本發(fā)明涉及一種應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發(fā)展起來的新興交叉學科領(lǐng)域，其中最基本的思路是在體外分離、培養(yǎng)細胞接種到具有一定空間結(jié)構(gòu)的支架上，通過細胞之間的相互黏附、生長增殖、分泌細胞外基質(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足四個條件，適合細胞黏附生長的生物相容性材料、提供細胞生長的孔隙結(jié)構(gòu)、與新生組織相適應的降解特性、滿足組織工程支架的結(jié)構(gòu)與力學性能。從支架材料在組織修復或重建的過程目前任局限在占位性替代修復或占位性重建為主，為組織生長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荷、電磁作用或生化刺激而做出相應反應，即不具備生物反應性，而生物反應對新組織的生長速度、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，開發(fā)具有仿生生理負荷響應、電磁效應的生物反應性材料成為目前人體組織修復材料的主要發(fā)展趨勢。

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，壓電效應源于組織中的膠原成分，通過完成機械能和電能的相互轉(zhuǎn)換，可維持組織的正常生理活動和新陳代謝，有利于組織的塑形、改建和功能維持，組織因壓電效應產(chǎn)生的極化電荷可促進組織生長和愈合。這種壓電效應從生物學角度來說就是生物的應激活性。由于人體組織的壓電即應激活性特性在組織重建以及修復過程中的關(guān)鍵作用，必將為組織工程支架材料的設(shè)計與構(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極化或機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。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述存在的問題，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，提供一種具有應激活性的組織工程支架材料及其制備方法。實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種應激活性組織工程支架材料，所述應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)過溶解，透析，冷凍干燥得到的絲素蛋白。

一種應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)明應激活性組織工程支架材料在植入人體后能將人體運動對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轉(zhuǎn)換為極化電荷，極化電荷將促進組織生長及與基體組織之間的愈合，實現(xiàn)利用物理刺激來促進組織的重建、加速康復過程。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)為組織細胞的黏附生長提供了良好的基質(zhì)條件。本發(fā)明應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程中需要有機溶劑來溶解，由于有機溶劑無法完全除去，殘存的有機溶劑對細胞培養(yǎng)、繁殖是有較強的毒性，造成細胞培養(yǎng)、繁殖的后期死亡嚴重。不需要有機溶劑的組織工程材料的制備進一步提高了組織工程材料的生物相容性。本發(fā)明應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胞發(fā)育的基質(zhì)條件，三種材料的復合及工藝的控制使其成為具有應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，可以方便的通過改變混合物中濃度來調(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)過順丁烯二酸酐的氣相酯化處理，使應激活性組織工程材料中的絲素蛋白或絲素蛋白粉體復合聚乙烯醇不溶入水，隨氣相酯化處理時間的延長不僅可以使絲素蛋白或絲素蛋白粉體復合聚乙烯醇不溶入水保持穩(wěn)定的孔隙結(jié)構(gòu)，可進一步調(diào)控絲素蛋白或絲素蛋白粉體復合聚乙烯醇的降解速度。本發(fā)明的應激活性組織工程支架材料制備方法簡單、操作方便、成本低廉，對制備過程具有良好的可控性，本應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。

附圖說明

圖1為組織工程支架材料表面形貌電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

見附圖。

一種應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)過溶解，透析，冷凍干燥得到的絲素蛋白。

一種應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，通過機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)特征沒有改變；絲素蛋白可以為桑蠶絲或榨蠶絲脫膠后，經(jīng)過溶解，透析，冷凍干燥得到。

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的闡述：

實施例一

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)的應激活性組織工程支架材料。

實施例二

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)的應激活性組織工程支架材料。

實施例三

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)的應激活性組織工程支架材料。

實施例四

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)的應激活性組織工程支架材料。