核-殼結構的電活性復合纖維及組織工程支架制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種以可降解聚合物為殼，導電聚合物為核的具有核-殼結構的復合纖維交織而成的電活性微/納米纖維支架的制備方法。該方法包括如下步驟：核噴射液的制備；殼紡絲液的制備；用同軸共紡裝置，將紡絲技術和噴射技術結合起來制備具有電活性的核-殼結構的導電高聚物/可降解聚合物復合纖維及其復合纖維雙重孔結構支架；經過清洗干燥即得。本發明制備的電活性微/納米纖維支架具有對細胞實施電刺激所需的穩定的電導率和良好的生物相容性，同時很好地避免了導電高聚物和細胞培養液或肌體的直接接觸，從而解決了因脫摻雜而引起的電導率不穩的問題，在神經組織工程方面具有很好實用價值。
【專利說明】核-殼結構的電活性復合纖維及組織工程支架制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物工程領域，尤其涉及一種具有電活性的以可降解聚合物為殼，導電聚合物為核的具有核-殼結構的復合纖維及由其交織而成的電活性復合微/納米纖維支架的制備方法。
【背景技術】
[0002]體、內外的試驗表明具有電活性的生物材料能夠刺激骨細胞和神經細胞的再生(Biomaterials 2001 ;22:1055)。到目前為止，聚吡咯、聚苯胺等導電高聚物是被廣泛研究的可以作為襯底的具有電活性的生物材料。尤其是聚吡咯已經顯示出在生物醫療上應用的潛能，它所特有的電活性、導電性和對哺乳動物細胞的生物相容性，使它成為用于神經修補和引導神經再生的理想的導向通道材料(J.Biomed.Mater.Res.A2000,50:574-583)。然而，由于聚吡咯的脆性、剛性和不可生物降解性，使它很難單獨作為神經導管使用。因此，必須將聚吡咯與柔性的可降解生物材料復合制備復合神經導管。如，張澤和他的合作者們用等離子激活聚合法制備了聚吡咯涂覆的聚酯纖維(J.Biomed.Mater.Res.2001 ；57:63)。張澤等用鹽滲出法制備了聚吡咯涂覆的H)LLA/CL復合纖維支架和神經導管(Artif0rgans2007 ；31:13)。王等用相分離法制備了聚乳酸/聚吡咯復合孔結構支架(Wan Y, WenDJ.2005 ；246:193)。
[0003]靜電紡絲技術已經成為制備用于軟體組織移植和硬體組織再生的支架材料的方法之一。這種方法制備的纖維構成的互相連接的多孔網絡是藥物、基因和細胞傳遞的理想通道，是使組織再生的理想生物醫療支撐物，是酶和催化劑的良好固定場所。靜電紡絲方法可以通過改變聚合物的性能和工藝參數，如:電場力、噴絲口和接收器的距離，噴絲口的形狀和紡絲液的流速等來調節支架的機械、生物和力學性能。大多數生物細胞外基質是由隨機定向的納米級膠原組成的，電紡纖維的形態結構與其很相似，具有的高孔隙率特性為細胞生長提供了良好的生長空間，有利于支架和環境之間的營養交換及新陳代謝，成為理想的組織工程支架材料。但由于聚苯胺由于分子量和可溶性方面的限制，靜電紡絲法用于聚苯胺的紡絲，還是一個很大的挑戰(Synth.Met.2000 ；114:109)。目前常用的方法是先用靜電紡絲技術制備可降解高分子材料纖維支架，再在該支架上通過原位聚合法涂上導電高聚物。如，李和他的合作者用靜電紡絲技術和原位聚合法制備了用于神經組織工程的聚吡咯涂覆的電紡聚乳酸共聚乙醇酸納米纖維(Biomaterials 2009 ；30:4325)。但這種方法制備的導電高聚物與可降解的聚合物材料，在保證較高電導率的情況下，導電組分和高分子材料間很容易出現嚴重的相分離現象。同時還存在支架在體外培養和植入體內修復受損神經的過程中，因脫摻雜引起支架電阻增加而使通過細胞培養支架中的電流強度下降，并且在起始階段下降得尤為嚴重，給穩定電流帶來很大困難。因此，很有必要發明一種方法，制備以導電高聚物為核，可降解高分子材料為殼的具有核-殼結構的復合纖維支架材料。目前尚未見到用同軸共紡裝置把靜電紡絲技術和靜電噴射技術結合起來制備以導電高聚物為核，可降解高分子材料為殼的具有核-殼結構的復合纖維支架材料的相關報道。
【發明內容】

[0004]本發明提供一種以可降解聚合物為殼，導電聚合物為核的具有核-殼結構的電活性復合纖維及其組織工程支架的制備方法。
[0005]一種以可降解聚合物為殼，導電聚合物為核的具有核-殼結構的電活性復合纖維及其組織工程支架的制備方法，包括如下步驟:
[0006](I)核噴射液的配制
[0007]把導電聚合物溶解到第一溶劑中配成核噴射液，濃度為10wt%。
