[发明专利]一种定向壳聚糖纤维水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供一种定向的壳聚糖纤维水凝胶及其制备方法。该纤维水凝胶由单一成分壳聚糖制备得到，具有定向的纤维结构，微观表现出定向沟壑状形貌，因此具有从微米到纳米的多尺度定向结构。该纤维水凝胶通过优化的液态静电纺丝方法制备，具有较高的含水量，组成、结构、力学性能均接近天然组织细胞外基质，具有良好的细胞粘附性及促进细胞增殖的活性。具有广泛的生物医学工程领域应用价值。本发明还提供了制备这种定向壳聚糖纤维水凝胶的方法。

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，主要针对用于神经修复的定向壳聚糖纤维水凝胶及其制备方法。

背景技术

壳聚糖是一种自然界中广泛存在的多糖物质，具有良好的生物相容性及生物可降解性能，在生物医学工程领域大量应用。其中壳聚糖及其衍生物在神经修复领域研究并应用广泛。壳聚糖导管材料应用于桥接大鼠坐骨神经缺损，能够吸收降解且促进再生神经纤维；壳聚糖支架材料作为组织工程化神经能够有效修复犬60mm神经缺损；壳聚糖导管内含壳聚糖小球负载神经营养因子NT3在脊髓损伤研究中具有显著的促进修复的效果。因此壳聚糖应用于神经修复具有广泛的研究基础及显著的效果。

按照仿生设计的思路，定向的纤维结构是神经组织的天然特点，考虑将定向纤维材料应用于神经的修复研究是神经修复研究领域的一大热点。定向的孔道结构、线性的天然提取的胶原纤维、定向的聚酯纤维及定向纤维蛋白等材料在外周及脊髓修复研究中具有显著的促进修复的效果。本发明设计制备定向的壳聚糖纤维，并拟将其应用于生物医用神经修复领域。

基于仿生的设计思路，利用静电纺丝技术，本发明材料具有多级的定向结构，多尺度上的定向纤维及微米沟壑拓扑结构，促进神经细胞的定向生长及微观的黏附。此外本发明材料是具有高含水量的水凝胶，能够模拟细胞外基质。因此，本发明设计将结合壳聚糖在神经修复的优势及定向结构对于神经修复的物理特性，制备定向壳聚糖纤维水凝胶。本设计材料利用现有材料技术优势，弥补现有神经修复材料的不足，是一种具有神经修复应用前景的仿生神经替代物。

发明内容

本发明的第一方面，提供一种定向的壳聚糖纤维水凝胶，该材料由壳聚糖定向纤维构成或具有生物活性多肽接枝的壳聚糖定向纤维构成。具有多尺度定向纤维结构，第一尺度定向纤维直径2-10微米，第二尺度的定向沟壑直径100-200纳米。因此该定向纤维水凝胶具有多尺度定向微观结构。该材料具有较高含水量，含水量约为87％；近天然细胞外基质，且力学性能可控，且模量及断裂应力接近天然细胞外基质；具有良好的细胞粘附性能及增殖能力。能够促进细胞的定向分布及黏附生长。该材料能够直接通过壳聚糖表面的大量氨基，接枝功能多肽片段，使定向壳聚糖纤维具有多肽的功能作用。

本发明的第二方面，提供本发明第一方面所述定向壳聚糖纤维水凝胶的制备方法，通过单通道静电纺丝电纺且液态接收装置收集制备得到，成分简单，为单一壳聚糖成分，步骤如下：

步骤S1、将0.5％-4％壳聚糖溶解于醋酸水溶液中，与0.2％-0.6％PEO水溶液混合均匀，待用；

步骤S2、配制0.5％-3％三聚磷酸钠水溶液，作为接收液；

步骤S3、将S1中壳聚糖溶液与PEO溶液混合均匀，取于静电纺丝注射器中推注电纺。推注速度1.5-3ml/h，加载电压3-5kV，接地金属盘内含S2所得接收液，水平旋转接收得到定向壳聚糖纤维，旋转速度为200-300r/h，交联的壳聚糖纤维在旋转收集中得到定向的纤维束；

步骤S4、将S3所得壳聚糖纤维束固定在聚四氟乙烯的支架上接枝功能多肽。