技术摘要：
本发明提供了一种用于骨组织再生的多功能纤维膜及其制备方法，该多功能纤维膜为核壳结构的同轴纤维，核层包括具有尺寸稳定性的高分子聚合物和具有促骨组织再生的药物，壳层包括易收缩的高分子聚合物和胶原或明胶；其中，易收缩的高分子聚合物、具有尺寸稳定性的高分子 全部
背景技术：
骨组织支架材料是广泛应用于骨组织工程的骨修复、替代材料。聚乳酸-羟基乙酸 由于其良好的生物相容性、降解速率可调等优良特性在骨组织工程中已被广泛研究应用， 且已获得FDA批准应用于生物医用材料领域。但由于聚乳酸-羟基乙酸本身是无定型的，玻 璃化温度在40-60℃之间，当受到物理或化学刺激时极易发生尺寸收缩而变形。例如，聚乳 酸-羟基乙酸在生理盐水、磷酸盐缓冲液、75％酒精和细胞培养基等液体介质中极易发生收 缩变形，导致支架材料的形状尺寸大幅度减小从而削弱支架材料的性能。聚乳酸-羟基乙酸 易收缩的特点会导致在应用过程中失去其空间维持能力、力学支撑等问题，不利于其在骨 组织工程中更广泛的应用。支架材料结构和尺寸的稳定性也是临床应用的基本要求之一。 为了解决聚乳酸-羟基乙酸易收缩的问题，现有技术通常采用物理束缚，表面化学 改性或添加结晶型/半结晶型高分子等方法以削弱其收缩性。有研究者通过气体等离子体 喷涂对聚乳酸-羟基乙酸支架进行表面改性，一定程度上改善了聚乳酸-羟基乙酸在磷酸盐 缓冲液中尺寸收缩的问题，但是该方法主要作用于支架材料表面，当液体介质浸润材料内 部时依然会引起支架材料的收缩。还有研究者通过外加聚丙烯环同时进行热处理以限制聚 乳酸-羟基乙酸静电纺丝纤维膜的尺寸收缩，该方法虽然能够较好的保持聚乳酸-羟基乙酸 纤维膜的形状尺寸，但是缺乏临床可操作性，且随着聚乳酸-羟基乙酸的降解，聚丙烯环逐 渐脱落，失去物理束缚后聚乳酸-羟基乙酸纤维膜也会发生尺寸收缩。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种用于骨组织再生的多功能纤维 膜及其制备方法，可有效改善现有骨组织支架材料在使用过程中易发生收缩现象的问题。 为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 一种用于骨组织再生的多功能纤维膜，该多功能纤维膜为核壳结构的同轴纤维， 核层包括具有尺寸稳定性的高分子聚合物和具有促骨组织再生的药物，壳层包括易收缩的 高分子聚合物和胶原或明胶；其中，易收缩的高分子聚合物、具有尺寸稳定性的高分子聚合 物、胶原或明胶、具有促骨组织再生的药物的重量比为1:0 .25-0 .375:0 .05-0 .3:0 .03- 0.05。 本发明提供的同轴纤维核层中具有尺寸稳定性的高分子聚合物作为纤维膜的高 分子骨架之一，具有良好的尺寸稳定性和力学性能，可以通过轴向与径向与壳层中的易收 缩的高分子聚合物相互作用，进而有效限制壳层中的易收缩的高分子聚合物的尺寸收缩； 而壳层中的胶原或明胶具有良好的生物相容性和水溶性等特点，可提高壳层纤维的亲水 性、细胞相容性以及力学性能，且能显著加快纤维膜的降解速率；核层中的具有促骨组织再 3 CN 111588912 A 说 明 书 2/6 页 生的药物能够促进骨再生作用，同轴纤维的核壳结构有利于改善药物的早期爆释行为，可 有效控制黄芩苷从纤维中释放。 易收缩的高分子聚合物、具有尺寸稳定性的高分子聚合物的含量在纺丝过程中起 着重要作用，若含量太低，纺丝液浓度低，粘度也低，无法进行正常纺丝，含量过高也无法正 常纺丝；胶原或明胶含量主要影响药物释放行为，壳层纤维的亲水性以及整个纤维膜体系 的降解速率，太高或太低均有不利影响。 进一步地，易收缩的高分子聚合物、具有尺寸稳定性的高分子聚合物、胶原或明 胶、具有促骨组织再生的药物的重量比为1:0.3:0.2:0.0375。 