專利名稱：具表面圖樣的納米纖維基材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種由納米纖維形成的表面具圖樣的基材，更進(jìn)一步地，前述納米纖維是為生物性可分解或生物性兼容的材料形成。
背景技術(shù)：
一般而言，納米纖維的直徑約為傳統(tǒng)纖維的0.01倍，在一公克直徑為50納米的纖維中，其總表面積約為1,000米平方，由于具有納米纖維獨(dú)特大表面積與高孔隙性，使得納米纖維有許多特殊的用途。以往納米纖維的材質(zhì)是指碳纖絲(carbonfibrils)、人造高分子纖維、及氧化鋁纖維等。已知HyperionCatalysis International正開發(fā)利用納米碳纖絲，制造導(dǎo)電塑料及薄膜，可應(yīng)用在汽車的靜電涂料或電器設(shè)備的靜電消除；與傳統(tǒng)導(dǎo)電塑料材料比較，達(dá)同樣導(dǎo)電效果所須添加的碳纖絲量較低，且材料表面亦較平滑。
電紡(electrospinning)是制造人造高分子納米纖維常見的方法，電紡納米纖維具強(qiáng)度提升與高表面積等特性，可制成抗化學(xué)品、防水透氣、防污等特殊性能布料，在紡織服裝業(yè)上有廣大的市場；目前Nano-Tex公司已有開發(fā)的商業(yè)化產(chǎn)品問世。納米纖維亦被認(rèn)為作為過濾材料及醫(yī)學(xué)組織工程的支架材料；在藥物輸送的媒介、傳感器、納米電機(jī)等領(lǐng)域具應(yīng)用潛力；此外，利用其高表面積，可用以開發(fā)可撓式光伏特膜片，并進(jìn)一步制成可穿戴的太陽能電池。
也由于細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)與組成屬于納米尺度范圍，因此近幾年逐漸有文獻(xiàn)探討納米纖維與細(xì)胞間的交互作用。Elias等人將人類的硬骨細(xì)胞(Human osteoblast)植入不同尺寸碳納米纖維組成的支架中進(jìn)行體外培養(yǎng)，培養(yǎng)3周后，發(fā)現(xiàn)納米尺寸愈低者(60nm)，細(xì)胞生長數(shù)目較多，細(xì)胞激素(Alkaline PhosphataseActivity)及骨細(xì)胞分泌的鈣離子濃度(calcium concentration)較大。而Yoshimoto等人將老鼠的間葉干細(xì)胞(Mesenchymal stemcells)植入PCL(poly caprolactone)納米纖維組成的支架中，以動(dòng)態(tài)生物反應(yīng)器進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)4周后，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞支架(cell-polymer constructs)不但能夠維持住原來支架的尺寸及形狀，且經(jīng)由SEM觀察到支架內(nèi)的細(xì)胞具有疊層增生與細(xì)胞基質(zhì)的生成，而在組織切片免疫染色中亦發(fā)現(xiàn)已有新生的組織(type Icollagen)形成。因此，由以上結(jié)果顯示納米纖維對于細(xì)胞生長有助益。
在不同幾何圖形的生物性基質(zhì)對細(xì)胞生長及分化的影響部分，Christopher等人發(fā)現(xiàn)牛的內(nèi)皮細(xì)胞在小面積幾何圖形(＜100μm2)的生物性基質(zhì)上生長，其細(xì)胞凋亡的機(jī)率會(huì)增加，而且在相近面積下，不同幾何圖形的細(xì)胞凋亡的機(jī)率也不同。Haihong等人則以平面和角錐型態(tài)基質(zhì)使骨母細(xì)胞(osteoblast)具有不同堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase)活性(ALPactivity)，其中堿性磷酸酶活性是骨母細(xì)胞在分化時(shí)的指針性酵素。
