[发明专利]具有细胞外基质电学拓扑特征的带电复合膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有细胞外基质电学拓扑特征的带电复合膜及其制备方法，其解决了现有材料的电学特征与天然细胞外基质特征的匹配性差、材料的修复效果受限的技术问题，本发明提供一种具有细胞外基质电学拓扑特征的带电复合膜主要由铁电聚合物基体和压电活性纤维填料构成。本发明通过调节压电活性纤维的长径比、含量以及复合膜的厚度，可以实现膜材料的柔性和仿生细胞外基质电学拓扑特征，组织贴附性好，具有良好的电学适配性，临床可操作性强。

技术领域

本发明涉及骨科及口腔外科修复材料技术领域，特别涉及一种具有细胞外基质电学拓扑特征的带电复合膜及其制备方法。

背景技术

植入修复是目前治疗大范围组织缺损的主要手段。人工修复材料由于来源广泛、性能可控及成本低，在组织修复材料中受到广泛关注。根据仿生原理，皮肤创伤愈合、神经修复、骨缺损修复等均存在损伤电位，大量研究证实损伤电位对组织修复具有重要作用，因此，对于组织修复材料而言，使得材料带电将有利于促进组织快速愈合和功能修复。近年来电活性材料成为研究热点和趋势，也是组织修复材料设计的新思路。

然而，目前所用的电活性材料不具备天然细胞外基质纤维网络样电学拓扑结构特征，使得材料的电学特征与天然细胞外基质特征的匹配性差，导致材料的修复效果受限。

发明内容

本发明针对材料的电学特征与天然细胞外基质特征的匹配性差、材料的修复效果受限的技术问题，提供一种具有细胞外基质电学拓扑特征的带电复合膜及其制备方法。

为此，本发明提供一种具有细胞外基质电学拓扑特征的带电复合膜，所述具有细胞外基质电学拓扑特征的带电复合膜由高分子聚合物和压电纤维填料构成。

优选的，高分子聚合物的材质为铁电高分子聚偏氟乙烯(Polyvinylidenefluoride,PVDF)或聚偏氟-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))的一种或其复合物；

优选的，压电纤维填料为压电活性纤维材料，所述压电活性纤维材料为钛酸钡纤维、氧化锌纤维、铌酸钾钠纤维等的一种或多种复合物。

优选的，所述带电复合膜为薄膜材料，其中所述带电复合膜的厚度为10μm～500μm。

优选的，所述具有细胞外基质电学拓扑特征的带电复合膜是一种薄膜状材料，膜厚为30-300μm，所述钛酸钡纤维在带电复合膜中的体积含量为5-15vol％。

本发明所述具有细胞外基质电学拓扑特征的带电复合膜的制备方法，所述铁电聚合物基体与压电纤维填料的复合成膜过程通过浇铸或流延法完成。具体的说，包括以下步骤：

(1)取一定量的冰醋酸和乙酰丙酮混合均匀，搅拌5min，制备冰醋酸与乙酰丙酮的混合溶剂，将醋酸钡加入到冰醋酸与乙酰丙酮的混合溶剂中，搅拌1小时，加入与醋酸钡相同摩尔量的钛酸四丁酯，搅拌15min，然后加入与醋酸钡质量比为9:32的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，搅拌3h。

(2)制备钛酸钡纳米纤维

将步骤(1)所得混合溶液注入注射器内，在电压10kV～16kV条件下，利用静电纺丝技术，获得直径为50nm～500nm的钛酸钡纳米纤维；

(3)将步骤(2)所得钛酸钡纳米纤维加入到0.01～0.1mol/L的多巴胺水溶液中，形成浓度范围为0.01～0.1g/mL的溶液，在40℃～80℃下搅拌6h～12h，然后再超声震荡1min～15min，离心洗涤3～5次，然后在功率为180W的条件下超声1～10min，分别得到长径比为8～20的钛酸钡纳米纤维填料；

(4)取步骤(3)所得钛酸钡纳米纤维填料，加入有机溶剂中，超声振荡并搅拌1h～3h，得到纤维填料分散液；有机溶剂选自氮氮二甲基甲酰胺(DMF)；本步骤所得纤维填料在有机溶剂中的质量百分比范围为1.5％～30％。