[发明专利]具有三维结构的电纺纤维支架的制备方法及其制备装置

说明书

技术领域

本发明属于组织工程支架系统领域，具体涉及一种具有三维结构的电纺纤维支架的制备方法及其制备装置。

背景技术

组织工程在人体损伤组织与器官的修复中发挥着越来越重要的作用。目前，在皮肤、骨、软骨等一些简单组织损伤的修复中已有大量临床应用的产品，组织工程是现代生物医学工程发展的主要方向之一。组织工程的方法在于将细胞与支架结合起来，在支架材料降解的同时促进种子细胞的增殖、分化等生长行为，促使种子细胞组织化，从而实现损伤组织和器官的修复。因此，支架材料是组织工程中最为关键的因素之一，其必须具有合适的降解速度和较好的组织相容性，此外支架还需具备相应的孔隙率及孔隙直径，以实现种子细胞的立体培养，同时促进细胞立体培养过程中的营养成分的无阻碍传输。（Zhang Ren ji， Liu Li, Xiong Zhuo，et al. Novel Rapid Prototyping Method to Fabricate Poly（lactide-co-glycolide）Scaffold with High Porosity. Journal of Mechanica Engineering. 2010，46（5）：105-115.）纳米纤维支架是近年兴起的一种细胞培养基质，其具有巨大的比表面积（孔隙率﹥85%）以及10纳米至10微米的纤维直径。有资料表明，纳米纤维支架纺织状的形貌结构以及纳米级别的纤维直径与动物体内的天然蛋白纤维非常类似，该种结构可极大地促进种子细胞的黏附、生长以及繁殖。(Seema Agarwal, Joachim H. Wendorff, Andreas Greiner, et al. Progress in the Field of Electrospinning for Tissue Engineering Applications. Adv. Mater. 2009, 21, 3343-3351.)然而，利用传统的静电纺丝技术制备的纳米纤维支架仅是由纤维紧密排列得到的一种纤维膜，该种支架孔隙直径在数纳米到数微米之间，且孔隙之间并不贯通，该种结构从根本上限制了种子细胞向支架内部的迁移和生长，严重制约了电纺纤维支架在组织修复与再生领域中的应用。一直以来，大量研究尝试提高电纺纤维支架的孔隙率及孔隙直径，例如利用在电纺支架中掺杂微米微粒，盐类以及可溶性纤维材料等材料，通过后期的处理获得具有一定孔隙率和孔隙直径的电纺纤维支架。然而，这些方法也只能得到片状纳米纤维材料，并且获得的孔隙之间并不贯通。因而，严格意义上这些电纺支架并不适用于细胞的三维立体培养。(Honglin Chen, Jin Huang, Jiahui Yua, et al. Electrospun chitosan-graft-poly (caprolactone)/poly (caprolactone) cationic nanofibrous mats as potential scaffolds for skin tissue engineering. Biological Macromolecules 2011, 48:13-19.)。

有研究学者在(Journal of biomedical materials research B: applied biomaterials 2010, 968(1): 150~160.)上，公开一种用机械应力得到三维支架材料的方法，该方法主要是通过选用二氯甲烷:丙酮体积比为9:1的混合溶液为PLLA的溶剂，采用常规的静电纺丝收集器得到静电纤维毡后，再通过机械应力，使之得到三维结构。

目前，制备具有三维结构纤维组织工程支架的方法较为复杂，因此需要进一步的改进。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种具有三维结构的电纺纤维支架的制备方法。所述制备方法工艺简单，成本较低，使用不同的纺丝材料可直接制备得到不同力学强度、生物相容性及降解性能的三维电纺纤维。

本发明的另一目的在于提供一种具有三维结构的电纺纤维支架的制备装置，所述装置可以产生体形电场，从而使制备的电纺纤维支架具有三维结构。