[0008]所述的導電高聚物為聚吡咯、聚苯胺等，第一溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、甲酸等有機溶劑或濃硫酸、水等無機溶劑。
[0009](2)殼紡絲液的配制
[0010]把可降解聚合物溶解到第二溶劑中配成殼紡絲液，濃度為12wt%。
[0011]所述的可降解聚合物為聚乳酸、蜘蛛絲蛋白、脫絲膠的蠶絲蛋白等，第二溶劑為六氟異丙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、甲酸等有機溶劑或濃硫酸、水等無機溶劑。
[0012](3)以可降解聚合物紡絲液為殼，導電聚合物噴射液為核，用同軸共紡裝置把靜電紡絲技術和靜電噴射技術結合起來制備具有核-殼結構的電活性導電高聚物/可降解聚合物復合纖維及其復合纖維支架。
[0013]把核噴射液和殼紡絲液分別裝入各自的注射器中，連接同軸共紡裝置進行靜電紡絲和靜電噴射。注射器針尖下方放置一片鋁泊或凝固浴用來接收紡出的復合纖維和由其形成的支架。然后把支架從鋁箔中剝離下來或從凝固浴中撈出來，用去離子沖洗至少3遍后，置于真空干燥箱干燥。
[0014]所述的凝固浴為不同濃度的稀硫酸、稀鹽酸、甲醇、乙醇和丙酮等。同軸共紡中的核的紡絲過程既包括紡的形式，也包括噴射的形式。靜電紡絲所加的電壓為12-15kV，核噴射液的流速為0.2-0.7mL/h，殼紡絲液的流速0.5-1.2mL/h，環境溫度為5_20°C，相對濕度為20-80%，纖維接收距離為10-25cm。接收到的復合纖維和由其形成的支架在鋁箔中的停留時間至少為24h，在凝固浴中的浸泡時間至少為30min。真空干燥箱的溫度為50°C，干燥的時間至少為24h。復合纖維和由其形成的支架用去離子水清洗后，必須再將其浸沒于去離子水中24h后，繼續用去離子水沖洗至洗液清潔透明為止。
[0015]所述的導電高聚物/可降解聚合物復合纖維支架，既包括具有由微/納米纖維上的孔和由纖維交織而成的空隙組成的雙重孔結構支架，也包括僅由纖維交織而成的空隙的支架，其中的復合纖維還具有核-殼結構。
[0016]由具有核-殼結構的復合纖維交織而成的導電高聚物/可降解聚合物復合纖維支架的性能測試。
[0017]用四探針電導率測試儀測量導電高聚物/可降解聚合物復合纖維支架的電阻率，并由此計算其電導率。
[0018]將PC-12細胞種植到導電高聚物/可降解聚合物復合纖維支架上，進行細胞培養，檢測復合纖維支架的生物相容性。
[0019]所述的復合纖維支架電導率的測試方法是先由四探針電導率測試儀測出電阻率，再由此計算其電導率。復合纖維支架生物相容性的測試，既包括對細胞毒性的評價和促進細胞軸突伸展情況的評價。
[0020]本發明采用同軸共紡裝置，將靜電噴射技術和靜電紡絲技術結合起來，以易紡的殼材料-可降解高分子材料，帶動難紡的核材料-導電高聚物進行紡絲，得到以導電高聚物為核，可降解高分子材料為殼的具有核-殼結構的電活性的復合纖維和由其形成的支架。
[0021]本發明方法可廣泛應用于由不同導電高聚物和可降解聚合物纖維支架的制備。其步驟簡單、產品質量穩定，所制備的復合支架既具有對細胞實施電刺激所需的電導率，又具有良好的生物相容性，更可貴的是它避免了導電高聚物和細胞培養液或肌體的直接接觸，從而解決了因脫摻雜而引起的電導率不穩的問題，在組織工程方面具有很好的實用價值。其制備方法簡單可行，將靜電紡絲技術和靜電噴射技術結合起來，通過合理選擇工藝參數，解決了純導電高聚物(特別是聚吡咯)的紡絲難題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發明制得的聚吡咯/蜘蛛絲蛋白復合纖維支架掃描電鏡圖；
[0023]圖2是本發明制得的聚吡咯/蜘蛛絲蛋白復合纖維支架透射電鏡圖；圖中“ I”指向復合纖維中的“核”，圖中“2”指向復合纖維中“殼”。
[0024]圖3是本發明制得的生長在聚吡咯/蜘蛛絲蛋白復合纖維支架上的PC-12細胞及其軸突；圖中“I”指向“細胞核”，圖中“2”指向“軸突”。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述。
[0026]以蜘蛛絲蛋白為殼，聚吡咯為核的具有核-殼結構的電活性復合微/納米纖維及其支架制備方法，包括如下步驟:
[0027](I)核噴射液的配制
[0028]把十二烷基苯磺酸摻雜聚吡咯溶解到二氯甲烷中配成濃度為10wt%的核噴射液。
[0029](2)殼紡絲液的配制
[0030]把天然蜘蛛絲(室外采集得到)溶解到六氟異丙醇中配成濃度為12wt%的殼紡絲液。
