[發明專利]方向性生物微納米纖維支架快速制備裝置及微納米纖維支架的制備方法

在審

• 申請號: 201710579175.6
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107456609A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 張明暐;王力;李勁松
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61L27/54
• 分類號: A61L27/54;A61L27/38;A61L15/40;A61L15/44;D01D5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明屬于微/納米材料的制備領域，特別涉及到一種方向性生物微納米纖維支架快速制備裝置及微納米纖維支架的制備方法。

背景技術

微納米纖維根據其不同的外形與功能，可以被構建成不同的支架結構，并被廣泛地應用于藥物載體、生物支架、組織工程以及化學工程。而通過對纖維支架、生長因子及活性細胞的可控構建制得的具有生物特性的微納米纖維支架，在諸如人工骨、軟骨、神經、血管、皮膚、肝、脾、腎、膀胱等方面都具有了初步的應用。

靜電紡絲技術作為現有的能夠較為高效生產微納米纖維的技術之一，被廣泛應用于纖維支架的制作。其作用機制主要是通過對生物材料施加一個高電壓，使材料在針管尖端形成一個錐，當施加的電場力足以克服溶液的表面張力時，會在錐上形成噴射狀的微納米纖維，這些纖維在電場力的牽引過程中由于高揮發性的溶劑揮發逐漸凝固，并最終掉落到收集裝置上。靜電紡絲技術得益于其操作簡單以及多功能性，常常被用于制作微納米纖維支架，并通過對支架后續的細胞種植與培養，得到最終可使用的生物支架。但受限于靜電紡絲的天然屬性，收集得到的微納米纖維方向性較差且產量較低，并且需要通過多步步驟來制得最終的生物支架。

鑒于原有技術的一些局限性，近些年來，“細胞打印”技術也得到了許多關注。這項技術主要包括噴墨細胞打印、噴射細胞打印、激光打印以及聲控細胞打印。其主要作用機理均通過將細胞(或細胞聚集體)、溶膠(水凝膠的前驅體)和生長因子的混合液同時置于打印機的噴頭中，由計算機控制含細胞液滴的沉積位置，通過由點到線，由線到面，由面成體的方式逐漸完成三維多細胞水凝膠類器官結構體的構建。這項技術實現了單一步驟對生物支架的微觀有序構建，精確實現不同細胞在三維復雜結構體內的按需、可控、均勻種植。但其主要挑戰在于其構建生物支架的成本高且產量低，難以滿足日益增加生物支架產量的需求。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了方向性生物微納米纖維支架快速制備裝置及微納米纖維支架的制備方法。通過對噴絲裝置的重新設計，實現了生物材料與細胞/生長因子在裝置上同時進行離心電紡，以單一步驟制得了具有生物特性的微納米纖維支架。同時，通過對噴口孔徑、溶液濃度、靜電紡絲電壓以及回轉轉速的調控，可以對電紡纖維直徑、方向性、表面特征與形態的進行調控已達到對生物支架的調控。本發明在保證制得的微納米纖維支架的方向性的同時，極大地提高了纖維支架產量。另外，通過搭載不同體系的生物材料與細胞/生長因子，實現了不同類型生物支架的制取，在組織工程領域，特別是在仿生工程以及創傷敷料上有廣闊的應用空間。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：—種方向性生物微納米纖維支架快速制備裝置，包括高壓電源、接收裝置、一對腔室管、底座、回轉電機；所述一對腔室管固定在底座上，回轉電機的輸出軸與底座相連，一對腔室管設置在接收裝置內；所述腔室管為中空的圓柱型結構，腔室管的外側壁設有噴孔，其中一個腔室管內盛有電紡原液，另一個腔室管內盛有細胞/生長因子原液；高壓電源的負極與接收裝置相連，高壓電源的正極分別與電紡原液和細胞/生長因子原液電連接。

進一步的，所述底座上具有金屬塊，金屬塊外套有電刷，高壓電源的正極與電刷相連，金屬塊通過導線分別與電紡原液和細胞/生長因子原液相連。

進一步的，所述接收裝置為導電殼體。

進一步的，所述接收裝置的材料為Fe、Al、Ni、Au、Ag、Cu、CuO、Al₂O₃、Zn、Zn0、Fe₃O₄或Fe₂O₃。

進一步的，所述的回轉電機的工作轉速為30RPM‐15000RPM。

進一步的，所述的噴孔直徑為5um‐5mm，單側噴孔間距為5‐50mm。

進一步的，所述高壓電源的電壓范圍為0.2kV至60kV。

本發明的另一目的是提供一種上述的方向性生物微納米纖維支架快速制備裝置制備微納米纖維支架的方法，包括如下步驟：

1)將電紡原液以及細胞/生長因子原液分別注入腔室管中；

2)通過回轉電機對底座施加一個轉速為30RPM‐15000RPM；

3)在腔室管與接收裝置之間施加電壓0.2kV至60kV；

4)電紡原液在離心作用力以及高壓電源的電場作用力下，在噴口處形成靜電紡絲纖維，在接收裝置上獲得具有方向性的微納米纖維。