进一步地，具有尺寸稳定性的高分子聚合物为聚己内酯、聚氨酯、聚四氟乙烯或聚 偏氟乙烯；这些物质均具有尺寸稳定性，不易收缩的性质，同时具有较好的力学性能，能为 纤维膜提供较高的拉伸强度。 进一步地，具有促骨组织再生的药物为黄芩苷或黄芩素。 黄芩苷或黄芩素均具有抗炎、促骨组织再生的作用，能够赋予纤维膜抗炎性、促进 骨组织再生作用，使得纤维膜多功能化。 进一步地，易收缩的高分子聚合物为聚乳酸及其衍生物，具体为聚乳酸或聚乳酸- 羟基乙酸。 进一步地，胶原为鱼胶原、猪皮胶原或牛跟腱胶原。 胶原和明胶具有较好的生物相容性、细胞相容性、水溶性以及较低的免疫原性，可 改善纤维膜的亲水性，加快多功能纤维膜整体的降解速度。 进一步地，纤维膜的直径为200-1000nm，厚度为0.05-1mm。 上述用于骨组织再生的多功能纤维膜的制备方法，包括以下步骤： S1、将具有促骨组织再生的药物分散于有机溶剂中，再加入具有尺寸稳定性的高 分子聚合物，震荡摇匀，得到纺丝溶液A； S2、将胶原或明胶分散于有机溶剂中，再加入易收缩的高分子聚合物，震荡摇匀， 得到纺丝溶液B； S3、将纺丝溶液A和B分别装入注射器中，注射器与静电纺丝推注装置连接，溶液A 和B分别为同轴静电纺丝的核层与壳层溶液，通过静电纺丝制备而得多功能纤维膜。 进一步地，步骤S1中有机溶剂为三氟乙醇或N,N-二甲基甲酰胺。 进一步地，步骤S2中有机溶剂为六氟异丙醇或丙酮或N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二 甲基甲酰胺、甲醇和三氯甲烷的混合物。当N,N-二甲基甲酰胺、甲醇和三氯甲烷混合时，优 选N,N-二甲基甲酰胺、甲醇和三氯甲烷按体积比为1:1:8混合。 进一步地，步骤S3中静电纺丝工艺参数设置为：电压5-14kV，外层溶液A推注速度 为0.2-0.4mL/h、内层溶液B推注速度为0.1-0.2mL/h，接收距离10-20cm，所用针头为双层同 轴结构的平头针；其中，优选的工艺参数为电压7-8kV、外层溶液A推注速度为0.15-0.2mL/ h、内层溶液B推注速度为0.3-0.4mL/h、接收距离14-16cm。进一步优选为：电压7kV、外层溶 液A推注速度为0.2mL/h、内层溶液B推注速度为0.4mL/h、接收距离15cm。 进一步地，步骤S3中可通过改变接收装置的类型，根据实际应用的需要制备不同 表面形貌的纤维膜。 进一步地，还包括：将步骤S3中所得纤维膜置于真空干燥箱中充分干燥一周，待溶 4 CN 111588912 A 说 明 书 3/6 页 剂挥发后通过γ射线进行辐照灭菌，得到无菌多功能纤维膜。 本发明提供的用于骨组织再生的多功能纤维膜及其制备方法，具有以下有益效 果： 本发明提供的多功能纤维膜为核壳结构的同轴纤维，核层高分子骨架为具有尺寸 稳定性的高分子聚合物，壳层高分子骨架为易收缩的高分子聚合物，因核层高分子骨架物 质具有尺寸稳定性和力学性能，由于核层高分子骨架物质和壳层高分子骨架物质轴向和和 径向的相互能够通过核壳结构有效束缚壳层高分子骨架物质的尺寸收缩，极大地提高了壳 层高分子骨架物质抵抗尺寸收缩的能力，同时为同轴纤维提供较高的拉伸强度。 此外，过功能纤维膜中负载药物成分，黄芩苷或黄芩素能够能够赋予纤维膜抗炎 性、促进骨组织再生作用，多功能纤维膜的纤维为核壳结构，能够有效控制黄芩苷或黄芩素 从纤维中释放，改善药物的早期爆释行为。 此外，纤维膜的壳层中包含胶原和明胶，其具有较好的生物相容性、细胞相容性、 水溶性以及较低的免疫原性，可改善纤维膜的亲水性，加快多功能纤维膜整体的降解速度。 此外，多功能纤维膜核层可进一步负载促成骨或促成血管因子，如BMP-2、VEGF等， 壳层可进一步负载抗炎性因子或趋化生长因子，如IL-4、TGF-β等，通过纤维的核壳结构及 核、壳层高分子骨架降解速率不同实现生物因子时序性释放。 