CN103225178B - 含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜及制备方法。该复合膜由上、下膜层及两层膜之间微球层构成，其中，上、下膜层是由聚丙交酯- co -乙交酯的纤维形成，微球层是由聚丙交酯- co -乙交酯与生物活性物质构成；其制备过程：在接收屏上以聚丙交酯- co -乙交酯溶液为原料，电纺纤维形成下膜层；在下膜层上以聚丙交酯- co -乙交酯溶液和骨形态发生蛋白-2溶液的乳液为原料，电喷及移动掩膜形成微球层；在微球层上以制备下膜层相同过程制备上膜层。本发明的优点在于，制备过程简单、条件温和，制得的含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜，用于骨界面组织的修复。
Description
技术领域
本发明涉及一种含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜及制备方法，属于骨界面组织修复生物材料领域。
背景技术
肌骨组织中，软骨-骨、肌腱-骨、韧带-骨等界面组织在解剖结构和组织成分上呈梯度分布，所以构建结构和组成呈连续梯度变化的组织工程支架，以实现界面组织良好修复非常重要。
电纺纤维直径通常介于数十纳米至数微米之间，纤维无序堆砌形成无纺布，纤维膜比表面积大、孔隙率高且相互贯通。具有这些优异特性的电纺纤维膜可在一定程度上仿生细胞外基质的结构和生物学功能，为细胞的粘附、增殖和分化提供理想的微环境，以满足组织工程的要求。电纺纤维膜在骨、软骨、肌腱和韧带等组织修复方面应用广泛。电喷制备载药微球方法简单、过程温和，且制备的微球表面光滑、大小均匀、粒径分布比较窄且单分散，这些特点在药物释放过程中具有很大的优势。
近年来，制备成分组成呈梯度分布的电纺纤维膜已有报道。例如，Erisken等利用两个挤出电纺装置制备了具有功能化梯度纳米复合结构的聚己内酯/b-磷酸三钙纤维膜，此制备方法可以实现b-磷酸三钙粒子从超细纤维膜上表面和下表面之间形成梯度分布，以模拟骨-软骨界面组织的梯度结构和组成(Erisken C, Kalyon DM, Wang H. Functionally graded electrospun polycaprolactone and beta-tricalcium phosphate nanocomposites for tissue engineering applications, Biomaterials, 2008, 29(30):4065-4073)；Samavedi等通过共电纺的方法制备了羟基磷灰石晶粒呈梯度分布的聚己内酯/聚酯聚氨酯脲弹性体超细纤维膜，可以用于韧带-骨组织界面的修复(Samavedi S, Horton CO, Guelcher, SA, Goldstein AS, Whittington, et al. Fabrication of a model continuously graded co-electrospun mesh for regeneration of the ligament-bone interface, Acta Biomaterialia, 2011, 7(12): 4131-4138)；Du等用共电纺的方法制备了壳聚糖/聚己内酯超细纤维血管梯度支架，其中壳聚糖和聚己内酯的含量在血管壁厚上呈现相反的梯度分布(Du F, Wang H, Zhao W, Li D, et al. Gradient nanofibrous chitosan/poly e-caprolactone scaffolds as extracellular microenvironments for vascular tissue engineering, Biomaterials, 2012, 33(3): 762-770)；Zhang等将微流体技术和电纺技术相结合，得到了聚丙交酯-co-乙交酯/明胶的组成、特氟龙纳米颗粒，以及生物活性因子(罗丹明B、免疫球蛋白或***)呈梯度分布的超细纤维膜，结果表明***呈梯度分布的纤维膜具有很强的原位诱导细胞分化能力(Zhang X, Gao X, Jiang L, Qin J. Flexible generation of gradient electrospinning nanofibers using a microfluidic assisted approach, Langmuir, 2012, 28(26): 10026-10032)。总之，梯度纤维膜的制备一般是在厚度方向上生物活性因子呈现梯度变化，或者是两种物质在长度方向上呈梯度分布，利用电纺和电喷微球相结合制备梯度纤维膜的研究还未见有报道。本发明提出一种用电纺和电喷相结合的方法，在简单温和的条件下制备含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜，以用于骨界面组织的修复，这方面的研究未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜及制备方法。该含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜，具有良好的生物活性，是骨组织界面修复的良好材料之一。其制备方法过程简单、条件温和。
