[發明專利]核/殼復合纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201911049784.6
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110685038B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 程德林;阮長順;洪毅姜;陳必秀;潘浩波;吳明明
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: D01F8/14
• 分類號: D01F8/14;D01F8/12;D01F8/18
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 黃志云

本發明提供了一種核/殼復合纖維的制備方法，包括：將合成聚合物材料溶解于有機溶劑中，混合處理，配制合成聚合物漿料；將合成聚合物漿料和水凝膠漿料裝入雙通道同軸擠出的3D打印設備中，并用雙通道針頭連接，合成聚合物漿料連接內通道，水凝膠漿料連通外通道，調節內外通道的擠出壓力，使外通道水凝膠和內通道合成聚合物同步擠出，得到具有核/殼結構的復合材料；將得到的具有核/殼結構的復合材料置于交聯劑水溶液中，使外殼水凝膠發生交聯反應，且內核合成聚合物中的有機溶劑被交聯劑水溶液中的水相萃取，內核合成聚合物固化，得到核/殼復合纖維。本發明提供的核/殼纖維可以進一步構建3D打印支架。

技術領域

本發明屬于生物材料技術領域，尤其涉及一種核/殼復合纖維及其制備方法。

背景技術

人口老齡化國情下，組織/器官修復與再生的臨床需求不斷增強，創新治療方式的研究勢在必行。以骨科為例，大段骨缺損、骨質疏松性骨折、骨不連等普遍面臨供體來源、治療效果相關的難題。在分子和細胞水平上，組織/器官修復與再生的本質是重建治療部位的細胞生存和功能發揮的微環境，達到健康水平。因此，修復材料需要同步實現功能設計和精準制造。功能設計方面，應當仿效細胞外基質環境，為細胞提供良好的生長基底；精準制造方面，應當實現宏觀形態和尺寸的定制化制造，以及細胞生長的微觀精細多孔環境的構建。3D打印技術在定制式精準制造方面優勢顯著，利用3D打印技術構建組織/器官修復體是未來技術發展方向，也是國家科技創新戰略的重要內容。

當前研究的3D打印材料包括磷灰石、生物玻璃、聚酯、鈦基金屬以及水凝膠等，其中水凝膠以其良好的生物相容性、降解性和化學設計性表現出很高應用潛力。海藻酸鹽作為一種廣泛使用的天然水凝膠，能夠與多價離子(如鈣離子等)快速交聯，因此在3D打印領域得到廣泛研究。然而多價離子交聯的海藻酸水凝膠，其多價離子容易被周圍介質中的單價離子(如鈉離子等)置換，從而破壞交聯位點，導致支架結構不穩定乃至崩塌。與傳統水凝膠支架類似，由于水凝膠的高含水量特征，該3D打印海藻酸支架在濕態下的力學強度不足；而且濕態水凝膠的分子網絡間隙較大，對藥物的緩釋潛力不高。這些因素限制了海藻酸水凝膠支架的應用范圍。

利用同軸多通道擠出方式構建核/殼結構纖維是目前3D打印支架研究的一個重要分支，通過內核和外殼靈活的材料設計可以改善打印纖維的力學性能。目前常見的基于水凝膠材料的雙通道擠出打印的研究，其內核和外殼都是由水凝膠材料組成。例如，有發明報道了采用兩種水凝膠溶液，通過同軸打印獲得具有內外雙層結構的纖維：外殼水凝膠由海藻酸鈉等組成，力學強度低，主要用于包載細胞以及生長因子；內層水凝膠包載無機粉體或者高分子微球，用于改善纖維的力學性能(CN 201710867506.6)。這種方式需要額外的無機粉體對內核的水凝膠進行增強，操作復雜，而且濕態下的增強效果有限。還有研究報道采用不同濃度的海藻酸鈉進行同軸打印，通過鈣交聯，獲得具有較好力學穩定性外殼(由高濃度海藻酸鈣組成)和可載細胞的低密度內核(由低濃度海藻酸鈣組成)(Biofabrication,2016,8,045001)。這種方式得到的材料濕態下增強效果有限，而且存在鈣離子不斷流失、導致纖維結構瓦解的風險。合成聚合物材料具有較好的力學性能，但是通常水溶性較差，只能用有機溶劑溶解，在室溫常態下擠出難以固化形成穩定的纖維結構，合成聚合物纖維的擠出通常需要借助加熱熔融或者在低溫下進行溶液擠出。因此，合成聚合物材料在室溫常態下，很少有報道將其作為力學增強材料通過同軸多通道擠出來制備核/殼結構纖維。

發明內容

本發明的目的在于提供一種核/殼復合纖維及其制備方法，旨在解決現有水凝膠材料濕態下的力學強度不足的問題。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明第一方面提供一種核/殼復合纖維的制備方法，包括以下步驟：

將合成聚合物材料溶解于有機溶劑中，混合處理，配制合成聚合物漿料；其中，用于分散所述合成聚合物的所述有機溶劑為水溶性有機溶劑；獲取水凝膠漿料；