[发明专利]一种刚度可控的微纳米级取向纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种刚度可控的微纳米级取向纤维的制备方法。该方法包括：壳层纺丝液制备，芯层纺丝液制备，刚度可控的微纳米级取向纤维制备。该方法制备的微纳米级取向纤维具有高度取向结构，基于壳芯结构特性可轻易通过调控壳/芯厚度来调控纤维刚度，且不改变纤维的整体结构和表面化学。

技术领域

本发明属于静电纺丝纤维的制备领域，特别涉及一种刚度可控的微纳米级取向纤维的制备方法。

背景技术

静电纺丝法制备的微纳米纤维因具有类似于天然人体组织细胞外基质结构的特性，被认为是一类重要的具有促进损伤组织修复和再生功能的支架构建材料。尤其是针对具有特异性结构的组织(如血管、肌腱、韧带和神经等)，高度取向的微纳米纤维更是具有潜在的应用前景。然而，在组织工程中，虽然这类取向纤维能够诱导细胞形成类似于天然组织的细胞形态，但支架刚度也被证实是调控细胞命运、引导组织再生的重要支架参数，是决定着组织工程成败的关键因素之一。如何方便、快捷的调控取向纤维支架刚度使之能够适应不同特异性组织的力学特性以引导细胞生长和特异性组织再生是亟待解决的问题之一。

近年来，从根本上消除电纺丝过程中射流不稳定鞭甩现象的“稳定射流电纺丝”技术[张彦中,袁卉华,冯蓓,彭红菊.中国发明专利,201110059055.6,2011-03-13]被认为是一种高效制备高度取向纤维的方法，可方便得到纤维单丝、纤维束、高度取向纤维膜以及纤维排列方式可编程的支架，在多方面有着广泛用途。然而，迄今为止取向纤维的刚度调控方式十分有限，往往存在刚度调控的同时不可避免地引起化学成分的变化或者会破坏纤维完整结构的局限性，且这些方法的刚度调控范围过于狭窄。如Mahshid等人(Mahshid et.al.,Biomaterials,2014.35(26):7346-7354)通过添加不同含量的碳纳米管调控取向纤维刚度的同时也改变了纤维的表面导电性和表面粗糙度；Yuan等人(Yuan et.al.,ActaBiomaterialia,2016.42:247-257)通过退火处理提高取向纤维刚度的同时也可能促进了纤维间的黏连，且刚度的提升范围仅有2倍左右。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种刚度可控的微纳米级取向纤维的制备方法，以克服现有技术中高度取向微纳米纤维刚度调控范围狭窄以及引起其整体结构或者化学成分改变的缺陷。

本发明的一种刚度可控的微纳米级取向纤维的制备方法，包括：

(1)将弹性聚合物和聚氧化乙烯PEO以质量比为70-100:30-0溶于溶剂中，搅拌，得到壳层纺丝液，其中壳层纺丝液中弹性聚合物的质量体积百分浓度为1-20％g/mL；

(2)将刚性聚合物和聚氧化乙烯PEO以质量比为70-100:30-0溶于溶剂中，搅拌，得到芯层纺丝液，其中芯层纺丝液中刚性聚合物的质量体积百分浓度为1-20％g/mL；

(3)将步骤(1)中壳层纺丝液和步骤(2)中芯层纺丝液分别装入两个独立的注射器中，用于稳定射流同轴电纺丝并在此过程中维持总注射速率不变，通过分别调控壳层纺丝液和芯层纺丝液的注射速率得到刚度可控的微纳米级取向纤维。

所述步骤(1)中弹性聚合物包括乳酸和己内酯的共聚物PLCL、聚氨酯PU、聚己内酯PCL、聚葵二酸甘油酯PGS、聚柠檬酸辛二醇酯POC、弹性蛋白或者壳聚糖。

所述步骤(1)、(2)中溶剂包括六氟异丙醇、甲酸、乙酸、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、二甲亚砜、三氟乙酸、三氟乙醇、甲醇、乙醇中的一种或几种。

所述步骤(1)、(2)中PEO的分子量大于5,000,000Da。

所述步骤(2)中刚性聚合物包括聚乳酸PLLA、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物PHBV、乳酸和羟基乙酸的共聚物PLGA、聚乙烯PE、胶原或者丝素蛋白。