[發(fā)明專利]核/殼復(fù)合纖維及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911049784.6
• 申請(qǐng)日: 2019-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110685038B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程德林;阮長(zhǎng)順;洪毅姜;陳必秀;潘浩波;吳明明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): D01F8/14
• 分類號(hào): D01F8/14;D01F8/12;D01F8/18
• 代理公司: 深圳中一聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44414
• 代理人: 黃志云

本發(fā)明提供了一種核/殼復(fù)合纖維的制備方法，包括：將合成聚合物材料溶解于有機(jī)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(shè)備中，并用雙通道針頭連接，合成聚合物漿料連接內(nèi)通道，水凝膠漿料連通外通道，調(diào)節(jié)內(nèi)外通道的擠出壓力，使外通道水凝膠和內(nèi)通道合成聚合物同步擠出，得到具有核/殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；將得到的具有核/殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料置于交聯(lián)劑水溶液中，使外殼水凝膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，且內(nèi)核合成聚合物中的有機(jī)溶劑被交聯(lián)劑水溶液中的水相萃取，內(nèi)核合成聚合物固化，得到核/殼復(fù)合纖維。本發(fā)明提供的核/殼纖維可以進(jìn)一步構(gòu)建3D打印支架。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種核/殼復(fù)合纖維及其制備方法。

背景技術(shù)

人口老齡化國(guó)情下，組織/器官修復(fù)與再生的臨床需求不斷增強(qiáng)，創(chuàng)新治療方式的研究勢(shì)在必行。以骨科為例，大段骨缺損、骨質(zhì)疏松性骨折、骨不連等普遍面臨供體來(lái)源、治療效果相關(guān)的難題。在分子和細(xì)胞水平上，組織/器官修復(fù)與再生的本質(zhì)是重建治療部位的細(xì)胞生存和功能發(fā)揮的微環(huán)境，達(dá)到健康水平。因此，修復(fù)材料需要同步實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)制造。功能設(shè)計(jì)方面，應(yīng)當(dāng)仿效細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境，為細(xì)胞提供良好的生長(zhǎng)基底；精準(zhǔn)制造方面，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)宏觀形態(tài)和尺寸的定制化制造，以及細(xì)胞生長(zhǎng)的微觀精細(xì)多孔環(huán)境的構(gòu)建。3D打印技術(shù)在定制式精準(zhǔn)制造方面優(yōu)勢(shì)顯著，利用3D打印技術(shù)構(gòu)建組織/器官修復(fù)體是未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向，也是國(guó)家科技創(chuàng)新戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

當(dāng)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(xué)設(shè)計(jì)性表現(xiàn)出很高應(yīng)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(jià)離子(如鈣離子等)快速交聯(lián)，因此在3D打印領(lǐng)域得到廣泛研究。然而多價(jià)離子交聯(lián)的海藻酸水凝膠，其多價(jià)離子容易被周?chē)橘|(zhì)中的單價(jià)離子(如鈉離子等)置換，從而破壞交聯(lián)位點(diǎn)，導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定乃至崩塌。與傳統(tǒng)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(tài)下的力學(xué)強(qiáng)度不足；而且濕態(tài)水凝膠的分子網(wǎng)絡(luò)間隙較大，對(duì)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(yīng)用范圍。

利用同軸多通道擠出方式構(gòu)建核/殼結(jié)構(gòu)纖維是目前3D打印支架研究的一個(gè)重要分支，通過(guò)內(nèi)核和外殼靈活的材料設(shè)計(jì)可以改善打印纖維的力學(xué)性能。目前常見(jiàn)的基于水凝膠材料的雙通道擠出打印的研究，其內(nèi)核和外殼都是由水凝膠材料組成。例如，有發(fā)明報(bào)道了采用兩種水凝膠溶液，通過(guò)同軸打印獲得具有內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)的纖維：外殼水凝膠由海藻酸鈉等組成，力學(xué)強(qiáng)度低，主要用于包載細(xì)胞以及生長(zhǎng)因子；內(nèi)層水凝膠包載無(wú)機(jī)粉體或者高分子微球，用于改善纖維的力學(xué)性能(CN 201710867506.6)。這種方式需要額外的無(wú)機(jī)粉體對(duì)內(nèi)核的水凝膠進(jìn)行增強(qiáng)，操作復(fù)雜，而且濕態(tài)下的增強(qiáng)效果有限。還有研究報(bào)道采用不同濃度的海藻酸鈉進(jìn)行同軸打印，通過(guò)鈣交聯(lián)，獲得具有較好力學(xué)穩(wěn)定性外殼(由高濃度海藻酸鈣組成)和可載細(xì)胞的低密度內(nèi)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(tài)下增強(qiáng)效果有限，而且存在鈣離子不斷流失、導(dǎo)致纖維結(jié)構(gòu)瓦解的風(fēng)險(xiǎn)。合成聚合物材料具有較好的力學(xué)性能，但是通常水溶性較差，只能用有機(jī)溶劑溶解，在室溫常態(tài)下擠出難以固化形成穩(wěn)定的纖維結(jié)構(gòu)，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(jìn)行溶液擠出。因此，合成聚合物材料在室溫常態(tài)下，很少有報(bào)道將其作為力學(xué)增強(qiáng)材料通過(guò)同軸多通道擠出來(lái)制備核/殼結(jié)構(gòu)纖維。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種核/殼復(fù)合纖維及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有水凝膠材料濕態(tài)下的力學(xué)強(qiáng)度不足的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明第一方面提供一種核/殼復(fù)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(jī)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(jī)溶劑為水溶性有機(jī)溶劑；獲取水凝膠漿料；