一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法，包括：將脂肪族聚酯類聚合物和堿性氨基酸分別溶解在溶劑中，混勻，得紡絲原液，然后進行電紡，即得脂肪族聚酯類復合納米纖維，其中脂肪族聚酯類聚合物在紡絲液中的濃度為5wt%-25wt%，堿性氨基酸在紡絲液中的含量為0.5wt%-2wt%。本發(fā)明將仿生纖維材料中引入具生物活性的堿性氨基酸來實現對酸性降解產物的中和調控，發(fā)展一種具生物活性的“中性纖維”；可以減輕甚至消除脂肪族聚酯類材料降解后產物呈酸性引起的炎性反應，從而改善聚酯材料的生物相容性；可以通過一步法快速、方便、大量、有效地制備該降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維。
【專利說明】一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米纖維材料的制備領域，特別涉及一種降解后PH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法。
【背景技術】
[0002]纖維基生物材料是一類重要的組織工程支架構建材料。由于其對天然細胞外基質(ECM)的仿生特性和其他諸多優(yōu)點，自組織工程學誕生以來就一直受到領域內眾多研究者的青睞。如今，采用納米技術如靜電紡絲已經可以制備出纖維細度達納米級的超細纖維，這類納米纖維由于形態(tài)上與ECM組成的高度相似性已被廣泛研究用于軟骨、骨、皮膚、血管、神經等組織的構建研究。大量的研究結果表明，與傳統的其他類型的組織工程支架相比，由仿生納米纖維構建的生物材料支架能明顯地促進細胞的粘附、增殖、分化及其他功能性顯型的表達。在各類電紡材料中，脂肪族聚酯如聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、及乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)等由于具有優(yōu)良的生物相容性、生物可降解和吸收性、較高的力學強度和可加工性等諸多優(yōu)點，成為在組織工程支架構建和臨床實踐中獲得最廣泛應用的生物可降解合成高分子材料。但在實際應用中，這些聚酯材料的降解產物呈現酸性從而帶來的不利影響也引起了人們廣泛的關注。這些酸性產物若不能及時地通過正常的新陳代謝過程排除體外，將會導致植入體周圍的組織微環(huán)境的PH值降低，影響?zhàn)じ皆谄渖系募毎纳L、分化和ECM合成，引起無菌炎性反應,嚴重影響組織修復效果(Cordewener, F.ff.，et al.，Biomaterials, 2000.21 (23):ρ.2433-2442.)。
[0003]目前，國內外大多數研究人員通過向聚酯類材料中摻入合適的添加劑(如堿性調節(jié)劑)，在其釋放出來后即時中和酸性降解產物，達到減緩酸性降解產物對細胞功能影響的目的。比如楊小平課題組(趙敏麗等，中國生物醫(yī)學工程學報，2006.25(4):p.476-480.)的工作表明，羥基磷灰石(HAp)的引入抑制了 PLLA降解過程中的自催化作用，減緩了 PLLA的降解速度，復合纖維體系降解液的pH值在40天內能維持在7.4-7.3之間。Jansen (Ji, ff.，et al., Biomaterials, 2012.33(28):ρ.6604-6614.)研究了 HAp 對 PLGA/PCL(3:1)混合納米纖維降解行為的影響。他們的皮下植入實驗證明，含羥基磷灰石的納米纖維體內降解4周后在支架周圍有較少的炎癥細胞浸潤和減輕的異物反應，生物相容性獲得了較大的改善。這些結果都表明:選擇合適的堿性調節(jié)劑對于調控基于聚酯類材料的植入體周圍的組織微環(huán)境的PH維持在正常生理范圍有其可行性。但是這些嘗試中絕大多數研究都是用堿性無機鹽來調控酸性降解產物的ΡΗ，而基于有機成分如堿性氨基酸進行調控的研究工作相對較少，且值得注意的是，關于如何調控電紡納米纖維降解引起的PH變化的工作還十分有限。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法，該發(fā)明將仿生纖維材料中引入具生物活性的堿性氨基酸來實現對酸性降解產物的中和調控；該發(fā)明可以減輕甚至消除脂肪族聚酯類材料降解后產物呈酸性引起的炎性反應,從而改善聚酯材料的生物相容性。
