[发明专利]模拟天然肌腱组织纤维层次结构的仿生支架及其制备方法

说明书

本发明涉及一种模拟天然肌腱组织纤维层次结构的仿生支架及其制备方法，所述材料为模拟肌腱组织纤维的多层级结构。采用双喷头纺丝头，分别加上正负电场，经过一个旋转漏斗接收纳米纤维并加捻到芯层纱线上，制备出稳定连续的一级包芯纱。然后将若干根一级包芯纱合股后作为芯层纱线，外层静电纺纳米纤维，得到的二级包芯纱合股后作为芯层，外层静电纺纳米纤维，制备出模拟肌腱组织的纤维多层级结构的三级包芯纱，用于肌腱修复支架。本发明利于肌腱修复及正常功能恢复，很适合作为肌腱损伤修复、医用器械材料，具有很好的应用前景，制备方法，简单方便，生产效率高。

技术领域

本发明属于仿生材料领域，特别涉及一种模拟天然肌腱组织纤维层次结构的仿生支架及其制备方法。

背景技术

随着人类文明的进步以及人们对健康体魄的追求，人们的户外运动显著增加。由于意外事故的不断发生和社会老龄化趋势的日益明显，运动损伤也越来越多，其中肌腱和韧带的损伤50％以上。有统计结果显示，每年至少有3000万的肌腱受损病人。由于肌腱和韧带再生能力有限，愈合时常伴随着纤维化疤痕组织的形成。目前，肌腱损伤的修复方法主要有自体肌腱移植、异种肌腱移植、人工肌腱替代等。除了捐赠者稀缺外，这些移植物的使用还存在许多风险，如组织排斥、疾病传染、捐赠点不健全和修复不充分等。肌腱损伤的不良修复，不仅影响到日常生活质量，甚至断送了许多顶尖运动员的运动生涯。因此，寻找新型的、可促进肌腱生理性再生修复的方法具有极其重要的临床意义。

目前，关于组织工程人工肌腱的研究报道主要有用可生物降解纤维经过机织、针织或编织的方法制备的人工肌腱支架和冷冻干燥法制备的多孔材料制备的人工肌腱支架等。然而，上述方法制备的肌腱支架大多无法模拟肌腱组织的纤维多层级结构，生物力学功能仍达不到正常肌腱，并且修复的过程中肌腱支架易于周围组织黏连，延缓肌腱愈合，影响愈合后肌腱的正常功能。

近年来，由于静电纺纳米纤维能够仿生组织细胞外基质的丝状结构而被广泛用于组织修复支架，特别是肌腱的修复。大量研究表明纳米纤维组织修复材料能显著地促进了细胞的粘附、增殖和分化，调节细胞内控制转录活性和基因表达的信号路径，引导细胞骨架蛋白的定向排列，并且纳米级支架(如纳米纤维)更大的比表面积有利于吸附更多的蛋白质，能够为细胞膜上的受体提供更多的黏附位点，吸附的蛋白质也可通过改变构象暴露更多隐蔽的黏附位点，从而有利于细胞黏附。

人体肌腱是有大量的纳米胶原纤维组成的纤维束，纤维平行排列，与肌腱的轴向基本一致，使其承受一定的拉伸力，在轴向的拉伸的强度是径向的200-500倍。具有一定取向排列的纳米纤维纱线可仿生天然肌腱中的胶原纤维束，且纳米纤维有序排列可以增加轴向的拉伸强度。现有的研究表明纳米纤维纱是一种非常理想的肌腱组织再生支架。

CN 103445884 A公开了一种具有双向形状记忆功能的智能肌腱修复器件及其制备方法，但其智能肌腱修复器件无法模拟天然肌腱组织纤维层次结构并且制备方法较为复杂，本发明填补了模拟天然肌腱组织纤维层次结构人工肌腱支架的空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟天然肌腱组织纤维层次结构的仿生支架及其制备方法，克服现有技术无法仿生天然肌腱组织纤维层次结构的缺陷。本发明中采用双喷头纺丝头，分别加上正负电场，经过一个旋转漏斗接收纳米纤维并加捻到芯层纱线上，制备出稳定连续的一级包芯纱。然后将若干根一级包芯纱合股后作为芯层纱线，外层静电纺纳米纤维，得到二级包芯纱继续合股后仍作为芯层纱线，外层静电纺纳米纤维，制备出模拟天然肌腱组织纤维层次结构的三级包芯纱，用于组织工程人工肌腱。

本发明的一种模拟天然肌腱组织纤维结构材料，所述材料为模拟肌腱组织纤维的多层级结构，所述多层级结构包括：聚合物纱线作为一级结构，聚合物纱线外层包裹电纺纳米纤维，形成包芯纱作为二级结构；二级结构合股形成纤维束，外层包裹电纺纳米纤维，形成包芯纱作为三级结构；三级结构合股形成纤维束，外层包裹电纺纳米纤维，形成包芯纱作为四级结构…同理的n-1级结构合股形成纤维素，外层包括电纺纳米纤维，形成n级结构，其中n≥3的正整数。