綜合以上結(jié)果，納米纖維及幾何圖形等因素應(yīng)可用以調(diào)控其對細(xì)胞生長及分化的影響，本發(fā)明即以此為基礎(chǔ)，制作含納米纖維及特定幾何形狀的生物性基材。

發(fā)明內(nèi)容
為制作納米纖維構(gòu)成的微小結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的方法是以電紡技術(shù)制作表面具圖案的納米纖維基材，可應(yīng)用于例如光電領(lǐng)域。更進(jìn)一步地，為提供細(xì)胞一個(gè)穩(wěn)定的生長環(huán)境，本發(fā)明利用天然的材料發(fā)展一個(gè)納米纖維的組織工程支架及其制作方法，以仿真細(xì)胞生長的環(huán)境，以供細(xì)胞貼附生長。
本發(fā)明的目的是提供一種用于形成具表面圖樣的納米纖維基材的組合物，其是包含一欲形成納米纖維的材料；及一交聯(lián)物質(zhì)，其是可進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)固定前述納米纖維。
本發(fā)明的另一目的是提供一種形成具表面圖樣的納米纖維基材的方法，其步驟包含(a)提供一溶液，該溶液具有一欲形成納米纖維的材料及一交聯(lián)物質(zhì)；(b)將前述溶液利用放電紡絲法形成摻有前述交聯(lián)物質(zhì)的前述納米纖維；(c)將前述納米纖維間特定位置的交聯(lián)物質(zhì)產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)；及(d)移除前述納米纖維中未經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)固定的納米纖維，以獲得具表面圖樣的納米纖維基材。
本發(fā)明的又一目的是提供一種基材，是由一納米纖維所構(gòu)成，前述基材表面具有一圖樣，構(gòu)成前述基材的納米纖維間具有一交聯(lián)物質(zhì)用以固定該納米纖維。
本發(fā)明的納米纖維基材，是利用放電紡絲法制成，特別是構(gòu)成納米纖維基材的材料是可為生物可分解或生物可兼容性的材料。
本發(fā)明的再一目的是提供一種納米纖維基材，是包含一納米纖維；及一交聯(lián)物質(zhì)，其是可進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)固定前述納米纖維；其中前述納米纖維基材是利用放電紡絲法制成。
本發(fā)明的生物性基質(zhì)，是由前述納米纖維基材所構(gòu)成，更進(jìn)一步地，前述生物性基質(zhì)是由具表面圖樣的納米纖維基材所構(gòu)成，該基材的納米纖維間具有交聯(lián)物質(zhì)，較佳是具有感光型交聯(lián)物質(zhì)。


以下實(shí)施例及附圖是用于進(jìn)一步了解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，并非用于限制本發(fā)明的申請專利范圍，其中圖1是為本發(fā)明的形成表面具納米纖維圖樣的基材的方法流程圖。
圖2A是為利用本發(fā)明的納米纖維制作方法制得的膠原蛋白纖維的表面電子顯微鏡影像圖(纖維直徑100nm)。
圖2B是為利用本發(fā)明的納米纖維制作方法制得的膠原蛋白纖維的表面電子顯微鏡影像圖(纖維直徑300nm)。
圖2C是為利用本發(fā)明的納米纖維制作方法制得的膠原蛋白纖維的表面電子顯微鏡影像圖(纖維直徑500nm)。
圖3A是為利用本發(fā)明的納米纖維制作方法制得的明膠纖維的表面電子顯微鏡影像圖(纖維直徑100nm)。
圖3B是為利用本發(fā)明的納米纖維制作方法制得的明膠纖維的表面電子顯微鏡影像圖(纖維直徑300nm)。
圖3C是為利用本發(fā)明的納米纖維制作方法制得的明膠纖維的表面電子顯微鏡影像圖(纖維直徑500nm)。
圖4A是為具正方形納米纖維圖樣的基材表面電子顯微鏡影像圖。
圖4B是為利用正方形納米纖維圖樣的基材導(dǎo)引細(xì)胞生長的觀測影像圖。
圖5是為測試市售商品、明膠薄膜、明膠納米纖維對細(xì)胞活性的影響長條分析圖。
