CN102580578B

CN102580578B - 一种可降解中空纤维膜及其应用

Info

Publication number: CN102580578B
Application number: CN201210039733.7A
Authority: CN
Inventors: 沈新元; 邵成华; 卢新坤; 杨庆; 金晓懿
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: CN102580578A

Abstract

本发明涉及一种可降解中空纤维膜及其应用，该纤维膜由一种可完全生物降解材料聚碳酸丁二醇酯PBC组成，其中聚碳酸丁二醇酯的分子量为1万～25万；该纤维膜应用于组织工程中作为人造血管修复材料和导管支架材料。本发明所述纤维膜制备方法简单，能够批量制得不同内径、壁厚、长度和孔隙率的产品，且该种中空纤维膜力学性能良好，适合细胞生长且降解周期较短，在生物医用领域存在非常好的应用前景。

Description

一种可降解中空纤维膜及其应用

技术领域

本发明属于纤维膜及其应用领域，特别涉及一种可降解中空纤维膜及其应用。

背景技术

从二十世纪初开始，随着可靠的聚合方法的发现，以及高分子理论，物理和工程技术的巨大进展，导致并推动了一场材料革命，这场革命对人类历史的发展产生了深刻的影响。塑料、纤维和橡胶等高分子材料的使用给人们的生活带来了极大的便利。但与此同时，这些材料在使用后废弃所造成的环境污染也是非常严重的，这引起了世界各国的普遍重视。

为了减轻废弃高分子材料对环境的污染，现今对可降解材料的开发力度正逐步加强。世界各国，越来越多的研究机构和公司都投入了很大的力量来发展和生产可降解的高分子材料。

聚碳酸丁二醇酯(PBC)是一种于20世纪末合成的新型聚酯材料，但当时并未引起足够的重视。直到日益强调环境保护意识的今天，国内已有公司开始生产这种材料。PBC材料具有熔体强度高、加工成型性好、材料强度好、降解周期相对较短等优点。

同时，可降解生物医用材料的研究开发也是近年来的热点，人们一直希望能够得到更多可在预期时间内起到医用功效同时在体内降解的材料，希望以此来避免二次手术带来的痛苦。

聚碳酸丁二醇酯目前主要用来制备一些塑料制品，特别是可降解地膜等。但基于其良好的生物相容性和可降解性，这种材料在生物医用领域，特别是组织工程方面的应用前景非常良好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可降解中空纤维膜及其应用，该中空纤维膜力学强度好、表面光滑度佳、内部孔隙率可控、孔径可调，可以在组织工程中作为人造血管修复材料、导管支架材料使用，且该纤维膜制备方法操作简单，成本低，对设备要求不高，可规模化生产。

本发明的一种可降解中空纤维膜，该纤维膜由聚碳酸丁二醇酯(PBC)组成，其中聚碳酸丁二醇酯的分子量为1万～25万；中空纤维膜的外径为0.1～50mm，内径为0.1～50mm，微孔孔径为0.01um～1mm，孔隙率为5％～95％，长度为0.01～10m。

本发明的一种可降解中空纤维膜在组织工程中作为人造血管修复材料、导管支架材料或者其它医学应用。

本发明的一种可降解中空纤维膜应用于含水酒精的精馏。

所述可降解中空纤维膜如附图5所示。

该可降解中空纤维膜的制备方法，包括：

(1)将聚碳酸丁二醇酯PBC与致孔剂加入到高温挥发溶剂中，加热搅拌，待完全溶解后，经过滤、脱泡得到纺丝原料液；其中PBC质量分数为10～60％，致孔剂质量分数为0.05～30％；

(2)将上述纺丝原料液加热至25～60℃，然后用纺制中空纤维的专用喷丝头挤出，采用干-湿法或湿法纺丝工艺固化成型，即得可降解中空纤维膜。

步骤(1)中所述的高温挥发溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、乙酸、四氢呋喃(THF)、二甲亚砜(DMSO)、乙酸乙酯、丙酮中的一种或几种。

步骤(1)中所述的致孔剂为水溶性致孔剂，为聚合物致孔剂或无机颗粒致孔剂；聚合物致孔剂为淀粉、海藻酸钠、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟甲基壳聚糖、明胶、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺或聚乙烯基吡咯烷酮；无机颗粒致孔剂为钠盐、钾盐、铁盐或镍盐，其粒径小于5μm。

步骤(2)中所述的干-湿法纺丝，其工艺参数为：空气层高度0.5～20cm，凝固浴温度0～40℃；其拉伸为1～3级，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为10～40℃，拉伸倍数为1～10倍；然后在温水中除去溶剂和致孔剂，在惰性气体保护下烘干，经灭菌处理，即得PBC中空纤维膜。