[0031](3)以蜘蛛絲蛋白紡絲液為殼，聚吡咯紡絲液為核，用同軸共紡裝置(NEU-C0AXIAL,日本加多公司)把靜電紡絲技術和靜電噴射技術結合起來制備具有電活性的核-殼結構的導電高聚物/可降解聚合物復合纖維及其復合纖維雙重孔結構支架。
[0032]把核-殼紡絲液分別裝入各自的注射器中，連接同軸共紡裝置進行靜電紡絲。注射器針尖下方放置一片鋁泊來接收紡出的復合纖維。讓復合纖維支架在鋁箔中停留一周后，把聚吡咯/蜘蛛絲蛋白復合纖維支架從鋁箔中剝離下來，用去離子水沖洗至少3遍后，置于真空干燥箱干燥。
[0033]靜電紡絲所加的電壓為12_15kV，核噴射液的流速為0.2-0.7mL/h,殼紡絲液的流速0.5-1.2mL/h，環境溫度為5-20°C，相對濕度為20-80%，纖維接收距離為10_25cm。接收到的復合纖維支架在鋁箔中的停留時間至少為24h，在凝固浴中的浸泡時間至少為30min。真空干燥的溫度為50°C，干燥的時間至少為24h。復合纖維支架用去離子水清洗后，必須再將其浸沒于去離子水中24h后，繼續用去離子水沖洗至洗液清潔透明為止。[0034]將所得的聚吡咯/蜘蛛絲蛋白復合纖維支架分別進行掃描電鏡、透射電鏡的觀察，電導率和生物相容性的測試。聚吡咯/蜘蛛絲蛋白復合纖維支架的電導率為
9.21 X IO-2S cnT1，掃描電鏡、透射電鏡和共聚焦顯微鏡測試結果分別見圖1、圖2和圖3所示。從圖1可以看出，復合纖維支架由較有序排列的微米級和納米級的纖維交織而成，具有多孔結構。從圖2可以明顯地看出，復合纖維具有核-殼結構。從圖3可以發現，細胞在支架上充分鋪展，生長良好，有明顯的軸突，具有良好的生物相容性。
【權利要求】
1.一種具有核-殼結構的電活性復合纖維及其組織工程支架的制備方法，其步驟如下: 步驟一，核噴射液的配制: 把導電聚合物溶解到第一溶劑中配成核噴射液，濃度為IOwt % ;所述的導電高聚物為聚吡咯或聚苯胺； 步驟二，殼紡絲液的配制: 把可降解聚合物溶解到第二溶劑中配成殼紡絲液，濃度為12wt% ;所述的可降解聚合物為聚乳酸、蜘蛛絲或脫絲膠的蠶絲； 步驟三，支架的制備: 把所述的核噴射液和所述的殼紡絲液分別裝入各自的注射器中，連接同軸共紡裝置進行靜電紡絲和靜電噴射；所述的注射器針尖下方放置一片鋁泊或凝固浴用來接收紡出的復合纖維和由其形成的支架，然后把所述的支架從所述的鋁箔中剝離下來或從所述的凝固浴中撈出來，用去離子水沖洗至少3遍后，置于真空干燥箱干燥； 所述的靜電紡絲所加的電壓為12_15kV，所述的核噴射液的流速為0.2-0.7mL/h，所述的殼紡絲液的流速0.5-1.2mL/h,環境溫度5-20°C，相對濕度20-80 %，纖維接收距離10_25cmo
2.根據權利要求1所述的具有核-殼結構的電活性復合纖維及其組織工程支架的制備方法，其特征在于所述的第一溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、甲酸、濃硫酸或水。
3.根據權利要求1所述的具有核-殼結構的電活性復合纖維及其組織工程支架的制備方法，其特征在于所述的第二溶劑為六氟異丙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、甲酸、濃硫酸或水。
4.根據權利要求1所述的具有核-殼結構的電活性復合纖維及其組織工程支架的制備方法，其特征在于接收到的所述的復合纖維和由其形成的支架在鋁箔中的停留時間至少為24h。
5.根據權利要求1所述的具有核-殼結構的電活性復合纖維及其組織工程支架的制備方法，其特征在于接收到的所述的復合纖維和由其形成的支架在凝固浴中的浸泡時間至少為 30min。
6.根據權利要求1所述的具有核-殼結構的電活性復合纖維及其組織工程支架的制備方法，其特征在于所述的真空干燥箱的溫度為50°C。
7.根據權利要求1所述的具有核-殼結構的電活性復合纖維及其組織工程支架的制備方法，其特征在于所述的干燥時間至少為24h。
8.根據權利要求1所述的具有核-殼結構的電活性復合纖維及其組織工程支架的制備方法，其特征在于所述的復合纖維和由其形成的支架用去離子水清洗后，必須再將其浸沒于去離子水中24h后，繼續用去離子水沖洗至洗液清潔透明為止。
【文檔編號】D01F8/14GK103572408SQ201210280734
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月7日 優先權日:2012年8月7日
【發明者】俞巧珍 申請人:嘉興學院