一种兼具抗菌和生物相容性的二醋酸纤维素基三维支架的制备方法与流程

本发明属于三维伤口敷料支架的制备，尤其是同时赋予支架高抗菌和高生物相容性的二醋酸纤维素基复合材料三维支架的制备方法。

背景技术：

伤口感染细菌可导致伤口的高发病率和死亡率，故许多抗菌性能优异的创面敷料被广泛应用，以促进创面愈合和抵抗细菌感染。目前常用的抗菌剂有金属类抗菌剂、抗生素、阳离子聚合物等。然而，纳米金属和/或纳米金属氧化物的抗菌药物对机体有许多副作用；抗生素的不当使用，使得耐药性细菌正以惊人的速度增加。一般认为万古霉素是人类最后的抗菌剂，但是目前研究发现，具有抗万古霉素的细菌出现，并且数量持续变大。因此，阳离子聚合物因其良好的安全性而受到广泛关注。其中，聚乙烯亚胺(pei)具有良好的抗菌性能，目前在净水等方面已经得到了广泛使用，但pei对细胞的毒副作用明显，因此在伤口敷料领域的应用还乏善可陈，因此，为了将pei应用到敷料中，有必要发展一种毒性低并且抗菌及生物相容性好的材料。

技术实现要素：

本发明的第一个目的是提供一种兼具抗菌和生物相容性的二醋酸纤维素基三维支架的制备方法，制备的三维支架兼具抗菌和生物相容性，具有优异的机械性能、吸水保水性能、抗菌性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一个方面提供了一种兼具抗菌和生物相容性的二醋酸纤维素基三维支架的制备方法，包括以下步骤：

将二醋酸纤维素(cda)与聚乙烯亚胺(pei)按质量比为99.9:0.1～90:10溶解在有机溶剂中，制备成浓度为8～20％(优选为8％)的前驱体纺丝液；

将上述前驱体纺丝液用静电纺制备cda/pei复合材料纳米纤维膜；

将上述cda/pei复合材料纳米纤维膜破碎成短纤维，常温真空干燥；

向质量浓度为0～5％(优选为0.01～5％)的透明质酸(ha)水溶液中加入edc(1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺)和nhs(n-羟基琥珀酰亚胺)常温活化0.5～3h(优选为1h)，n(edc):n(nhs)＝1:(1～2)(优选为1:1)，n(-cooh):n(edc)＝1:(1～3)(优选为1:2)；

加入上述干燥的cda/pei复合材料纳米短纤维，cda/pei复合材料纳米短纤维与ha水溶液质量比为1:99～5:95，搅拌分散1～60min(优选为10min)，常温常压交联1～48h(优选为24h)，冻干1～48h(优选为48h)，在密闭的环境中使用戊二醛进行常温常压二次交联1～24h(优选为1h)，使用去离子水洗涤2～4d(优选为2d)，获得所述兼具抗菌和生物相容性的二醋酸纤维素基三维支架。

所述有机溶剂为hfip、丙酮、二氯甲烷。

所述静电纺制备cda/pei复合材料纳米纤维膜的纺丝电压为10～15kv，注射针头流速为1～4ml/h，注射针头与接收极之间的接收距离为20cm。

优选的，所述静电纺制备cda/pei复合材料纳米纤维膜的纺丝电压为14kv，注射针头流速为2ml/h，注射针头与接收极之间的接收距离为20cm。

所述cda/pei复合材料纳米纤维膜破碎成短纤维是在常温0.1mpa真空干燥1～48h。

所述二醋酸纤维素(cda)与聚乙烯亚胺(pei)的质量比为19:1。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明的方法简单易操作、成本低廉，易于放大，且制备过程安全无污染。本发明制备的3d结构支架，具有机械性能优异、高孔隙率、相互连通的孔道、高的吸水率、高的保水率、力学性能优良、优异的抗菌性能、优异的细胞生物相容性的特点。与其他方法制备的3d支架相比较，具有成本低廉、易操作、具备规模化生产潜力等优点，可以作为伤口敷料使用，因此，该支架在伤口敷料领域具有较好的应用价值。

