一种棉花状纤维支架及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种棉花状纤维支架及其制备方法和用途，本发明专利技术利用静电纺丝的方法，将生物玻璃、β‑磷酸三钙或硫酸钙等生物活性材料与聚乳酸共混后纺丝，能够获得一种压缩率可达45％、回复率可达80％的具有极高适应性的棉花状纤维支架，本发明专利技术制备的棉花状纤维支架中的纤维直径更小、柔性更强且具有较高的孔隙率和比表面积，能够为成骨细胞提供更多的附着点，减短康复时间，其还具有优良的生物活性、生物相容性和生物可降解性，其中的无机部分可以在体内降解产生成骨所必要的元素，其中的有机部分聚乳酸具有良好的可降解性和生物相容性，会降解产生乳酸，之后在酶的作用下转化为二氧化碳和水，对人体无毒性副作用。

【技术实现步骤摘要】
一种棉花状纤维支架及其制备方法和用途
本专利技术属于生物医用复合材料领域，尤其涉及一种棉花状纤维支架及其制备方法和用途。
技术介绍
在日常活动中，因外伤、感染、肿瘤及先天性疾病等原因造成的骨缺损非常常见，骨缺损的治疗和修复是骨科临床常见的难症之一，现有的骨修复材料主要有自体骨、异体骨和人工骨替代品，自体骨存在取用不便，来源有限的问题，异体骨存在组织不兼容性，排斥反应的问题，人工骨替代品在可塑性、组织相容性，生物降解性方面有较高要求，上述条件的限制使得现有技术中得到的人工骨替代品难以满足临床应用的需要。静电纺丝法是一种常用的制备纤维丝的方法，静电纺丝法得到的纤维尺寸属于纳米级或亚微米级，具有比表面积大、孔隙率高、空间连通性好等优点，因此常被应用于生物组织工程领域。在骨修复方面，静电纺丝纤维具有相当的优势，其优良的柔韧性，能够适合各种形状的骨缺损，充分填充缺损部位，超高的比表面积和孔隙率有利于成骨细胞能够大量迁移至骨缺损中心部位内部，实现全面快速的修复，除此以外，其超高的孔隙率和良好的连通性，不仅有利于成骨细胞的迁移，还能够促进血管的形成，和营养物质的输送。在骨修复领域，生物活性材料也是一个研究热点，尤其是生物玻璃和β-磷酸三钙(β-TCP)等材料，由于其具有良好的生物相容性、生物活性和骨传导性，能够矿化产生与骨组织成分极其相似的羟基磷灰石，且具有优秀的生物降解性，在体内降解产生的Ca、P等元素，能够参与并促进了体内新骨的形成，属于一种比较成熟的成骨材料。聚乳酸(PLLA)材料具有良好的生物相容性、生物降解性和机械性能，具有易于加工等优点，也是骨组织修复领域的热点材料，但其缺点是生物活性较差，缺少成骨能力，因此，利用静电纺丝技术将生物活性陶瓷颗粒和聚乳酸合成制备的复合材料，理论上能够得到机械性能和生物性能均较优的活性骨修复材料。例如，CN106983910A中公开了一种聚乳酸复合生物玻璃组织修复材料的制备方法，其通过将聚乳酸颗粒溶解于氯仿中，得到聚乳酸溶液，之后，将聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段聚合物溶于乙醇中，向其中加入硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙和盐酸等组分，得到混合液，将混合液静置粘稠后，与聚乳酸溶液混合，进行静电纺丝，得到所述聚乳酸复合生物玻璃组织修复材料。上述现有技术中的方法，得到的材料多为膜状材料，而且，使用溶胶凝胶法制备生物玻璃再纺丝的过程中并未经过热处理步骤，可能会导致产品中存在大量有机杂质，对人体产生毒害作用，得到的骨植入材料为固定形状，在手术前需要后期加工，操作比较繁琐，在植入后，由于在接缝处会存在一定间隙，使得植入材料与宿主骨无法接触，进而降低骨修复速度。因此，在现有技术的基础上，本领域的技术人员需要研发出一种能够适应各种骨缺损的具有较高生物活性的生物骨材料及其高效、便捷、环境友好的制备方法，使其具有类似棉花的高压缩性和高回复性，以完美适应各种骨缺损形状，实现受损骨或牙等硬组织的修复。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种能够适应各种骨缺损的具有较高生物活性的生物骨材料及其高效、便捷、环境友好的制备方法，使其具有类似棉花的高压缩性和高回复性，以完美适应各种骨缺损形状，实现受损骨或牙等硬组织的修复。为达此目的，本专利技术的目的之一在于提供一种棉花状纤维支架，所述棉花状纤维支架包括由生物活性材料与聚乳酸共混后纺丝得到的复合纤维，复合纤维之间相互缠绕使得得到的纤维支架具有如棉花一般的可压缩性和较高的压缩回复率。所述生物活性材料包括生物玻璃、β-磷酸三钙或硫酸钙中的任意一种材料或至少两种材料的混合物。本专利技术利用上述生物活性材料得到的棉花状纤维支架结合了生物活性材料的生物相容性、可降解性以聚乳酸材料优良的机械性能，其棉花状的外观以及足够的可压缩性使其在植入体内后能够完美适应各种骨缺损形状，在降解过程中产生成骨元素，促进成骨因子的生成，以实现受损骨或牙等硬组织的修复。优选地，所述复合纤维中，生物活性材料与聚乳酸的重量比为0.4～1.5:1，例如为0.45:1、0.50:1、0.55:1、0.60:1、0.65:1、0.70:1、0.75:1、0.80:1、0.85:1、0.90:1、0.95:1、1.00:1、1.05:1、1.10:1、1.15:1、1.20:1、1.25:1、1.30:1、1.35:1、1.4:1或1.45:1等，在上述配比下，得到的复合纤维具有较优的力学性能、可压缩性能、回复性能、生物活性、降解性能以及生物相容性，进一步优选为0.65～1:1。