高壓靜電紡絲制備的含納米孔網(wǎng)絡纖維及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高壓靜電紡絲纖維及其應用技術領域，具體涉及一種基于高壓靜電紡絲技術所制備的含納米孔網(wǎng)絡的纖維及其在骨組織工程中的應用。
【背景技術】
[0002]人體各種組織的損傷極為普遍，特別像骨、軟骨缺損以及肌腱、韌帶等結締組織損傷越來越多，約占運動損傷的50%。有數(shù)據(jù)表明，在2001年，歐洲的骨移植手術有408000例，而單美國就有605000例。目前，全球65歲以上人口的骨移植手術每年以2?3 %的速度增長。另外，由于人們物質生活水平的提高、生活方式的改變以及醫(yī)學水平的提高這些都使得對骨移植、骨修復手術的更多需求和更廣泛的應用。在我國，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國每年因各類交通事故、骨科疾病等因素，造成骨缺損或骨損傷的患者有300萬人，骨骼不健全的人數(shù)有上千萬，據(jù)不完全估計全國每年個體匹配骨骼的市場總額至少在五千萬元以上。目前臨床骨組織缺損主要靠自體/異體骨組織來修復，但是這些治療方法都有其固有的缺陷。如自體能提供給骨缺損部位移植的骨組織較少同時需要犧牲提供骨組織區(qū)域骨的功能，并且取自體骨需要另行手術增加了感染的風險，而異體組織來源困難且可能存在免疫和倫理上的問題，從而使制備生物相容性好、可降解聚合物作為骨組織工程的替代材料獲得了廣泛研宄，高壓靜電紡絲就是其中一種制備生物相容性好、可降解聚合物作為骨組織工程的替代材料的常規(guī)方法。
[0003]具體來說，高壓靜電紡絲就是將聚合物溶液或熔體在高壓靜電場下進行拉伸、冷卻或溶劑揮發(fā)形成纖維的技術，其是最常見也是最簡單的用來制造納米纖維的技術，1934年因Formhals申請注冊首個專利而聞名于世(US2187306A)。高壓靜電紡絲纖維雖有文獻報道稱其具有制備簡單、可控，高孔隙率及比表面積，功能化表面等優(yōu)良特點，并被廣泛應用于組織工程，如 Ramier 等(Ramier J, Grande D, Bouderlique T et al.From design ofb1-based b1composite electrospun scaffolds to osteogenic differentiat1n ofhuman mesenchymal stromal cells.J Mater Sc1:Mater Med, 2014，25:1563 - 1575.)報道了在紡絲纖維上可以更好的誘導人骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化，但遺憾的是，大多數(shù)靜電紡絲纖維表面光滑不存在相互貫通的納米級尺寸孔洞，這不僅限制了纖維支架的比表面積的進一步增加，同時也使得其作為骨組織工程支架時也不利于鈣鹽的沉積。
[0004]對于目前公開的通過控制一些靜電紡絲的工藝條件可在納米纖維表面形成所謂納米“孔”方法，如2007年CN2921043Y中介紹了 “一種靜電紡絲法制備的帶有納米孔的纖維”，盡管該專利也提及了所得纖維表面帶有納米孔，但該專利既未給出具體的制備方法，也未給出纖維絲表面納米孔的形態(tài)檢測等信息，因此該技術沒有可行性及實用價值。又如曹勝光等(曹勝光，胡炳環(huán)，劉海清.靜電紡制備納米孔結構聚乳酸(PLLA)超細纖維.高分子學報.2010.10:1193-1198.)報道的在嚴格控制溶劑二氯甲烷/N，N-二甲基甲酰胺的比例、PLLA濃度和電場強度下，采用溶劑快速揮發(fā)使纖維表面的溫度快速降低，形成熱致相分離引起孔洞生成的方法。其成孔原理是，根據(jù)纖維表面溫度的降低可使空氣中的水汽凝結到纖維上，水是PLLA的非溶劑，水珠周圍的PLLA溶液會凝固，當水揮發(fā)后就在PLLA纖維上留下了孔洞。該制備方法雖然可以在PLLA纖維絲表面形成納米孔，但是因需要嚴格控制溶劑、濃度、電場條件，同時其成孔原理對環(huán)境濕度依賴性較強，故限制了其大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]又如Casper 等(Casper, C.L., Stephens J.S., Tassi N.G., Chase B.and RaboltJ.F., Controlling Surface Morphology of Electrospun Polystyrene Fibers:Effectof Humidity and Molecular Weight in the Electrospinning Process.Macromoleculars, 2004.37:573-578.)報道通過嚴格控制環(huán)境濕度和苛刻的選擇聚合物及其溶劑制成了表面多孔的纖維絲，其孔的直徑在20-350nm。但首先，采用該技術無法在工廠環(huán)境下嚴格控制濕度來達到成孔效果，其次，該方法只能在納米纖維表面形成納米孔，未貫穿整個纖維，所形成的納米孔相當于只是在纖維絲表面形成一些坑狀的壓跡。
