[发明专利]一种多层纳米纤维织物骨组织工程支架材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，涉及一种多层纳米纤维织物骨组织工程支架材料及其制备方法，应用于骨修复或骨替代材料。

背景技术

由于创伤、肿瘤或先天发育不足等导致人体骨组织缺损的现象非常普遍，特别是随着我国步入老年人社会，年老易引起硬组织病变如骨质疏松。因而，临床治疗对于骨组织工程替代材料有着巨大的需求。人体骨具有分级结构，基本结构是高度矿化的胶原纤维，进一步平行排列成矿化的胶原纤维束（或称为阵列），这些矿化的胶原纤维束在空间形成不同的排列模式，并进一步组成更高层次的结构。例如，板层骨的特征是纳米胶原纤维束平行排列成板层，再垂直交替形成板层状的结构。能否获得一种理想的仿生天然细胞外基质结构的支架材料，是骨组织工程进行的主要挑战之一。目前的骨组织工程替代材料的制备常用的方法是：生物矿化、复合材料仿生混合、天然海绵组织等，然而，利用这些方法制备的支架材料存在力学性能差、孔隙率高、结构仿生差的问题。

静电纺是一种最具有吸引力的纳米技术，适合制备许多生物医用方面的纳米纤维材料。利用静电纺技术制备的取向或无规纳米纤维毡构建仿生支架在多种组织工程中的应用已经被很好的证明，因为它们能够仿生细胞外基质的胶原微纤成分，这种胶原微纤存在于各种生物组织细胞中。但是无论是取向还是无规取向的纳米纤维毡均存在力学性能差和二次加工困难的问题，很难形成结构性的支架材料。如果将纳米纤维纺成纱线并编织成织物，可以解决无纺纳米纤维支架材料力学性能差和二次加工困难的问题，同时可以仿生天然板层骨中分级取向的胶原纤维基质结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层纳米纤维织物骨组织工程支架材料的制备方法。通过静电纺丝的方法制备连续的由丝素和聚合物组成的纳米纤维纱线，利用机织的方法将纱线编织成多层的织物，得到可应用于骨组织工程的支架。这种骨组织工程支架不仅在成分上模拟了天然骨，而且在结构上达到了天然骨中的纳米尺度和多孔结构有利于细胞的粘附和生长，具有优异的力学性能，良好的生物相容性和生物降解性。

实现本发明目的的技术方案是，一种多层纳米纤维织物骨组织工程支架材料，它是由静电纺纳米纤维加捻形成纳米纤维纱线，通过机织的方法将纱线交织形成多层纳米纤维织物。

所述的纳米纤维由丝素蛋白和聚合物构成，丝素蛋白和聚合物的质量比为1：1-19，纳米纤维的直径200-900nm。所述的丝素蛋白来源于桑蚕蚕丝和柞蚕蚕丝，丝素蛋白分子的特性粘度[η]大于或等于0.50。所述的聚合物为聚乙烯（PE）、聚乙交酯（PGA）、聚乳酸（PLA）、左旋聚乳酸（PLLA）和聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）的一种或几种，聚合物的分子量大于等于100000。所述的纳米纤维纱线的直径为60-500μm。所述的纳米纤维织物的层数大于等于2，纳米纤维织物的经密100-500根/5cm，纳米纤维织物的100-500根/5cm，纳米纤维织物的孔隙率30-90%。

多层纳米纤维织物骨组织工程支架材料的制备方法，采用如下步骤：

（1）将丝素蛋白和聚合物按质量比为1：1-19溶解于六氟异丙醇中，常温下磁力搅拌1-5天得到质量分数为6-8%的纺丝溶液；

（2）按照图示1搭建静电纺丝装置，将步骤（1）中的纺丝溶液加入到注射泵中制备连续的纳米纤维纱线，静电纺丝电压为14-22kV，纺丝溶液总流量为0.5-0.9mL/h，金属喇叭的直径为10-20cm，金属喇叭与卷绕装置的垂直距离为40-60cm，喷头与金属喇叭的垂直距离为4-8cm，喷头与金属喇叭的水平距离为3-5cm，喷头的数目为2-16个，喷头内径0.26-0.86mm，正负喷头溶液流量比1:0.5-1，正负喷头间的距离13-17.5cm，卷绕速度40-53mm/min；

（3）将步骤（2）中制备的纳米纤维纱线利用机织的方法编织成多层的纳米纤维织物，多层纳米纤维织物的层数为大于等于2，经密50-150根/5cm，纬密20-300根/5cm，孔隙率30-70%；

（4）将步骤（3）中制备的多层纳米纤维织物浸泡在质量分数为80-90%的乙醇水溶液中20-40min，然后将织物在去离子水中清洗2-3次后在真空干燥烘箱中50-60℃下干燥，得到多层纳米纤维织物骨组织工程支架材料。

与现有的骨组织工程支架材料及其制备方法相比，本发明具有以下优点：