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一种甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料及其制备方法与应用技术

技术编号:14832725 阅读:188 留言:0更新日期:2017-03-16 19:38
本发明专利技术属于生物纳米复合材料及组织工程技术领域,公开了一种甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料及其制备方法与应用。本发明专利技术制备方法是将甲壳素晶须和生物降解聚酯采用静电纺丝法或3D打印成型法得到甲壳素晶须增强的生物降解聚酯纤维支架,再利用热致相分离法将壳聚糖纳米纤维网络引入纤维支架中,得到甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料。本发明专利技术方法得到甲壳素晶须增强的生物降解聚酯纤维支架,壳聚糖纳米纤维贯穿于纤维支架的内部及纤维表层的复合材料,其兼具良好亲水性,优异力学性能、细胞亲和性和促骨组织愈合能力,可应用于生物医学领域,特别作为骨组织修复材料具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物纳米复合材料及组织工程
,特别涉及一种甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料及其制备方法与应用
技术介绍
由先天性、创伤、肿瘤及手术等所致的骨缺损或创伤是临床最为常见和多发的病症,骨组织修复材料的市场需求量非常巨大,而骨组织工程的提出为骨缺损修复带来了希望。组织工程纤维支架能够更为有效地模拟天然细胞外基质的结构和功能,为细胞的生长提供良好的微环境。近年来,静电纺丝法和3D打印成型法所构建的纤维支架具有高比表面积、高孔隙率和相互连通的三维网络状结构,而且这些方法简便易行,快速高效,因此在组织工程领域得到了广泛关注和大量研究。但是,传统的静电纺丝法或3D打印成型法制备的纤维支架存在力学强度和模量较低的缺点,这很大程度上限制了上述成型方法在组织工程领域中的广泛应用。生物降解聚酯(如聚丙交酯、聚乙交酯、聚己内酯等)是一类经过美国FDA(FoodandDrugAdministration,FDA)批准可用于生物医用材料产品制造的聚合物。采用静电纺丝法或3D打印成型法所构建的生物降解聚酯纤维支架材料具有良好的生物相容性和生物降解特性、较好的初始机械强度和弹性模量以及易于成型加工等优点,在骨组织工程支架材料领域基本能满足作为细胞生长载体材料的要求。然而,生物降解聚酯纤维支架材料仍存在以下不足:(1)材料的力学强度一般,不能很好地满足对骨材料机械性能的要求;(2)材料亲水性较差,不利于细胞黏附和增殖;(3)细胞相容性不理想,并且,缺乏骨诱导性,促骨组织愈合能力有限;(4)材料的降解速率难以调控。因此,提高材料的亲水性和力学性能,并赋予其良好的细胞亲和性和成骨活性,是生物降解聚酯骨组织修复材料开发与应用研究的主要方向。目前研究较多的是将亲水性和生物相容性良好的一些有机或无机纳米填料、天然或合成的高分子材料复合到生物降解聚酯基体中,材料的亲水性和细胞相容性在一定程度可以得到改善,但所制备的复合材料的力学性能相比于单一生物降解聚酯材料往往提高不明显,甚至下降。晶须是指具有较大长径比的细小的纤维状单晶体。相比于颗粒填料,晶须具有更为优异的物理化学性质和优异的力学性能,是一类极为理想的新型聚合物基体的补强增韧材料。甲壳素晶须(CHW)是一种可体内降解吸收的天然生物多糖晶须,是自然界唯一的带正电的多糖类高分子材料。甲壳素晶须原料来源广泛,制备简单,具有优异的细胞相容性和成骨活性,可显著促进骨组织愈合。然而,单一设计将晶须材料引入到生物降解聚酯纤维支架材料中,对基体材料各种性能的改善有限,作为构建模仿类天然细胞外基质结构和功能的生物降解聚酯静电纺丝或3D打印纤维支架材料,其力学性能仍有待进一步提高。壳聚糖(CS)是甲壳素的脱乙酰化产物,分子结构与细胞外基质的多糖组分相类似,含有大量的亲水性羟基和氨基,可赋予材料良好的润湿性;并且,壳聚糖有很好的成骨细胞亲和性,能够支持成骨细胞的黏附、增殖及表型表达。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足,本专利技术的首要目的在于提供一种甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料。本专利技术涉及的复合材料一是采用甲壳素晶须增强增韧生物降解聚酯纤维支架,二是设计壳聚糖纳米纤维网络贯穿于生物降解聚酯纤维支架中,进一步增强增韧生物降解聚酯纤维支架,从而实现甲壳素晶须和壳聚糖纳米纤维网络双重增强增韧生物降解聚酯纤维支架的目的。该三元复合材料中,甲壳素晶须和壳聚糖纳米纤维网络不仅可以协同增强增韧生物降解聚酯纤维支架,而且,三元复合材料的亲水性、细胞相容性、以及成骨活性和促骨组织愈合能力均显著优于单一的甲壳素晶须或壳聚糖纳米纤维网络增强生物降解聚酯纤维支架体系。本专利技术另一目的在于提供一种上述甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料的制备方法。本专利技术通过结合静电纺丝法和热致相分离法,或结合3D打印成型法和热致相分离法实现,设计先后将甲壳素晶须和壳聚糖纳米纤维网络引入到生物降解聚酯纤维支架中,获得一类甲壳素晶须和壳聚糖纳米纤维网络双重增强增韧生物降解聚酯纤维支架材料,实现纤维支架材料良好的亲水性和细胞亲和性、优异的力学性能和成骨活性的有效结合。本专利技术再一目的在于提供上述甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现:一种甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料的制备方法,将甲壳素晶须和生物降解聚酯采用静电纺丝法或3D打印成型法得到甲壳素晶须增强的生物降解聚酯纤维支架,再利用热致相分离法将壳聚糖纳米纤维网络引入纤维支架中,得到甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料。所述利用热致相分离法将壳聚糖引入纤维支架中可包括以下步骤:将纤维支架浸泡于壳聚糖的醋酸溶液中,取出,低温淬冷,冷冻干燥,得到甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料。所述壳聚糖的醋酸溶液中,壳聚糖的浓度优选为0.05~2.5wt%;醋酸的体积浓度优选为0.025~2%。所述浸泡的时间优选为2min~12h。所述淬冷的时间优选为5min~24h。所述淬冷的温度优选为-196~-20℃。本专利技术中,所述的甲壳素晶须通过本领域常规的酸解法制备得到即可;其直径优选为0.5nm~1μm,长度为50nm~20μm,其长径比为20~280。本专利技术中,所述壳聚糖的脱乙酰度优选大于80%,分子量为3~20万;壳聚糖的纳米纤维直径为10~1000nm,纤维间的孔径尺寸为10~500nm。本专利技术中,所述的生物降解聚酯优选为聚(L-丙交酯)、聚(D,L-丙交酯)、聚乙交酯、聚(ε-己内酯)、聚(丙交酯-co-乙交酯)二元共聚物等。本专利技术中,所述的静电纺丝法为常规静电纺丝法,具体可为将甲壳素晶须加入生物降解聚酯溶液中,静电纺丝得到纤维支架。所述静电纺丝的电压优选为10~30kV。所述生物降解聚酯溶液的质量体积(g/mL)浓度优选为5~20%。所述生物降解聚酯溶液优选为将生物降解聚酯溶解于有机溶剂中得到。所述的有机溶剂可选用三氯甲烷、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯和丙酮中的至少一种,优选为至少两种;其中,当选用两种溶剂时,二者的体积比为9:1~6:4。所述将甲壳素晶须加入生物降解聚酯溶液中后,优选经磁力搅拌、超声分散。上述处理可获得均匀分散的溶液。优选的,所述静电纺丝法得到的纤维支架中,生物降解聚酯纤维直径为300~2000nm,纤维间孔径尺寸为100~1000nm;支架厚度控制在0.01~2mm,孔隙率为70~95%。本专利技术中,所述的3D打印成型法可包括以下步骤:将甲壳素晶须和生物降解聚酯微粒混合,挤出拉丝,利用3D打印机打印成型,得到纤维支架。所述挤出的温度优选为60~250℃。所述3D打印条件优选为打印温度50~260℃,底板温度为20~35℃,喷嘴打印速率为30~60mm/s,喷嘴空移速率为90~160mm/s。优选的,所述3D打印成型法得到的纤维支架中,生物降解聚酯纤维直径为800nm~400μm,纤维间孔径尺寸为100nm~50μm;支架厚度控制在0.1~5mm,孔隙率为50~90%。本专利技术制备方法涉及的材料来源丰富、成本低廉,制备方法和产品组成简单,易实现本文档来自技高网
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一种甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料及其制备方法与应用