本发明提供的多功能纤维膜通过静电纺丝技术制备，高度模拟了细胞外基质结 构，静电纺丝技术工艺稳定，操作简单，可规模化生产。 附图说明 图1为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜的形貌图； 图2为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜的透射电镜图； 图3为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸，聚己内酯，鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯 三种纤维膜在磷酸盐缓冲液、生理盐水、75％乙醇和细胞培养基中浸泡一天后的抗收缩效 果对比图； 图4为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜抗收缩示意图； 图5为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜和聚己内酯-黄 芩苷纤维膜的药物释放曲线； 图6为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜、纯聚己内酯纤 维膜和纯聚乳酸-羟基乙酸纤维膜的应力-应变曲线图； 图7为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜植入小鼠皮下14 天后的苏木精-伊红染色图； 图8为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜植入大鼠颅骨极 限缺损区8周后Micro-CT重建的颅骨修复效果图。
本发明提供了一种用于骨组织再生的多功能纤维膜及其制备方法，该多功能纤维膜为核壳结构的同轴纤维，核层包括具有尺寸稳定性的高分子聚合物和具有促骨组织再生的药物，壳层包括易收缩的高分子聚合物和胶原或明胶；其中，易收缩的高分子聚合物、具有尺寸稳定性的高分子 全部
背景技术：
骨组织支架材料是广泛应用于骨组织工程的骨修复、替代材料。聚乳酸-羟基乙酸 由于其良好的生物相容性、降解速率可调等优良特性在骨组织工程中已被广泛研究应用， 且已获得FDA批准应用于生物医用材料领域。但由于聚乳酸-羟基乙酸本身是无定型的，玻 璃化温度在40-60℃之间，当受到物理或化学刺激时极易发生尺寸收缩而变形。例如，聚乳 酸-羟基乙酸在生理盐水、磷酸盐缓冲液、75％酒精和细胞培养基等液体介质中极易发生收 缩变形，导致支架材料的形状尺寸大幅度减小从而削弱支架材料的性能。聚乳酸-羟基乙酸 易收缩的特点会导致在应用过程中失去其空间维持能力、力学支撑等问题，不利于其在骨 组织工程中更广泛的应用。支架材料结构和尺寸的稳定性也是临床应用的基本要求之一。 为了解决聚乳酸-羟基乙酸易收缩的问题，现有技术通常采用物理束缚，表面化学 改性或添加结晶型/半结晶型高分子等方法以削弱其收缩性。有研究者通过气体等离子体 喷涂对聚乳酸-羟基乙酸支架进行表面改性，一定程度上改善了聚乳酸-羟基乙酸在磷酸盐 缓冲液中尺寸收缩的问题，但是该方法主要作用于支架材料表面，当液体介质浸润材料内 部时依然会引起支架材料的收缩。还有研究者通过外加聚丙烯环同时进行热处理以限制聚 乳酸-羟基乙酸静电纺丝纤维膜的尺寸收缩，该方法虽然能够较好的保持聚乳酸-羟基乙酸 纤维膜的形状尺寸，但是缺乏临床可操作性，且随着聚乳酸-羟基乙酸的降解，聚丙烯环逐 渐脱落，失去物理束缚后聚乳酸-羟基乙酸纤维膜也会发生尺寸收缩。