圖6是為測試具有圖案及未具有圖案的膠原蛋白納米纖維對細(xì)胞活性的影響長條分析圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是包含一種用于形成具表面圖樣的納米纖維基材的組合物，該組合物其是包含一欲形成納米纖維的材料；及一交聯(lián)物質(zhì)，其是可進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)固定前述納米纖維，其中前述納米纖維的材料是具有生物兼容性或生物可分解性包含，但不限于明膠、膠原蛋白、透明質(zhì)酸、葡萄胺聚醣、生物兼容性復(fù)合材料或其混合物。
交聯(lián)物質(zhì)是可為感熱型交聯(lián)配方或感光型交聯(lián)配方，交聯(lián)配方的主要組成包含寡聚合物、起始劑、可溶性樹脂，以及其它添加劑與溶劑。在較佳的實(shí)施態(tài)樣中，感光型交聯(lián)配方是為較佳的選擇，因?yàn)槠淇衫梦⒂凹夹g(shù)達(dá)到較精細(xì)的反應(yīng)控制。感光型交聯(lián)配方的組成包含可溶性樹脂(例如酸可溶性樹脂、堿可溶性樹脂、酸可溶性可光硬化樹酯或堿可溶性可光硬化樹脂)、多感光基的寡聚合物(例如聚酯、聚醚、聚胺酯、聚壓克力或環(huán)氧樹脂)、可經(jīng)由UV光引發(fā)自由基后產(chǎn)生感光基聚合反應(yīng)的光起始劑，以及一些視用途不同而有差異的添加劑及溶劑。
以下是為一些利用UV產(chǎn)生自由基的反應(yīng)實(shí)施態(tài)樣。
權(quán)利要求
1.一種用于形成具表面圖樣的納米纖維基材的組合物，其特征在于，其是包含一欲形成納米纖維的材料；及一交聯(lián)物質(zhì)，其是可進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)固定前述納米纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的用于形成具表面圖樣的納米纖維基材的組合物，其特征在于，其中前述納米纖維的材料是具有生物兼容性或生物可分解性。
3.如權(quán)利要求2所述的用于形成具表面圖樣的納米纖維基材的組合物，其特征在于，其中前述納米纖維的材料是包含明膠、膠原蛋白、透明質(zhì)酸、葡萄胺聚醣、生物兼容性復(fù)合材料或其混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的用于形成具表面圖樣的納米纖維基材的組合物，其特征在于，其中前述交聯(lián)物質(zhì)是為感光型交聯(lián)配方。
5.一種形成具表面圖樣的納米纖維基材的方法，其特征在于，其步驟包含(a)提供一溶液，該溶液具有一欲形成納米纖維的材料及一交聯(lián)物質(zhì)；(b)將前述溶液利用放電紡絲法形成摻有前述交聯(lián)物質(zhì)的前述納米纖維；(c)將前述納米纖維間特定位置的交聯(lián)物質(zhì)產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)；及(d)移除前述納米纖維中未經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)固定的納米纖維，以獲得具表面圖樣的納米纖維基材。
6.如權(quán)利要求5所述的形成具表面圖樣的納米纖維基材的方法，其特征在于，其中前述步驟(b)形成的納米纖維的排列是可進(jìn)一步具有方向性。
7.如權(quán)利要求5所述的形成具表面圖樣的納米纖維基材的方法，其特征在于，其中前述納米纖維的材料是具有生物兼容性或生物可分解性。
8.如權(quán)利要求7所述的形成具表面圖樣的納米纖維基材的方法，其特征在于，其中前述納米纖維的材料包含明膠、膠原蛋白、透明質(zhì)酸、葡萄胺聚醣、生物兼容性復(fù)合材料或其混合物。
9.如權(quán)利要求5所述的形成具表面圖樣的納米纖維基材的方法，其特征在于，其中前述交聯(lián)物質(zhì)是為感光型交聯(lián)配方。