本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜，其特征在于，该含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜为三层结构，上层和下层分别为上膜层、下膜层，在上膜层和下膜层之间是微球层，其中，上膜层和下膜层分别是由分子量为8万~15万的聚丙交酯-co-乙交酯结构材质的丝径为100~900 nm纤维形成，上下膜层厚度各为10~150 μm；微球层是由分子量为2万~4万的聚丙交酯-co-乙交酯与生物活性物质以质量比为20~100:1组成的微球集合体，其中，微球的粒径为5~20 μm，且微球的密度沿着纤维膜的长度方向或宽度方向呈梯度递减或梯度递增分布。
上述结构的含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜，其特征在于，生物活性物质包括骨形态发生蛋白-2。
上述结构的含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜的制备方法，其特征在于包括以下过程：
（1）在接收屏上制备下膜层：将分子量为8万~15万的聚丙交酯-co-乙交酯溶解于氯仿与三氟乙醇体积比为6:4的混合溶剂中，搅拌配制成质量浓度为8~12%的聚丙交酯-co-乙交酯溶液，以该溶液为电纺原料，用内径为0.14 mm的注射器针头，在电压为10~20 kV、流速为0.1~1.0 mL/h和接收距离为10~20 cm的电纺条件下，纺制丝径为100~900 nm纤维形成厚度为10~150 μm的下膜层；
（2）在下膜层上制备中间微球层：将骨形态发生蛋白-2加入磷酸盐缓冲液中，配制成质量浓度为6.7~33%的骨形态发生蛋白-2溶液，记为溶液1；将分子量为2万~4万的聚丙交酯-co-乙交酯加入二氯甲烷中，配制成质量浓度为10%的聚丙交酯-co-乙交酯溶液，记为溶液2；按溶液1与溶液2的体积比为1:20~67，将溶液1滴加溶液2中形成均匀的W/O型乳液，以该W/O型乳液为原料，用内径为0.14 mm的注射器针头，在电压为5~10 kV、流速为0.1~1.0 mL/h和接收距离为10~20 cm的电喷条件下，以及在掩膜沿着下膜层的长度方向或宽度方向从一侧向另一侧以1~5 cm/h匀速移动，同时进行电喷和掩膜移动，在下膜层上形成微球密度呈梯度分布、粒径为5~20 μm的微球层；
（3）在微球层上制备上膜层：采用与步骤（1）相同的电纺原料和电纺条件，纺制丝径为100~900 nm纤维形成厚度为10~150μm的上膜层，从而得到含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜。
本发明的优点在于，通过电纺和电喷相结合的方法，利用接收屏上方连续移动的掩膜可以来控制电喷微球的量，从而得到微球呈梯度分布的纤维/微球复合膜。将微球中负载生物活性物质，从而能得到含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜。图4~9为本发明含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜的下膜层与其上的中间微球层微球密度由多到少的SEM照片，从中可以很明显地看出微球密度的梯度变化。该方法简单易行，亦适用于微球中可以包载任何一种或多种生物活性物质，因而可以实现含梯度分布一种或多种生物活性物质的超细纤维/微球复合膜的制备。
附图说明
图1为本发明含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜的下膜层结构示意图。
图2为本发明含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜的下膜层与其上的中间微球层的结构示意图。
图3为本发明含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜的下膜层、中间微球层和上膜层的结构示意图。
图4 -9为本发明含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜的下膜层与其上的中间微球层微球密度由多到少分布状态的SEM照片。
具体实施方式
实施例1
（1）在接收屏上制备下膜层：将分子量为9万的聚丙交酯-co-乙交酯溶解于5 mL氯仿与三氟乙醇体积比为6:4的混合溶剂中，搅拌配制成质量浓度为12%聚丙交酯-co-乙交酯溶液，以该溶液为电纺原料，在注射器针头的内径为0.14 mm，电压为10 kV、流速为0.8 mL/h和接收距离为18 cm的电纺条件下，纺制丝径为100~900 nm纤维并形成的厚度为18 μm下膜层；
（2）在下膜层上制备中间微球层：将骨形态发生蛋白-2加入30 μL磷酸盐缓冲液中，配制成质量浓度为10%的骨形态发生蛋白-2溶液，记为溶液1；将分子量为3万的聚丙交酯-co-乙交酯加入2 mL二氯甲烷中，配制成质量浓度为10%的聚丙交酯-co-乙交酯溶液，记为溶液2；按溶液1与溶液2的体积比为1/67，将溶液1滴加溶液2中形成均匀的W/O型乳液，以该W/O型乳液为原料，在注射器针头的内径为0.14 mm，电压为8 kV、流速为0.6 mL/h和接收距离为18 cm的电喷条件下，以及在掩膜沿着下膜层的长度方向或宽度方向从一侧向另一侧以移动速度为1 cm/h开始匀速移动的同时，电喷形成粒径为5~20 μm的微球层。
（3）在微球层上制备上膜层：采用与步骤（1）相同的电纺原料和电纺条件，在微球层上纺成丝径为100~900 nm纤维并形成厚度为18 μm上膜层，得到含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜。