[0005]本發(fā)明的一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法，包括:
[0006]將脂肪族聚酯類聚合物和堿性氨基酸分別溶解在溶劑中，混勻，得紡絲原液，然后進行乳液電紡，即得脂肪族聚酯類復合納米纖維，其中脂肪族聚酯類聚合物在紡絲液中的濃度為5wt%-25wt%，堿性氨基酸在紡絲液中的含量為0.5wt%-2wt%。
[0007]所述脂肪族聚酯類聚合物為聚乳酸、聚羥基乙酸、聚己內酯中的一種或幾種。
[0008]所述堿性氨基酸為精氨酸、賴氨酸、組氨酸中的一種或幾種。
[0009]所述溶劑為水、乙酸、N，N- 二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲酸、硫酸、乙醇、甲醇、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氫呋喃、乙醚、二甲亞砜、三氟乙酸、六氟異丙醇、三氟乙醇中的一種或幾種。
[0010]所述乳液電紡工藝參數為:電壓為Ι-lOOkV，電場或接收距離為0.02-2m,噴絲頭直徑為I μ m-2mm，紡絲原液供給速率為0.1-lOmL/h，環(huán)境溫度為20_60°C，環(huán)境相對濕度為20%-80%。所述脂肪族聚酯類復合納米纖維的粒徑為500nm-1200nm。
[0011]所述脂肪族聚酯類復合納米纖維降解后pH值為6.8-7.2。
[0012]所述脂肪族聚酯類復合納米纖維降解后pH值為6.961-7.048。
[0013]由于堿性氨基酸是宿主肌體的主要成分之一，同時又能自行參與機體的新陳代謝，具有安全無毒性，因此，本發(fā)明針對聚酯類材料(PLGA)的酸性降解產物所帶來的不利生物學反應(如無菌性炎癥反應)的問題，通過在電紡PLGA纖維中引入具生物活性的堿性氨基酸組分，欲發(fā)明制備出一種降解后可使材料周圍環(huán)境的PH維持在中性(pH=6.8?7.2)的復合纖維(簡稱“中性纖維”)。
_4] 有益.效果
[0015](I)本發(fā)明將仿生纖維材料中引入具生物活性的堿性氨基酸來實現對酸性降解產物的中和調控，發(fā)展一種具生物活性的“中性纖維”;
[0016](2)本發(fā)明可以減輕甚至消除脂肪族聚酯類材料降解后產物呈酸性引起的炎性反應,從而改善聚酯材料的生物相容性；
[0017](3)本發(fā)明可以通過一步法快速、方便、大量、有效地制備該降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維PLGA/0.5%賴氨酸的掃描電鏡圖片；
[0019]圖2為降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維PLGA/1%賴氨酸的掃描電鏡圖片;
[0020]圖3為降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維PLGA/1.5%賴氨酸的掃描電鏡圖片；
[0021]圖4為降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維PLGA/2%賴氨酸的掃描電鏡圖片；[0022]圖5為降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維PLGA/賴氨酸及純的PLGA納米纖維在PBS中的降解曲線；
[0023]圖6為為降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維PLGA/賴氨酸在PBS中降解60天后的掃描電鏡圖片；其中a為PLGA/0.5%賴氨酸，b為PLGA/1%賴氨酸，c為PLGA/1.5%賴氨酸，d為PLGA/2%賴氨酸。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0025]實施例1
[0026](I) PLGA溶于THF和DMF的混合溶劑，THF和DMF的體積比為3:1作為PLGA的紡絲溶劑，紡絲液濃度為25% (w/v)。向上述紡絲液中加入0.5wt%的賴氨酸。為了增加復合體系的可紡性和穩(wěn)定性，向上述紡絲液中加入少量的Span-80乳化劑，常溫下磁力攪拌12小時候，超聲乳化，使得賴氨酸能夠均一、穩(wěn)定地分散在PLGA紡絲液中，紡絲液顏色由黃色向淺黃色過渡，用由此得到的乳化液進行電紡絲。