步骤(2)中所述的湿法纺丝，其工艺参数为：凝固浴温度0～40℃；其拉伸为1～3级，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为10～40℃，拉伸倍数为1～10倍；然后在温水中除去溶剂和致孔剂，在惰性气体保护下烘干，经灭菌处理，即得PBC中空纤维膜。

步骤(2)中所述的加热是在具有加热保温功能的料筒种加热，所述的具有加热保温功能的料筒采用外设线圈加热或内置芯管加热。

步骤(2)中所述的纺制中空纤维的专用喷丝头的成芯方式为液压成芯、气压成芯或固体模具成芯。

所述喷丝头及料筒如附图1、2、3、4所示。

本发明的制备方法中，通过添加致孔剂来制备膜孔隙率与孔径；本发明制备的中空纤维膜具有力学强度好、表面光滑度佳、内部孔隙率可控、孔径可调的优点，可以在组织工程中作为人造血管修复材料、导管支架材料使用，也可用于除组织工程以外的生物医用领域的其他方面及医学外的其他领域。

本发明采用聚碳酸丁二醇酯作为制备中空纤维膜的材料，该材料具有良好的生物相容性、生物可降解性和优良的力学性能，制得的中空纤维膜适合组织工程种子细胞吸附和生长，对周围组织环境无副作用，降解产物无毒无害，易于排出体外，因此可以在组织工程中作为人造血管修复材料、导管支架材料使用，也可用于除组织工程以外的生物医用领域的其他方面。

本发明能够批量制备不同内径、壁厚、长度和孔隙率的中空纤维膜；由于制备方法中的加热温度在聚碳酸丁二醇酯的熔点以下，因此这种方法属于低温热致相分离法。

本发明将一种新型可降解生物材料聚碳酸丁二醇酯制备成为中空纤维膜，并将该纤维膜作为人造血管修复材料和导管支架材料应用于生物医用领域，为组织工程引入了一种新型可降解聚合物材料。

本发明的中空纤维膜采用一种新型聚酯材料聚碳酸丁二醇酯制备，将一种主要用于塑料领域的聚酯材料引入到医用领域，扩大了聚碳酸丁二醇酯的用途。

有益效果：

(1)本发明制备的中空纤维膜力学强度好、表面光滑度佳、内部孔隙率可控、孔径可调，且降解周期相对较短，降解产物对人体无毒无害，易于排出；

(2)本发明的制备方法采用聚碳酸丁二醇酯作为制备中空纤维膜的材料，操作简单，成本低，对设备的要求不高，可规模化生产；

(3)本发明的中空纤维膜可以在组织工程中作为人造血管修复材料、导管支架材料使用，也可用于除组织工程以外的生物医用领域的其他方面及医学外的其他领域，是一种非常具有潜力的可降解聚酯材料。

附图说明

图1为料筒及喷丝头组合图；

图2为喷丝头进料口图；

图3为喷丝口仰视图；

图4为可加热料筒的剖视图；

图5为不同直径和壁厚的中空纤维膜照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)将分子量为60000的聚碳酸丁二醇酯(PBC)粉碎烘干后加入分子量为8000的聚乙二醇(PEG)，将混合后的原料加入到N，N-二甲基甲酰胺中，加热到50℃，搅拌溶解制成溶液，该溶液中PBC占总质量的20％，PEG占总质量的5％，过滤溶液，真空脱泡5h；

(2)将纺丝溶液装入到具有加热保温功能的料筒中，保持温度在50℃，用纺制中空纤维的喷丝头挤出，采用湿法纺丝工艺固化成型，参数为：空气层高度0cm，凝固浴水，温度20℃；单级拉伸，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为25℃，拉伸倍数为1.5倍；然后在温水中除去溶剂和致孔剂，在氮气保护下烘干，经灭菌处理，即得PBC中空纤维膜。中空纤维膜的外径为5mm，内径为4mm，微孔孔径为0.8μm，孔隙率为80％，长度为5cm。

(3)将PBC中空纤维膜应用于缺损长度为5cm、直径为5mm的外伤性血管缺损修复。探查伤口后阻断血流，清除创口血块及异物，用1‰肝素盐水冲洗血管腔，选择外径5mm、内径4mm、长度5cm、微孔孔径0.8μm、孔隙率80％的PBC中空纤维膜，与缺损端血管进行端端连续交锁缝合；缝合伤口后观察愈合及修复情况，修复成功率100％，1年通畅率达70％。

实施例2

(1)将分子量为100000的聚碳酸丁二醇酯(PBC)粉碎烘干后加入分子量为75000的聚乙烯醇(PVA)，将混合后的原料加入到N，N-二甲基甲酰胺中，加热到40℃，搅拌溶解制成溶液，该溶液中PBC占总质量的25％，PVA占总质量的12％，过滤溶液，真空脱泡7h；