[0006]又如Gupta 等(Gupta A, Saquing CD, Afshari M, et al.PorousNylon-6Fibers via a Novel Salt-1nduced Electrospinning Method.Macromoleculars, 2009, 42(3):709-715.)將尼龍-6和氯化鎵溶于硝基甲烷中，通過高壓靜電紡絲制備成纖維，然后將纖維水洗24小時，除去纖維中的氯化鎵，從而得到多孔的尼龍-6納米纖維。該方法通過水洗除去靜電紡絲纖維中的一種成分而成孔，制備工藝相對復雜，同時制備成的纖維上納米孔分布極其不均勻，也難以制備成內(nèi)部相互貫通的納米孔網(wǎng)絡。
[0007]又如Han 等人公開的(Han SQ, Son WK, Cho Dff, et al.Preparat1n ofporous ultra-fine fibers via selective thermal degradat1n of electrospunpolyetherimide/poly(3~hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate)fibers.PolymerDegradat1n and Stability.2004, 86 (2): 257-262.)采用熱處理法制備帶孔的納米纖維，其是選用了兩種不同分解溫度的聚合物聚乙烯亞胺(PEI)和聚羥基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)按不同質量比共混進行靜電紡絲，得到了光滑的PEI/PHBV復合納米纖維，然后再對復合納米纖維進行熱處理(210°C和240°C )，使其中較低分解溫度的聚合物分解后便形成帶孔的納米纖維。該方法雖然能形成帶納米孔的纖維，但需要經(jīng)高溫煅燒處理，制備過程繁瑣，生產(chǎn)成本高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，同時形成的孔并沒有形成納米孔網(wǎng)絡。
[0008]再如McCann 等人(Touny AH, Bhaduri SB.A Reactive ElectrospinningApproach for Nanoporous PLA/monetite Nanocomposite Fibers.Materials science&Engineering C-Materials for B1logical Application.2010, 30(8):1304-1312.)又報道了將靜電紡絲接收裝置放入液氮中，然后真空干燥除去溶劑，稱可得到表面和內(nèi)部都有多孔結構的納米纖維，其原理在于納米纖維在液氮中發(fā)生相分離形成溶劑富余相和聚合物富余相，聚合物富集相在其玻璃化溫度之下會發(fā)生玻璃化，隨著溶劑的揮發(fā)，就形成了內(nèi)部和表面都有孔的聚合物纖維。但該種方法由于要大量使用液氮，制備條件復雜苛刻，同時其采用的原理為固液相分離，可控性較差。
[0009]還值得一提的是，不僅現(xiàn)有技術制備的這些納米“孔”實際上只是一種存在于纖維絲表面的半封閉的“盲孔”(Silke Megelski, Jean S.Stephens, D.Bruce Chase, and JohnF.RaboIt.Micro-and Nanostructured Surface Morphology on Electrospun PolymerFibers.Macromolecules, 2002, 35, 8456-8466.)，同時其制備方法往往也過于繁瑣、不易控制、重復性較差，不利于大批量工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術存在的不足，首先提供一種用高壓靜電紡絲技術制備的含納米孔網(wǎng)絡纖維。
[0011]本發(fā)明的另一目的是提供一種上述方法制備的含納米孔網(wǎng)絡纖維的應用。
[0012]本發(fā)明提供的高壓靜電紡絲制備的含納米孔網(wǎng)絡纖維，其特征在于該纖維是由聚碳酸亞丙醋(Poly (propylene carbonate)，PPC)與聚