[0027](2)選用IOmL的注射器，1.2mL內徑的針頭，抽取上述紡絲液，固定在靜電紡絲裝置上進行電紡，紡絲參數:電壓為10?12KV，接收距離10?15cm，室溫，環(huán)境濕度20%左右。采用鋁箔為接收裝置，紡絲2小時，將收集到的纖維膜放入真空干燥箱中干燥24小時，得到降解后PH呈中性的復合納米纖維膜，纖維膜的形貌如圖1所示，纖維平均直徑為lOOOnm。
[0028](3)將上述降解后pH呈中性的復合納米纖維膜裁制成長X寬X高為10X10X0.1mm3的試樣，用蒸餾水沖洗，干燥后，放入離心管內，加入IOmL PBS(pH=7.4)緩沖液完全浸潤樣片，放入37°C恒溫水浴鍋內進行降解實驗。降解過程中不予任何干預措施，使降解系統保持常態(tài)。每隔一周固定時間段測定浸泡液的PH值，每個樣品3組平行試樣，pH值取三組平行試樣的平均值為最終結果，降解曲線見圖5所示，降解42天后pH值為6.961，而純的PLGA降解42天后的pH值為6.448，可以看出加入賴氨酸的樣品降解后的pH值有了較大的提高，降解60天后的纖維膜的形貌如圖6a所示。
[0029]實施例2
[0030](I) PLGA溶于THF和DMF的混合溶劑，THF和DMF的體積比為3:1作為PLGA的紡絲溶劑，紡絲液濃度為20% (w/v)。向上述紡絲液中加入lwt%的賴氨酸。為了增加復合體系的可紡性和穩(wěn)定性，向上述紡絲液中加入少量的Span-80乳化劑，常溫下磁力攪拌12小時候，超聲乳化，使得賴氨酸能夠均一、穩(wěn)定地分散在PLGA紡絲液中，紡絲液顏色由黃色向淺黃色過渡，用由此得到的乳化液進行電紡絲。
[0031](2)選用IOmL的注射器，1.2mL內徑的針頭，抽取上述紡絲液，固定在靜電紡絲裝置上進行電紡，紡絲參數:電壓為14?16KV，接收距離15?20cm，室溫，環(huán)境濕度40%左右。采用鋁箔為接收裝置，紡絲2小時，將收集到的纖維膜放入真空干燥箱中干燥24小時，得到降解后PH呈中性的復合納米纖維膜，纖維膜的形貌如圖2所示，纖維平均直徑為700nm。
[0032](3)將上述降解后pH呈中性的復合納米纖維膜裁制成長X寬X高為10X10X0.1mm3的試樣，用蒸餾水沖洗，干燥后，放入離心管內，加入IOmL PBS(pH=7.4)緩沖液完全浸潤樣片，放入37°C恒溫水浴鍋內進行降解實驗。降解過程中不予任何干預措施，使降解系統保持常態(tài)。每隔一周固定時間段測定浸泡液的PH值，每個樣品3組平行試樣，pH值取三組平行試樣的平均值為最終結果，降解曲線見圖5所示，降解42天后pH值為7.037，降解60天后的纖維膜的形貌如圖6b所示。
[0033]實施例3
[0034](I) PLGA溶于THF和DMF的混合溶劑，THF和DMF的體積比為3:1作為PLGA的紡絲溶劑，紡絲液濃度為10% (w/v)。向上述紡絲液中加入1.5wt%的賴氨酸。為了增加復合體系的可紡性和穩(wěn)定性，向上述紡絲液中加入少量的Span-80乳化劑，常溫下磁力攪拌12小時候，超聲乳化，使得賴氨酸能夠均一、穩(wěn)定地分散在PLGA紡絲液中，紡絲液顏色由黃色向淺黃色過渡，用由此得到的乳化液進行電紡絲。
[0035](2)選用IOmL的注射器，1.2mL內徑的針頭，抽取上述紡絲液，固定在靜電紡絲裝置上進行電紡，紡絲參數:電壓為14?16KV，接收距離15?20cm，室溫，環(huán)境濕度40%左右。采用鋁箔為接收裝置，紡絲2小時，將收集到的纖維膜放入真空干燥箱中干燥24小時，得到降解后PH呈中性的復合納米纖維膜，纖維膜的形貌如圖3所示，纖維平均直徑為900nm。
[0036](3)將上述降解后pH呈中性的復合納米纖維膜裁制成長X寬X高為10X10X0.1mm3的試樣，用蒸餾水沖洗，干燥后，放入離心管內，加入IOmL PBS(pH=7.4)緩沖液完全浸潤樣片，放入37°C恒溫水浴鍋內進行降解實驗。降解過程中不予任何干預措施，使降解系統保持常態(tài)。每隔一周固定時間段測定浸泡液的PH值，每個樣品3組平行試樣，pH值取三組平行試樣的平均值為最終結果，降解曲線見圖5所示，降解42天后pH值為7.04，降解60天后的纖維膜的形貌如圖6c所示。