实施例2
（1）在接收屏上制备下膜层：将分子量为8万的聚丙交酯-co-乙交酯溶解于5 mL氯仿与三氟乙醇体积比为6:4的混合溶剂中，搅拌配制成质量浓度为8%聚丙交酯-co-乙交酯溶液，以该溶液为电纺原料，在注射器针头的内径为0.14 mm，电压为20 kV、流速为1.0 mL/h和接收距离为20 cm的电纺条件下，纺制丝径为100~900 nm纤维并形成的厚度为18 μm下膜层；
（2）在下膜层上制备中间微球层：将骨形态发生蛋白-2加入30 μL磷酸盐缓冲液中，配制成质量浓度为6.7%的骨形态发生蛋白-2溶液，记为溶液1；将分子量为3万的聚丙交酯-co-乙交酯加入2 mL二氯甲烷中，配制成质量浓度为10%的聚丙交酯-co-乙交酯溶液，记为溶液2；按溶液1与溶液2的体积比为1/67，将溶液1滴加溶液2中形成均匀的W/O型乳液，以该W/O型乳液为原料，在注射器针头的内径为0.14 mm，电压为5 kV、流速为0.1 mL/h和接收距离为20 cm的电喷条件下，以及在掩膜沿着下膜层的长度方向或宽度方向从一侧向另一侧以移动速度为2 cm/h开始匀速移动的同时，电喷形成粒径为5~20 μm的微球层。
（3）在微球层上制备上膜层：采用与步骤（1）相同的电纺原料和电纺条件，在微球层上纺成丝径为100~900 nm纤维并形成厚度为18 μm上膜层，得到含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜。
实施例3
（1）在接收屏上制备下膜层：将分子量为8万的聚丙交酯-co-乙交酯溶解于5 mL氯仿与三氟乙醇体积比为6:4的混合溶剂中，搅拌配制成质量浓度为8%聚丙交酯-co-乙交酯溶液，以该溶液为电纺原料，在注射器针头的内径为0.14 mm，电压为20 kV、流速为1.0 mL/h和接收距离为20 cm的电纺条件下，纺制丝径为100~900 nm纤维并形成的厚度为18 μm下膜层；
（2）在下膜层上制备中间微球层：将骨形态发生蛋白-2加入30 μL磷酸盐缓冲液中，配制成质量浓度为33%的骨形态发生蛋白-2溶液，记为溶液1；将分子量为3万的聚丙交酯-co-乙交酯加入2 mL二氯甲烷中，配制成质量浓度为10%的聚丙交酯-co-乙交酯溶液，记为溶液2；按溶液1与溶液2的体积比为1/20，将溶液1滴加溶液2中形成均匀的W/O型乳液，以该W/O型乳液为原料，在注射器针头的内径为0.14 mm，电压为10 kV、流速为1.0 mL/h和接收距离为10 cm的电喷条件下，以及在掩膜沿着下膜层的长度方向或宽度方向从一侧向另一侧以移动速度为5 cm/h开始匀速移动的同时，电喷形成粒径为5~20 μm的微球层。
（3）在微球层上制备上膜层：采用与步骤（1）相同的电纺原料和电纺条件，在微球层上纺成丝径为100~900 nm纤维并形成厚度为18 μm上膜层，得到含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜。
Claims (1)
1.一种含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜的制备方法，所述的含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜为三层结构，上层和下层分别为上膜层、下膜层，在上膜层和下膜层之间是微球层，其中，上膜层和下膜层分别是由分子量为8万 15万的聚丙交酯-co-乙交酯结构材质的丝径为100900 nm纤维形成，上、下膜层厚度各为10150 μm；微球层是由分子量为2万4万的聚丙交酯-co-乙交酯与包括骨形态发生蛋白-2的生物活性物质以质量比为20100:1组成的微球集合体，其中，微球的粒径为520 μm，且微球密度沿着纤维膜的长度方向或宽度方向呈梯度递减或梯度递增分布，其特征在于包括以下过程：
（1）在接收屏上制备下膜层：将分子量为8万15万的聚丙交酯-co-乙交酯溶解于氯仿与三氟乙醇体积比为6:4的混合溶剂中，搅拌配制成质量浓度为812%的聚丙交酯-co-乙交酯溶液，以该溶液为电纺原料，用内径为0.14 mm的注射器针头，在电压为1020 kV、流速为0.11.0 mL/h和接收距离为1020 cm的电纺条件下，纺制丝径为100900 nm纤维形成厚度为10150 μm的下膜层；
（2）在下膜层上制备中间微球层：将骨形态发生蛋白-2加入磷酸盐缓冲液中，配制成质量浓度为6.733%的骨形态发生蛋白-2溶液，记为溶液1；将分子量为2万4万的聚丙交酯-co-乙交酯加入二氯甲烷中，配制成质量浓度为10%的聚丙交酯-co-乙交酯溶液，记为溶液2；按溶液1与溶液2的体积比为1:2067，将溶液1滴加溶液2中形成均匀的W/O型乳液，以该W/O型乳液为原料，用内径为0.14 mm的注射器针头，在电压为510 kV、流速为0.11.0 mL/h和接收距离为1020 cm的电喷条件下，以及在掩膜沿着下膜层的长度方向或宽度方向从一侧向另一侧以15 cm/h匀速移动，同时进行电喷和掩膜移动，在下膜层上形成微球密度呈梯度分布、粒径为520 μm的微球层；
（3）在微球层上制备上膜层：采用与步骤（1）相同的电纺原料和电纺条件，纺制丝径为100900 nm纤维形成厚度为10150μm的上膜层，从而得到含梯度分布生物活性物质的纤维/微球复合膜。
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