10.如權(quán)利要求5所述的形成具表面圖樣的納米纖維基材的方法，其特征在于，其中前述步驟(c)的交聯(lián)反應(yīng)是利用照射UV光達(dá)成。
11.如權(quán)利要求5所述的形成具表面圖樣的納米纖維基材的方法，其特征在于，是可于前述步驟(c)前進(jìn)一步提供一具有圖樣的光罩置于納米纖維基材上方，以進(jìn)行光微影技術(shù)。
12.一種基材，其特征在于，是由一納米纖維所構(gòu)成，該基材表面具有一圖樣，構(gòu)成前述基材的納米纖維間具有一交聯(lián)物質(zhì)用以固定該納米纖維。
13.如權(quán)利要求12所述的基材，其特征在于，其中前述納米纖維的排列是可進(jìn)一步具有方向性。
14.如權(quán)利要求12所述的基材，其特征在于，其中前述納米纖維是具有生物兼容性或生物可分解性。
15.如權(quán)利要求14所述的基材，其特征在于，其中前述納米纖維的材料是包含明膠、膠原蛋白、透明質(zhì)酸、葡萄胺聚醣、生物兼容性復(fù)合材料或其混合物。
16.如權(quán)利要求12所述基材，其特征在于，其中前述交聯(lián)物質(zhì)是為感光型交聯(lián)配方。
17.一種納米纖維基材，其特征在于，是將生物可分解或生物可兼容性的材料利用放電紡絲法制成。
18.如權(quán)利要求17所述的納米纖維基材，其特征在于，其中前述材料是包含明膠、膠原蛋白、透明質(zhì)酸、葡萄胺聚醣、生物兼容性復(fù)合材料或其混合物。
19.如權(quán)利要求17所述的納米纖維基材，其特征在于，其是可進(jìn)一步包含一交聯(lián)物質(zhì)用以交聯(lián)固定全部或局部前述納米纖維。
20.如權(quán)利要求19所述的納米纖維基材，其特征在于，其中前述交聯(lián)物質(zhì)是為感光型交聯(lián)配方。
21.如權(quán)利要求17所述的納米纖維基材，其特征在于，其中前述納米纖維基材中納米纖維的排列是可進(jìn)一步具有方向性。
22.一種納米纖維基材，其特征在于，是包含一納米纖維；及一交聯(lián)物質(zhì)，其是可進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)固定前述納米纖維；其中前述納米纖維基材是利用放電紡絲法制成。
23.如權(quán)利要求22所述的納米纖維基材，其特征在于，其中前述納米纖維材料是為生物兼容性或生物可分解性材料。
24.如權(quán)利要求22所述的納米纖維基材，其特征在于，其中前述交聯(lián)物質(zhì)是為感光型交聯(lián)配方。
25.如權(quán)利要求22所述的納米纖維基材，其特征在于，其中前述納米纖維的排列是可進(jìn)一步具有方向性。
26.一種生物性基質(zhì)，其特征在于，是由權(quán)利要求12所述的具表面圖樣的納米纖維基材所構(gòu)成。
27.一種生物性基質(zhì)，其特征在于，是由權(quán)利要求17所述的納米纖維基材所構(gòu)成。
28.一種生物性基質(zhì)，其特征在于，是由權(quán)利要求22所述的納米纖維基材所構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種具表面圖樣的納米纖維基材及其制造方法，其是利用放電紡絲技術(shù)制備成直徑約為100nm至800nm的納米纖維。前述納米纖維是可由明膠(gelatin)、膠原蛋白(collagen)、透明質(zhì)酸(hyaluronic acid)或葡萄胺聚醣(glycosaminoglycans)等生物性材料形成，本發(fā)明的納米纖維是可利用交聯(lián)物質(zhì)將納米纖維進(jìn)行交聯(lián)固定后移除未交聯(lián)部分，進(jìn)一步形成具備不同表面幾何圖形的納米纖維基材。
文檔編號D01F8/00GK1958892SQ200510115468
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者陳俊男, 郭霽慶, 高志達(dá), 陳聯(lián)泰, 沈欣欣 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院