[發明專利]一種多層納米纖維織物骨組織工程支架材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201510546475.5
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105169489A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 何建新;韓啟明;譚衛琳;邵偉力;連艷平;王利丹;崔世忠;丁彬
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: A61L27/44
• 分類號: A61L27/44;A61L27/50;A61L27/56
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;張真真

技術領域

本發明屬于生物醫用材料技術領域，涉及一種多層納米纖維織物骨組織工程支架材料及其制備方法，應用于骨修復或骨替代材料。

背景技術

由于創傷、腫瘤或先天發育不足等導致人體骨組織缺損的現象非常普遍，特別是隨著我國步入老年人社會，年老易引起硬組織病變如骨質疏松。因而，臨床治療對于骨組織工程替代材料有著巨大的需求。人體骨具有分級結構，基本結構是高度礦化的膠原纖維，進一步平行排列成礦化的膠原纖維束（或稱為陣列），這些礦化的膠原纖維束在空間形成不同的排列模式，并進一步組成更高層次的結構。例如，板層骨的特征是納米膠原纖維束平行排列成板層，再垂直交替形成板層狀的結構。能否獲得一種理想的仿生天然細胞外基質結構的支架材料，是骨組織工程進行的主要挑戰之一。目前的骨組織工程替代材料的制備常用的方法是：生物礦化、復合材料仿生混合、天然海綿組織等，然而，利用這些方法制備的支架材料存在力學性能差、孔隙率高、結構仿生差的問題。

靜電紡是一種最具有吸引力的納米技術，適合制備許多生物醫用方面的納米纖維材料。利用靜電紡技術制備的取向或無規納米纖維氈構建仿生支架在多種組織工程中的應用已經被很好的證明，因為它們能夠仿生細胞外基質的膠原微纖成分，這種膠原微纖存在于各種生物組織細胞中。但是無論是取向還是無規取向的納米纖維氈均存在力學性能差和二次加工困難的問題，很難形成結構性的支架材料。如果將納米纖維紡成紗線并編織成織物，可以解決無紡納米纖維支架材料力學性能差和二次加工困難的問題，同時可以仿生天然板層骨中分級取向的膠原纖維基質結構。

發明內容

本發明的目的是提供一種多層納米纖維織物骨組織工程支架材料的制備方法。通過靜電紡絲的方法制備連續的由絲素和聚合物組成的納米纖維紗線，利用機織的方法將紗線編織成多層的織物，得到可應用于骨組織工程的支架。這種骨組織工程支架不僅在成分上模擬了天然骨，而且在結構上達到了天然骨中的納米尺度和多孔結構有利于細胞的粘附和生長，具有優異的力學性能，良好的生物相容性和生物降解性。

實現本發明目的的技術方案是，一種多層納米纖維織物骨組織工程支架材料，它是由靜電紡納米纖維加捻形成納米纖維紗線，通過機織的方法將紗線交織形成多層納米纖維織物。

所述的納米纖維由絲素蛋白和聚合物構成，絲素蛋白和聚合物的質量比為1：1-19，納米纖維的直徑200-900nm。所述的絲素蛋白來源于桑蠶蠶絲和柞蠶蠶絲，絲素蛋白分子的特性粘度[η]大于或等于0.50。所述的聚合物為聚乙烯（PE）、聚乙交酯（PGA）、聚乳酸（PLA）、左旋聚乳酸（PLLA）和聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）的一種或幾種，聚合物的分子量大于等于100000。所述的納米纖維紗線的直徑為60-500μm。所述的納米纖維織物的層數大于等于2，納米纖維織物的經密100-500根/5cm，納米纖維織物的100-500根/5cm，納米纖維織物的孔隙率30-90%。

多層納米纖維織物骨組織工程支架材料的制備方法，采用如下步驟：

（1）將絲素蛋白和聚合物按質量比為1：1-19溶解于六氟異丙醇中，常溫下磁力攪拌1-5天得到質量分數為6-8%的紡絲溶液；

（2）按照圖示1搭建靜電紡絲裝置，將步驟（1）中的紡絲溶液加入到注射泵中制備連續的納米纖維紗線，靜電紡絲電壓為14-22kV，紡絲溶液總流量為0.5-0.9mL/h，金屬喇叭的直徑為10-20cm，金屬喇叭與卷繞裝置的垂直距離為40-60cm，噴頭與金屬喇叭的垂直距離為4-8cm，噴頭與金屬喇叭的水平距離為3-5cm，噴頭的數目為2-16個，噴頭內徑0.26-0.86mm，正負噴頭溶液流量比1:0.5-1，正負噴頭間的距離13-17.5cm，卷繞速度40-53mm/min；

（3）將步驟（2）中制備的納米纖維紗線利用機織的方法編織成多層的納米纖維織物，多層納米纖維織物的層數為大于等于2，經密50-150根/5cm，緯密20-300根/5cm，孔隙率30-70%；

（4）將步驟（3）中制備的多層納米纖維織物浸泡在質量分數為80-90%的乙醇水溶液中20-40min，然后將織物在去離子水中清洗2-3次后在真空干燥烘箱中50-60℃下干燥，得到多層納米纖維織物骨組織工程支架材料。

與現有的骨組織工程支架材料及其制備方法相比，本發明具有以下優點：