一种软骨修复用复合多孔支架材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种软骨修复用复合多孔支架材料的制备方法，属于生物医学材料技术应用领域，采用聚乙烯醇和硫酸软骨素为原料，采用静电纺丝法制备出聚乙烯醇/硫酸软骨素复合多孔支架材料，该制备方法能够连续制备纳米级或亚微米级超细纤维，制备出的软骨多孔支架具有独特的微观结构和适当的力学性能，细胞实验表明，该材料具有优良的生物性能，可被用于软骨修复领域中。

Preparation of composite porous scaffold material for cartilage repair

The invention discloses a preparation method of composite porous scaffold material for cartilage repair, which belongs to the application field of biomedical materials technology. Using polyvinyl alcohol and chondroitin sulfate as raw materials, the polyvinyl alcohol/chondroitin sulfate composite porous scaffold material is prepared by electrospinning method, and the preparation method can continuously prepare nano-scale. The porous scaffolds have unique microstructure and appropriate mechanical properties. Cell experiments show that the scaffolds have excellent biological properties and can be used in the field of cartilage repair.

【技术实现步骤摘要】
一种软骨修复用复合多孔支架材料的制备方法
本专利技术涉及一种软骨修复用复合多孔支架材料的制备方法，属于生物医用材料领域。
技术介绍
关节软骨是软骨之间的结合部分，由特异的细胞外基质包绕稀少的软骨细胞形成，具有复杂的生物力学特征和高度的耐用性，然而其自身修复能力有限，自然退变或创伤引起的缺损会导致其结构与功能上不可逆的损害。这主要是因为关节软骨中没有血供，且软骨细胞缺乏迁移能力，无法移动到损伤部位参与修复，且缺乏细胞分化所必须的母细胞及细胞迁移所必须的理想环境，因此软骨缺损难以自然修复。目前临床上用于软骨损伤治疗的方法主要有微骨折术、软骨下骨钻孔术、软骨下骨磨削术、自体软骨移植和自体软骨细胞移植术等。然而，研究结果表明，这些方法只能暂时缓解疼痛等症状，最终结局还是修复部位的软骨退化或者坏死。随着组织工程技术的兴起，软骨缺损的修复已经有了一定的研究进展。骨及软骨组织工程包括3个关键因素：生长因子、支架材料和种子细胞。其中支架材料的选择是骨及软骨组织工程的核心问题，而应用于临床是其最终目的，因此，理想的软骨支架材料应具备以下条件：良好的生物相容性，不易发生炎症反应，且利于细胞黏附；有一定的力学强度；良好的生物活性；其结构有利于营养物质的输入及代谢废物的排出，从而有利于软骨细胞的新陈代谢；良好的生物降解性，有利于细胞增殖，且支架的降解速率应与细胞的增值速率相匹配。目前，骨及软骨组织工程支架材料主要分为三类：生物衍生材料、无机材料和高分子材料。天然衍生材料主要有胶原、几丁质、藻酸盐、纤维蛋白等，这类材料能促进细胞黏附、增殖并分泌基质，生物相容性好，但不易大规模生产并缺乏强度。无机材料主要是生物陶瓷类和生物活性玻璃。生物陶瓷主要有硫酸钙陶瓷、碳酸钙陶瓷、磷酸钙陶瓷及其同分异构体。以羟基磷灰石为代表的磷酸钙陶瓷是广泛应用的骨替代材料之一，它们都具有良好的生物相容性、生物降解性、骨传导性。但存在脆性大，柔韧性不够，在体内降解困难，影响了新骨的长入和后期改建等问题。以聚乳酸、聚羟基乙酸及其共聚物等为代表的高分子材料应用非常广泛。这类生物高分子材料具有良好的生物可降解性、生物相容性、安全无毒性及一定的力学性能，通过模塑、挤压、溶剂浇铸等技术可加工成各种结构形状。可根据需要制成纤维支架、多孔泡沫及管状结构等，从而使新生的骨组织具有理想的形态。然而，目前骨组织工程支架材料众多，每种支架材料各有其优缺点，现有的支架材料仅能达到理想支架材料要求的一部分，随着研究的不断深入，复合支架材料成为目前的研究热点之一。聚乙烯醇（PVA）是一种常见的分子结构规整，分子链柔顺的水溶性高分子,具有半结晶结构的白色的粉末状树脂。医用级聚乙烯醇对人体无毒，无副作用，并具有良好的弹性、亲水性和生物相容性，已广泛应用于软骨组织工程。硫酸软骨素（CS）是一种由N-乙酰半乳糖胺和葡萄糖醛酸组成的硫酸化糖胺聚糖（GAG），由于其抗炎，抗氧化和抗凋亡作用，数十年来被广泛用作骨关节炎的膳食补充剂。硫酸软骨素是许多结缔组织，特别是皮肤，骨骼，滑液和软骨的细胞外基质的主要成分，在医学上主要用于治疗关节疾病，具有止痛，促进软骨再生的功效，可以从根本上改善关节问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种软骨修复用复合多孔支架材料的制备方法，将天然高分子硫酸软骨素与人工合成高分子聚乙烯醇共混，并采用戊二醛的乙醇溶液接收纺丝纤维，通过静电纺丝技术制备具有1~20微米大孔的纳米纤维支架材料，其中聚乙烯醇含量为60%~90%，硫酸软骨素含量为10~40%，另外含结合水0.1%~2%。