[0037]實施例4
[0038](I) PLGA溶于THF和DMF的混合溶劑，THF和DMF的體積比為3:1作為PLGA的紡絲溶劑，紡絲液濃度為5%(w/v)。向上述紡絲液中加入2wt%的賴氨酸。為了增加復合體系的可紡性和穩(wěn)定性，向上述紡絲液中加入少量的Span-80乳化劑，常溫下磁力攪拌12小時候，超聲乳化，使得賴氨酸能夠均一、穩(wěn)定地分散在PLGA紡絲液中，紡絲液顏色由黃色向淺黃色過渡，用由此得到的乳化液進行電紡絲。
[0039](2)選用IOmL的注射器，1.2mL內徑的針頭，抽取上述紡絲液，固定在靜電紡絲裝置上進行電紡，紡絲參數:電壓為14?16KV，接收距離15?20cm，室溫，環(huán)境濕度60%左右。采用鋁箔為接收裝置，紡絲2小時，將收集到的纖維膜放入真空干燥箱中干燥24小時，得到降解后PH呈中性的復合納米纖維膜，纖維膜的形貌如圖4所示，纖維平均直徑為1200nm。
[0040](3)將上述降解后pH呈中性的復合納米纖維膜裁制成長X寬X高為10X10X0.1mm3的試樣，用蒸餾水沖洗，干燥后，放入離心管內，加入IOmL PBS(pH=7.4)緩沖液完全浸潤樣片，放入37°C恒溫水浴鍋內進行降解實驗。降解過程中不予任何干預措施，使降解系統保持常態(tài)。每隔一周固定時間段測定浸泡液的PH值，每個樣品3組平行試樣，pH值取三組平行試樣的平均值為最終結果，降解曲線見圖5所示，降解42天后pH值為7.048，降解60天后的纖維膜的形貌如圖6d所示。
【權利要求】
1.一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法，包括: 將脂肪族聚酯類聚合物和堿性氨基酸分別溶解在溶劑中，混勻，得紡絲原液，然后進行乳液電紡，即得脂肪族聚酯類復合納米纖維，其中脂肪族聚酯類聚合物在紡絲液中的濃度為5wt%-25wt%，堿性氨基酸在紡絲液中的含量為0.5wt%-2wt%。
2.根據權利要求1所述的一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法，其特征在于:所述脂肪族聚酯類聚合物為聚乳酸、聚羥基乙酸、聚己內酯中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法，其特征在于:所述堿性氨基酸為精氨酸、賴氨酸、組氨酸中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法，其特征在于:所述溶劑為水、乙酸、N, N- 二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲酸、硫酸、乙醇、甲醇、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氫呋喃、乙醚、二甲亞砜、三氟乙酸、六氟異丙醇、三氟乙醇中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法，其特征在于:所述乳液電紡工藝參數為:電壓為Ι-lOOkV，電場或接收距離為0.02-2m，噴絲頭直徑為I μ m-2mm，紡絲原液供給速率為0.1-lOmL/h，環(huán)境溫度為20_60°C，環(huán)境相對濕度為 20%-80%。
6.根據權利要求1所述的一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法，其特征在于:所述脂肪族聚酯類復合納米纖維的粒徑為500nm-1200nm。
7.根據權利要求1所述的一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法，其特征在于:所述脂肪族聚酯類復合納米纖維降解后PH值為6.8-7.2。
8.根據權利要求7所述的一種降解后pH呈中性的脂肪族聚酯類納米纖維的制備方法，其特征在于:所述脂肪族聚酯類復合納米纖維降解后PH值為6.961-7.048。
【文檔編號】D01D5/00GK103469347SQ201310396001
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權日:2013年9月3日
【發(fā)明者】張彥中, 包敏, 周雅慧, 袁卉華, 婁向新 申請人:東華大學