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种用于骨组织再生的多功能纤维 膜及其制备方法，可有效改善现有骨组织支架材料在使用过程中易发生收缩现象的问题。 为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 一种用于骨组织再生的多功能纤维膜，该多功能纤维膜为核壳结构的同轴纤维， 核层包括具有尺寸稳定性的高分子聚合物和具有促骨组织再生的药物，壳层包括易收缩的 高分子聚合物和胶原或明胶；其中，易收缩的高分子聚合物、具有尺寸稳定性的高分子聚合 物、胶原或明胶、具有促骨组织再生的药物的重量比为1:0 .25-0 .375:0 .05-0 .3:0 .03- 0.05。 本发明提供的同轴纤维核层中具有尺寸稳定性的高分子聚合物作为纤维膜的高 分子骨架之一，具有良好的尺寸稳定性和力学性能，可以通过轴向与径向与壳层中的易收 缩的高分子聚合物相互作用，进而有效限制壳层中的易收缩的高分子聚合物的尺寸收缩； 而壳层中的胶原或明胶具有良好的生物相容性和水溶性等特点，可提高壳层纤维的亲水 性、细胞相容性以及力学性能，且能显著加快纤维膜的降解速率；核层中的具有促骨组织再 3 CN 111588912 A 说 明 书 2/6 页 生的药物能够促进骨再生作用，同轴纤维的核壳结构有利于改善药物的早期爆释行为，可 有效控制黄芩苷从纤维中释放。 易收缩的高分子聚合物、具有尺寸稳定性的高分子聚合物的含量在纺丝过程中起 着重要作用，若含量太低，纺丝液浓度低，粘度也低，无法进行正常纺丝，含量过高也无法正 常纺丝；胶原或明胶含量主要影响药物释放行为，壳层纤维的亲水性以及整个纤维膜体系 的降解速率，太高或太低均有不利影响。 进一步地，易收缩的高分子聚合物、具有尺寸稳定性的高分子聚合物、胶原或明 胶、具有促骨组织再生的药物的重量比为1:0.3:0.2:0.0375。 进一步地，具有尺寸稳定性的高分子聚合物为聚己内酯、聚氨酯、聚四氟乙烯或聚 偏氟乙烯；这些物质均具有尺寸稳定性，不易收缩的性质，同时具有较好的力学性能，能为 纤维膜提供较高的拉伸强度。 进一步地，具有促骨组织再生的药物为黄芩苷或黄芩素。 黄芩苷或黄芩素均具有抗炎、促骨组织再生的作用，能够赋予纤维膜抗炎性、促进 骨组织再生作用，使得纤维膜多功能化。 进一步地，易收缩的高分子聚合物为聚乳酸及其衍生物，具体为聚乳酸或聚乳酸- 羟基乙酸。 进一步地，胶原为鱼胶原、猪皮胶原或牛跟腱胶原。 胶原和明胶具有较好的生物相容性、细胞相容性、水溶性以及较低的免疫原性，可 改善纤维膜的亲水性，加快多功能纤维膜整体的降解速度。 进一步地，纤维膜的直径为200-1000nm，厚度为0.05-1mm。 上述用于骨组织再生的多功能纤维膜的制备方法，包括以下步骤： S1、将具有促骨组织再生的药物分散于有机溶剂中，再加入具有尺寸稳定性的高 分子聚合物，震荡摇匀，得到纺丝溶液A； S2、将胶原或明胶分散于有机溶剂中，再加入易收缩的高分子聚合物，震荡摇匀， 得到纺丝溶液B； S3、将纺丝溶液A和B分别装入注射器中，注射器与静电纺丝推注装置连接，溶液A 和B分别为同轴静电纺丝的核层与壳层溶液，通过静电纺丝制备而得多功能纤维膜。 进一步地，步骤S1中有机溶剂为三氟乙醇或N,N-二甲基甲酰胺。 进一步地，步骤S2中有机溶剂为六氟异丙醇或丙酮或N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二 甲基甲酰胺、甲醇和三氯甲烷的混合物。当N,N-二甲基甲酰胺、甲醇和三氯甲烷混合时，优 选N,N-二甲基甲酰胺、甲醇和三氯甲烷按体积比为1:1:8混合。 