优选地，所述生物活性材料为生物玻璃。优选地，所述生物玻璃为含有二氧化硅、氧化钙、五氧化二磷和添加物的生物玻璃，所述添加物为氧化钠、氧化钾、氧化镁、氧化铝或氟化钙中的任意一种或至少两种的混合物。优选地，所述生物玻璃为45S5型、AW型、Bioverit型、Ceravital型或58S型生物玻璃中的任意一种或至少两种的混合物。优选地，所述生物玻璃经过球磨处理，粒径为0.5～30μm，例如为0.6μm、0.8μm、1.2μm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm、22μm、24μm、26μm、28μm或29μm等，上述粒径范围的生物玻璃具有较优的纺丝成纤能力，生物玻璃的粒径过高难以成纤，粒径过低则容易导致生物玻璃在纺丝得到的复合纤维中分布不均匀，降低复合纤维的力学性能和降解性能。本领域的技术人员能够根据需求通过适当调整聚乳酸的分子量或静电纺丝的工艺参数获得任意一种直径的复合纤维，优选地，所述复合纤维的直径为1～50μm，例如为2μm、4μm、6μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或48μm等。优选地，所述聚乳酸的数均分子量为100000～1000000，例如为105000、125000、150000、200000、250000、300000、350000、400000、450000、500000、550000、600000、650000、700000、750000、800000、850000、900000、950000或980000等。本专利技术的目的之二在于提供一种所述棉花状纤维支架的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤(1)，将生物活性材料与聚乳酸混合，混合物用有机溶剂溶解，得到纺丝原液；步骤(2)，使用静电纺丝设备对步骤(1)中得到的纺丝原液进行静电纺丝，静电纺丝产物用醇类收集；步骤(3)，取出步骤(2)的醇类中的凝固后的复合纤维丝，将其干燥后即得到所述棉花状纤维支架。优选地，步骤(1)中所述的有机溶剂为氯仿。优选地，按重量百分数计算，步骤(1)中所述的纺丝原液中聚乳酸的含量为8～14wt％，例如为8.5wt％、9wt％、9.5wt％、10wt％、10.5wt％、11wt％、11.5wt％、12wt％、12.5wt％、13wt％、13.5wt％或13.8wt％等。优选地，步骤(2)中所述静电纺丝过程中，静电纺丝设备中纺丝原液的挤出速度为0.05～0.4mL/min，例如为0.08mL/min、0.1mL/min、0.13mL/min、0.15mL/min、0.18mL/min、0.20mL/mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种棉花状纤维支架，其特征在于，所述棉花状纤维支架包括由生物活性材料与聚乳酸共混后纺丝得到的复合纤维；所述生物活性材料包括生物玻璃、β‑磷酸三钙或硫酸钙中的任意一种材料或至少两种材料的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种棉花状纤维支架，其特征在于，所述棉花状纤维支架包括由生物活性材料与聚乳酸共混后纺丝得到的复合纤维；所述生物活性材料包括生物玻璃、β-磷酸三钙或硫酸钙中的任意一种材料或至少两种材料的混合物。2.根据权利要求1所述的棉花状纤维支架，其特征在于，所述复合纤维中，生物活性材料与聚乳酸的重量比为0.4～1.5:1，优选为0.65～1:1。3.根据权利要求1或2所述的棉花状纤维支架，其特征在于，所述生物活性材料为生物玻璃；优选地，所述生物玻璃为含有二氧化硅、氧化钙、五氧化二磷和添加物的生物玻璃，所述添加物为氧化钠、氧化钾、氧化镁、氧化铝或氟化钙中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述生物玻璃为45S5型、AW型、Bioverit型、Ceravital型或58S型生物玻璃中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述生物玻璃经过球磨处理，粒径为0.5～30μm。4.根据权利要求1～3之一所述的棉花状纤维支架，其特征在于，所述复合纤维的直径为1～50μm。5.根据权利要求1～4之一所述的棉花状纤维支架，其特征在于，所述聚乳酸的数均分子量为100000～1000000。6.一种如权利要求1～5之一所述的棉花状纤维支架的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤(1)，将生物活性材料与聚乳酸混合，混合物用有机溶剂溶解，得到纺丝原液；步骤(2)，使用静电纺丝设备对步骤(1)中得到的纺丝原液进行静电纺丝，静电纺丝产物用醇类收集；步骤(3)，取出步骤(2)的醇类中的凝固后的复合纤维丝，将其干燥后即得到所述棉花状纤维支架。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子樵，周杰，徐嘉麟，
申请(专利权)人：蓝怡科技集团股份有限公司，浙江蓝怡医药有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31