一种软骨修复用复合多孔支架材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）在80℃~100℃下，按照聚乙烯醇与去离子水的质量体积比g:mL为5~10:100的比例，将聚乙烯醇溶于去离子水中，磁力搅拌2h~3h，记为A液；（2）在室温下，按照硫酸软骨素与乙酸水溶液质量体积比g:mL为1~3:100的比例，将硫酸软骨素溶于体积浓度为4%~6%的乙酸水溶液中，记为B液；（3）将A液和B液按照体积比为（1~3）:1混合，在室温下磁力搅拌2~3h，配制成纺丝液；（4）采用真空干燥器对步骤（3）所得的纺丝液进行负压脱泡处理；（5）采用戊二醛的乙醇溶液作为液体接收器，电源正极接针头处，负极接钢板，钢板设置在液体接收器底部，取步骤（4）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，纺丝纤维在液体接收器中静置2h后取出，水洗后冷冻干燥，得到软骨修复用复合多孔支架材料。步骤（4）所述负压脱泡的条件为：在400~760mm汞柱的负压下脱泡10~20h。步骤（5）所述戊二醛的乙醇溶液是戊二醛与乙醇按照体积比为1:99~249，将戊二醛和乙醇进行混合得到，所述戊二醛为质量分数25%戊二醛水溶液。步骤（5）所述静电纺丝条件为：所用针头为17~20号，纺丝液的推进速度为0.1~0.2mm/min，正电压为16~20KV，针头与接收装置的距离为10~20cm。步骤（5）所述冷冻干燥是在-35℃~-40℃干燥1~5h。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术所用原料聚乙烯醇、硫酸软骨素均无细胞毒性，具有良好的生物相容性，并且通过改变两者之间的的配比，使静电纺丝的成丝性可调。（2）本专利技术通过改变静电纺丝相关参数，能较好地控制纤维质量及纤维直径分布，且该结构适合细胞黏附生长以及营养物质运输。（3）本专利技术所述方法制备得到的软骨修复支架厚度可调，通过纺丝时间即可实现。（4）本专利技术采用戊二醛的乙醇溶液接收纺丝纤维，能实现边纺丝边交联，同时所得支架的耐水性提高。附图说明图1是本专利技术实施例2得到的软骨修复用复合多孔支架材料的显微形貌图；图2是本专利技术实施例3得到的软骨修复用复合多孔支架材料的显微形貌图；图3是本专利技术实施例3得到的软骨修复用复合多孔支架材料的红外光谱图；图4是本专利技术实施例4得到的软骨修复用复合多孔支架材料的显微形貌图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1本实施例一种软骨修复用复合多孔支架材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）在80℃下，将1.5g聚乙烯醇溶于30mL去离子水中，磁力搅拌2h，配置成5%聚乙烯醇溶液，记为A液；（2）将1mL冰乙酸加入24mL去离子水中，配制成4%的乙酸水溶液，在室温下将0.25g硫酸软骨素溶于该乙酸水溶液中，配置成1%硫酸软骨素的乙酸溶液，记为B液；（3）将上述A、B溶液按照体积比为1:1混合，在室温下磁力搅拌2h，配制成共混静电纺丝液；（4）采用真空干燥器对步骤（3）所得的纺丝液在400mm汞柱的负压下脱泡10h；（5）将1mL25%戊二醛溶液加入249mL乙醇中作为液体接收器，采用17号针头，设定正电压为16kv，纺丝液的推注速度为0.1mm/min，针头与接收装置的距离为10cm，电源正极接针头处，负极接钢板，钢板设置在液体接收器底部，取步骤（4）所得的纺丝液进行静电纺丝，得到纺丝纤维，纺丝纤维在液体接收器中静置2h后取出，水洗3次后-35℃冷冻干燥5h，得到软骨修复用复合多孔支架材料。本实施例得到的软骨修复用复合多孔支架材料纤维丝的直径分布在200~500nm，交联度为40%，拉伸强度为5.2MPa，细胞毒性为0级，即无细胞毒性。实施例2本实施例一种软本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软骨修复用复合多孔支架材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）在80℃~100℃下，按照聚乙烯醇与去离子水的质量体积比g:mL为5~10:100的比例，将聚乙烯醇溶于去离子水中，磁力搅拌2h~3h，记为A液；（2）在室温下，按照硫酸软骨素与乙酸水溶液质量体积比g:mL为1~3:100的比例，将硫酸软骨素溶于体积浓度为4%~6%的乙酸水溶液中，记为B液；（3）将A液和B液按照体积比为（1~3）:1混合，在室温下磁力搅拌2~3h，配制成纺丝液；（4）采用真空干燥器对步骤（3）所得的纺丝液进行负压脱泡处理；（5）采用戊二醛的乙醇溶液作为液体接收器，电源正极接针头处，负极接钢板，钢板设置在液体接收器底部，取步骤（4）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，纺丝纤维在液体接收器中静置2h后取出，水洗后冷冻干燥，得到软骨修复用复合多孔支架材料。

【技术特征摘要】
1.一种软骨修复用复合多孔支架材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）在80℃~100℃下，按照聚乙烯醇与去离子水的质量体积比g:mL为5~10:100的比例，将聚乙烯醇溶于去离子水中，磁力搅拌2h~3h，记为A液；（2）在室温下，按照硫酸软骨素与乙酸水溶液质量体积比g:mL为1~3:100的比例，将硫酸软骨素溶于体积浓度为4%~6%的乙酸水溶液中，记为B液；（3）将A液和B液按照体积比为（1~3）:1混合，在室温下磁力搅拌2~3h，配制成纺丝液；（4）采用真空干燥器对步骤（3）所得的纺丝液进行负压脱泡处理；（5）采用戊二醛的乙醇溶液作为液体接收器，电源正极接针头处，负极接钢板，钢板设置在液体接收器底部，取步骤（4）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，纺丝纤维在液体接收器中静置2h后取出，水洗后冷冻干燥，得到软骨修复用复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆华，王琬莹，田哲玮，颜廷亭，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53