[发明专利]高弹水稳定型蛋白基/环氧复合超细纤维组织工程支架及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高弹水稳定型蛋白基/环氧复合超细纤维组织工程支架的制备方法，其特征在于，配置纺丝液，其中，纺丝液的组分包括蛋白质、环氧化合物及分散剂，依据需求还包括扩链剂；将纺丝液进行静电纺丝成支架，然后将支架依次经稳定增强后处理、封端后处理，得到高弹水稳定性蛋白基/环氧复合超细纤维组织工程支架。所述支架包括微纳米纤维及由微纳米纤维杂乱堆砌而成的孔隙结构，孔隙率为50～70％，平均孔径为1～5μm。本发明赋予蛋白超细纤维液相的形态稳定性、弹性及弹性回复性，并有效提升蛋白超细纤维机械性能。本发明拓宽了蛋白基材料超细纤维材料的应用领域，促进复合功能型组织修复材料的开发，并可连续化生产。

技术领域

本发明属于生物医用纺织材料及制备领域，具体说涉及一种组织工程生物材料及制备，特别是一种高弹水稳定型蛋白基/环氧复合超细纤维组织工程支架及其制备方法。

背景技术

静电纺技术可快速、稳定地制备尺寸介于数十纳米至数微米的超细纤维，对原材料的选择范围也较广。所制备的超细纤维体系具有超高的特异性比表面积和孔隙率，该结构与天然细胞外基质(ECMs)中的三维(3D)纤维网络相似，可促进细胞的附着、迁移、增殖、分化等细胞行为，还具有高效药物吸附和运载功能。结构中相互连接的孔隙结构，有助于氧气、营养物质、细胞代谢物的转运。因此静电纺超细纤维材料在生物医用领域得到青睐。

蛋白基生物材料具有与ECMs中天然蛋白质成分相似的大分子结构，生物相容性良好，可生物降解，降解产物可代谢。蛋白质具有复杂的多级结构，在不同pH值环境下，电荷可调节，且具有亲水疏水两相性，因此表现出广泛的吸附性，可作为多种材料的载体。然而，蛋白材料的亲水特性使其在水相中的形态稳定性较低，易发生溶胀、收缩甚至溶解。静电纺制备的蛋白质超细纤维体系，在水相中的敏感度更高，相较体状、片状、海绵状、凝胶状、常规尺度纤维等形态，超细纤维结构支架的形态变形程度更大，常规稳定性处理也较难维持其形态稳定性，极大地限制了其生物医学领域的应用。

环氧化合物已被报道用于生物瓣膜的固定、制备多孔丝素支架材料等，是一种可以接受的生物改性电荷的极化和环材料。环氧化合物是指分子中含有单个、双个或多个环氧基的一类化合物，由于环氧基中氧环张力的存在，使得环氧基具有极高的反应活性，它能与蛋白质中的胺基、羧基等发生单点、双点或多点结合,产生化学修饰与交联作用。

现有的专利《一种蛋白质交联剂及其交联方法》(CN1524800)涉及环氧化合物对药用蛋白质的修饰，通过对异源蛋白的化学修饰使其避免在体内引起抗原反应，从而有效发挥治疗作用。刘侠等用乙二醇二缩水甘油醚(Ethylene Glycol Diglycidyl Ether，EGDE)处理牦牛心包，较之戊二醛固定的心包，胶原纤维的走向更富弹性，抗张强度和断裂伸长率增加，浆膜层脱落程度小，更为光滑。体内植入实验表明，撕裂程度明显较低，力学性能明显优于戊二醛改性的心包(见刘侠，乐以伦，黄嘉，石应康，程述森，安琪环氧改性与戊二醛处理的牦牛心包的扫描电镜形态比较[J].生物医学工程学杂志,1996(03):200-203+215.)。Sung等用EGDE改性猪胸动脉，得到强度为393.8±61.5g.mm-2的改性产物。经其改性的胶原变性温度、抗酶降解能力、机械强度均有提高(见Sung H-W,Hsu C-S,Wang S-P,etal.Degradation potential of biological tissues fixed with various fixatives:An in vitro study[J].Journal of Biomedical Materials Research,1997,35(2):147-55.)。以上技术有效的提高了蛋白质材料的机械性能，但均未涉及超细纤维领域，更未涉及超细纤维的形态稳定性。闵思佳等研究发现，在60℃下，环氧化合物能够与丝素蛋白发生交联反应，形成具有更高稳定性的三维网络结构(见闵思佳，田莉环氧化合物制备丝素多孔支架材料的结构性能和细胞相容性研究[D]；浙江大学,2006)。但由于所形成的凝胶交联结构较为稳定，在细胞培养中反应的环氧化合物不易浸出，使得支架材料呈现出一定的毒性。