(2)将纺丝溶液装入到具有加热保温功能的料筒中，保持温度在40℃，用纺制中空纤维的喷丝头挤出，采用干-湿法纺丝工艺固化成型，参数为：空气层高度7cm，凝固浴水，温度20℃；其拉伸分2级进行，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为35℃，拉伸倍数为4倍；然后在温水中除去溶剂和致孔剂，空气吹风干燥，经灭菌处理，即得PBC中空纤维膜。纤维膜外径4mm，内径3mm，微孔孔径0.6μm，孔隙率90％，长度为50cm。

(3)将PBC中空纤维膜应用于缺损长度为2.5cm的坐骨神经缺损修复。以脐带间充质干细胞诱导分化而成的雪旺细胞接种于长度为2.5cm的PBC中空纤维膜的外部壁上，将人重组睫状神经营养因子CNTF(ciliary neurotrophic factor)通过芯吸效应进入PBC中空纤维膜内部直径为3mm的空腔和管壁上的孔径0.6μm的微孔中。观察愈合及坐骨神经缺损修复情况，神经元诱导率可达60％。

实施例3

(1)将分子量为150000的聚碳酸丁二醇酯(PBC)粉碎烘干后加入直径为0.8μm的氯化钠微粉，将混合后的原料加入到丙酮中，加热到55℃，搅拌溶解制成溶液，该溶液中PBC占总质量的25％，氯化钠微粉占总质量的2％，过滤溶液，真空脱泡5h；

(2)将纺丝溶液装入到具有加热保温功能的料筒中，保持温度在50℃，用纺制中空纤维的喷丝头挤出，采用湿法纺丝工艺固化成型，参数为：喷丝头与凝固浴间无空气层，凝固浴水，温度10℃；其拉伸分3级进行，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为30℃，拉伸倍数为3倍；然后在温水中除去溶剂和致孔剂，氮气吹风干燥，经灭菌处理，即得PBC中空纤维膜。纤维膜外径3.5mm，内径3mm，微孔孔径1μm，孔隙率20％，长度为3cm。(3)将PBC中空纤维膜应用于含水酒精的精馏。选择20根外径3.5mm、内径3mm、长度28cm微孔孔径1μm、孔隙率20％的PBC中空纤维膜组成膜组件作为精馏填料，通过渗透汽化与精馏耦合，将0.6mol％的含水酒精进行精馏，控制气速为40/cm；先通过渗透汽化将含水酒精浓度提高到95％(质量分数)，计算分离因子60-70，渗透通量为70-80(m²·h)，总传质系数随中空纤维膜组件填充密度的增加而减少；后用恒沸精馏进一步提纯到99.8(质量分数)。

Claims

1.一种可降解中空纤维膜，其特征在于：该纤维膜由聚碳酸丁二醇酯PBC组成，为管状；其中聚碳酸丁二醇酯的分子量为1万～25万；所述的可降解中空纤维膜的外径为0.1～50mm，内径为0.1～50mm，微孔孔径为0.01μm～1mm，孔隙率为5％～95％，长度为0.01～10m；该可降解中空纤维膜的制备方法，包括：

其中，所述的高温挥发溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF、N,N-二甲基乙酰胺DMAc、乙酸、四氢呋喃THF、二甲亚砜DMSO、乙酸乙酯、丙酮中的一种或几种；

所述的致孔剂为水溶性致孔剂，为聚合物致孔剂或无机颗粒致孔剂；聚合物致孔剂为淀粉、海藻酸钠、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟甲基壳聚糖、明胶、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺或聚乙烯基吡咯烷酮；无机颗粒致孔剂为钠盐、钾盐、铁盐或镍盐，其粒径小于5μm；

(2)将上述纺丝原料液加热至25～60℃，然后用纺制中空纤维的专用喷丝头挤出，采用干-湿法或湿法纺丝工艺固化成型，即得可降解中空纤维膜；

其中，所述的干-湿法纺丝，其工艺参数为：空气层高度0.5～20cm，凝固浴温度0～40℃；其拉伸为1～3级，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为10～40℃，拉伸倍数为1～10倍；然后在温水中除去溶剂和致孔剂，在惰性气体保护下烘干，经灭菌处理，即得PBC中空纤维膜；

所述的湿法纺丝，其工艺参数为：凝固浴温度0～40℃；其拉伸为1～3级，温水浴作为拉伸介质，温水浴温度为10～40℃，拉伸倍数为1～10倍；然后在温水中除去溶剂和致孔剂，在惰性气体保护下烘干，经灭菌处理，即得PBC中空纤维膜；

所述的加热是在具有加热保温功能的料筒中加热，所述的具有加热保温功能的料筒采用外设线圈加热或内置芯管加热；

所述的纺制中空纤维的专用喷丝头的成芯方式为液压成芯、气压成芯或固体模具成芯。

2.如权利要求1所述的一种可降解中空纤维膜在组织工程中作为人造血管修复材料或导管支架材料的应用。