【技术保护点】
一种甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料的制备方法,其特征在于将甲壳素晶须和生物降解聚酯采用静电纺丝法或3D打印成型法得到甲壳素晶须增强的生物降解聚酯纤维支架,再利用热致相分离法将壳聚糖纳米纤维网络引入纤维支架中,得到甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料的制备方法,其特征在于将甲壳素晶须和生物降解聚酯采用静电纺丝法或3D打印成型法得到甲壳素晶须增强的生物降解聚酯纤维支架,再利用热致相分离法将壳聚糖纳米纤维网络引入纤维支架中,得到甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料的制备方法,其特征在于:所述利用热致相分离法将壳聚糖引入纤维支架中包括以下步骤:将纤维支架浸泡于壳聚糖的醋酸溶液中,取出,低温淬冷,冷冻干燥,得到甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料。3.根据权利要求2所述的甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料的制备方法,其特征在于:所述壳聚糖的醋酸溶液中,壳聚糖的浓度为0.05~2.5wt%;醋酸的体积浓度为0.025~2%;所述浸泡的时间为2min~12h;所述淬冷的时间为5min~24h;所述淬冷的温度为-196~-20℃。4.根据权利要求1所述的甲壳素晶须/壳聚糖纳米纤维双重增强生物降解聚酯纤维复合材料的制备方法,其特征在于:所述的甲壳素晶须的直径为0.5nm~1μm,长度为50nm~20μm,其长径比为20~280;所述壳聚糖的脱乙酰度大于80%,分子量为3~20万;其纳米纤维直径为10~1000nm,纤维间的孔径尺寸为10~500nm;所述的生物降解聚...

【专利技术属性】
技术研发人员:罗丙红刘桦文伟周长忍
申请(专利权)人:暨南大学
类型:发明
国别省市:广东;44

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