[发明专利]纳米纤维增强水凝胶仿生人工半月板复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料或生物复合材料技术领域，特别是提供了一种纳米细菌纤维素膜增强水凝胶仿生半月板复合材料的制备方法。

背景技术

在膝关节连续运动中，半月板起着重要的承担传递载荷、缓冲负荷、稳定和润滑关节等作用。因此，半月板的结构的完整性对保持膝关节的功能性有着至关重要意义。然而，由于半月板的三分之二的区域为无血液供应区的白区，这就导致无血液供应的白区半月板一旦受到损伤就不能自行修复。传统的治疗只关注于对损伤半月板的切除、修整和成形等，虽然能短暂的解除患者的病痛，但是由于丧失了半月板的功能，关节退行性变加速，最终导致膝关节关节炎的产生，从而影响人们的正常生活。目前，针对人体膝关节半月板损伤的修复手段主要有，同种异体移植，人工假体植入修复以及组织工程三种方法，但是这三种方法都存在着各自的不足。目前，国内外关于人工半月板假体植入修复材料的研究报导较少，其中一个重要原因就是缺少能够满足半月板特殊力学性能要求，同时具有良好生物相容性的材料体系。

目前，研究较多的利用各种材料如聚四乙烯网、硅、碳纤维、涤纶等制备人工半月板假体以及脂肪垫和肌腱组织等自体组织植入修复物修复或植入修复半月板的方法在一定程度上能起到暂时的代替作用，但一些临床相关问题如：组织工程化半月板的耐用性、生物相容性、支架材料的力学强度、细胞因子的使用和应力刺激的选择等问题有待进一步优化。例如，蚕丝纤维-胶原复合构建的人工半月板具有良好的力学性能，短期能够植入修复半月板的功能，但是其动物实验的结果表明，由蚕丝蛋白纤维与胶原构建的人工半月板植入修复材料的长期使用效果不佳，长期使用会导致关节退变，引发关节炎症。日本研究人员 Kobayashi 等人用聚乙烯乙醇水凝胶(PVA-H)做了人体半月板植入修复物的研究，发现较高容量的 PVA-H显示的粘弹性与人类半月板的粘弹性相似，但其与骨基底的结合性能差，且缺乏足够的力学强度，这直接影响了软骨的固定，修复及其功能的恢复。如何赋予人工半月板较好的生物活性连接性和表面润滑性，同时又使其具有优异的生物力学性能和耐久性，这是国内外均没有解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米细菌纤维素增强水凝胶仿生半月板材料的制备方法 ，使制备出的复合水凝胶仿生半月板材料具有良好的弹性模量和抗拉强度，同时制备方法简单、制作成本低、纳米细菌纤维素膜层与水凝胶层相互粘结良好，在保持高含水率的条件下将其各项力学性能提高到接近于真实人体半月板。

本发明技术方案是：通过预处理去除细菌纤维素（BC）膜上的培养基和其它杂质，使用去离子水冲洗至PH值为7，采用加热搅拌的方法制备聚乙烯醇（PVA）溶液，用浸渍法或叠层法制备增强纳米细菌纤维膜，再经过数次的物理冷冻解冻方法，最后得到具有良好综合力学性能的BC膜增强聚乙烯醇水凝胶仿生人工半月板材料。

具体制备工艺如下：

方法一：叠层增强法：

步骤一、聚乙烯醇溶液的制备。

称取一定量的平均聚合度为1750±200的聚乙烯醇颗粒，按照质量分数为5%-50%的配比加入去离子水在80-120℃下加热搅拌1～2h;

在50-80℃的水浴锅中静置0.5-1h，除去溶液中的气泡并保温。

步骤二、增强纳米细菌纤维素（BC）膜的预处理。

1.取纳米细菌纤维素膜按照模具大小裁剪成一定尺寸，用清水多次冲洗，除去膜表面培养基及杂质再将膜浸泡于0.01~0.5mol/L的NaOH溶液，80-100℃下煮沸5～60min，去除液膜中的菌体和残留培养基，此时膜呈乳白色半透明。

2.用蒸馏水多次冲洗，用pH试纸轻压膜测pH值，约7.1-7.5，得到预处理的纳米BC膜。

3.再将预处理的纳米BC膜放置平台上，对其施加一定的压力，得到含水量为75-90%的BC膜；将处理后的纳米细菌纤维素膜浸渍在步骤一中制得的PVA溶液里0.5-1h，预处理完毕。

步骤三、纳米细菌纤维素膜增强水凝胶人工半月板复合材料制备。

1.将预处理好的纳米BC膜取出，在预先制作的模具底部铺展，保证其没有褶皱，并与模具底部完美接触没有空隙；

2.将处理好并保持50-80℃的PVA水溶液浇入模具，并使其均匀的铺展在底层纳米BC膜之上，厚度约为2-5mm；

3.再取出一块已裁剪为模具形状的纳米BC膜，按照“1”的方法，将其铺展在已均匀分布在底层纳米BC膜的PVA水溶液上；