯化處理

將步驟c得到的由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體于80℃，飽和順丁烯二酸酐蒸汽、體積百分比4％為HCl蒸汽的密封氣氛中酯化交聯(lián)3小時(shí)后，取出海綿體于120℃烘箱中熱處理25min，獲得由聚偏氟乙烯納米纖維、絲素蛋白與聚乙烯醇組成的海綿體結(jié)構(gòu)的應(yīng)激活性組織工程支架材料。