进一步地，步骤S3中静电纺丝工艺参数设置为：电压5-14kV，外层溶液A推注速度 为0.2-0.4mL/h、内层溶液B推注速度为0.1-0.2mL/h，接收距离10-20cm，所用针头为双层同 轴结构的平头针；其中，优选的工艺参数为电压7-8kV、外层溶液A推注速度为0.15-0.2mL/ h、内层溶液B推注速度为0.3-0.4mL/h、接收距离14-16cm。进一步优选为：电压7kV、外层溶 液A推注速度为0.2mL/h、内层溶液B推注速度为0.4mL/h、接收距离15cm。 进一步地，步骤S3中可通过改变接收装置的类型，根据实际应用的需要制备不同 表面形貌的纤维膜。 进一步地，还包括：将步骤S3中所得纤维膜置于真空干燥箱中充分干燥一周，待溶 4 CN 111588912 A 说 明 书 3/6 页 剂挥发后通过γ射线进行辐照灭菌，得到无菌多功能纤维膜。 本发明提供的用于骨组织再生的多功能纤维膜及其制备方法，具有以下有益效 果： 本发明提供的多功能纤维膜为核壳结构的同轴纤维，核层高分子骨架为具有尺寸 稳定性的高分子聚合物，壳层高分子骨架为易收缩的高分子聚合物，因核层高分子骨架物 质具有尺寸稳定性和力学性能，由于核层高分子骨架物质和壳层高分子骨架物质轴向和和 径向的相互能够通过核壳结构有效束缚壳层高分子骨架物质的尺寸收缩，极大地提高了壳 层高分子骨架物质抵抗尺寸收缩的能力，同时为同轴纤维提供较高的拉伸强度。 此外，过功能纤维膜中负载药物成分，黄芩苷或黄芩素能够能够赋予纤维膜抗炎 性、促进骨组织再生作用，多功能纤维膜的纤维为核壳结构，能够有效控制黄芩苷或黄芩素 从纤维中释放，改善药物的早期爆释行为。 此外，纤维膜的壳层中包含胶原和明胶，其具有较好的生物相容性、细胞相容性、 水溶性以及较低的免疫原性，可改善纤维膜的亲水性，加快多功能纤维膜整体的降解速度。 此外，多功能纤维膜核层可进一步负载促成骨或促成血管因子，如BMP-2、VEGF等， 壳层可进一步负载抗炎性因子或趋化生长因子，如IL-4、TGF-β等，通过纤维的核壳结构及 核、壳层高分子骨架降解速率不同实现生物因子时序性释放。 本发明提供的多功能纤维膜通过静电纺丝技术制备，高度模拟了细胞外基质结 构，静电纺丝技术工艺稳定，操作简单，可规模化生产。 附图说明 图1为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜的形貌图； 图2为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜的透射电镜图； 图3为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸，聚己内酯，鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯 三种纤维膜在磷酸盐缓冲液、生理盐水、75％乙醇和细胞培养基中浸泡一天后的抗收缩效 果对比图； 图4为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜抗收缩示意图； 图5为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜和聚己内酯-黄 芩苷纤维膜的药物释放曲线； 图6为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜、纯聚己内酯纤 维膜和纯聚乳酸-羟基乙酸纤维膜的应力-应变曲线图； 图7为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜植入小鼠皮下14 天后的苏木精-伊红染色图； 图8为鱼胶原/聚乳酸-羟基乙酸/聚己内酯-黄芩苷多功能纤维膜植入大鼠颅骨极 限缺损区8周后Micro-CT重建的颅骨修复效果图。