附图说明

图1是实施例1制备的cda基复合支架的表观图。

图2是实施例1制备的cda基复合支架的扫描电镜图。

图3是cda基复合支架的断裂伸长率示意图。

图4是cda基复合支架的拉伸强度示意图。

图5是cda基复合支架的抗菌效果示意图。

图6是cda基复合支架的细胞增殖率示意图。

图7是cda基复合支架的孔隙率示意图。

图8是cda基复合支架的吸水率示意图。

图9是cda基复合支架的保水率示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

一种兼具抗菌和生物相容性的二醋酸纤维素基三维支架的制备方法，包括以下步骤：

将0.76gcda和0.04gpei(w/w，95/5)溶于9.2ghfip(hfip:1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇又称1,1,1,3,3,3-六氟代-2-丙醇)中，室温搅拌过夜，得到浓度为8％的前驱体纺丝液。将上述前驱体溶液5ml加到10ml不锈钢针尖的注射器中，用静电纺制备cda/pei复合材料纳米纤维膜，其中，纺丝电压为14kv，注射针头流速为2ml/h，注射针头与接收极之间的接收距离为20cm；使用匀浆机20000转/min，将cda/pei复合材料纳米纤维膜破碎成短纤维，常温0.1mpa真空干燥48h。取0.025gha加入到20g去离子水中溶解，再加入0.0123gedc(1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺)和0.0074gnhs(n-羟基琥珀酰亚胺)常温活化1h，其中n(edc):n(nhs)＝1:1，n(-cooh):n(edc)＝1:2；加入上述干燥的0.4gcda/pei(w/w，95/5)复合材料纳米短纤维，机械搅拌分散10min，倒入培养皿常温常压交联24h，再使用冻干机冻干48h，再在密闭的干燥器中使用戊二醛进行常温常压二次交联1h，使用去离子水洗涤2d，获得所述兼具抗菌和生物相容性的二醋酸纤维素基三维支架。实施例1所述兼具抗菌和生物相容性的二醋酸纤维素基三维支架的配比m(cda/pei):m(ha)命名为cph-2。

实施例2～5所用的各个物质的配比如表1所示，制备方法同实施例1：

表1

图1～图9是实施例1～5制备的兼具抗菌和生物相容性的二醋酸纤维素基三维支架的一些性能测试示意图，图1是实施例1制备的cda基复合支架的表观图，表明支架可以规模化生产出。图2是实施例1制备的cda基复合支架的扫描电镜图，表明支架内部为纤维结构，且支架的孔洞相互连通。

图3是cda基复合支架的断裂伸长率示意图，表明支架具有较好的韧性。图4是cda基复合支架的拉伸强度示意图，表明支架的拉伸强度较大，不易破损。图5是cda基复合支架的抗菌效果示意图，表明支架的抗菌率在90％以上，说明支架的抗菌效果良好，有助于防止伤口处的细菌感染。图6是cda基复合支架的细胞增殖率示意图。表明支架对细胞没有毒性，且能促进细胞增殖，这有助于加速伤口处细胞的迁移，加速伤口愈合，也说明了pei在支架中没有显现出毒性。图7是cda基复合支架的孔隙率示意图，表明支架内部含有大量的孔洞给，且孔隙率高，有助于细胞的三维迁移生长。图8是cda基复合支架的吸水率示意图，表明支架的吸水率良好，有助于吸收伤口处的渗出液。图9是cda基复合支架的保水率示意图，表明支架的保水率良好，有助于保持伤口处的湿润，为细胞的迁移提供湿润环境。

对比例1

东华大学的莫秀梅教授团队曾报道了一种后处理电纺膜的方法制备3d支架。具体的步骤如下：胶原和聚乳酸(质量比5：1)溶解在hfip中制成11％wt的前驱液，再电纺(15kv，10cm接收距离，5ml/h)成纳米纤维膜。之后10000转/min匀浆30min成短纤维，再在冻干24h制成3d支架，冻干支架在190℃空气中热交联2h。之后取0.5％ha50ml，30mmedc，8mmnhs溶解在50ml缓冲溶液中，然后支架浸泡在上述溶液中，进行二次交联2h，在经过水洗冻干即得到复合材料支架。经过力学实验、吸水率、细胞实验结构发现该复合支架具有良好的力学性能、良好的吸水率、优良的生物相容性。然而不足的是高温热交联溶液导致材料发生热解且材料表面易变成疏水，此外该材料不具有抗菌性能。

本发明提供的兼具抗菌和生物相容性的二醋酸纤维素基三维支架的制备方法，将pei固定在支架中，使得支架在保留良好抗菌的同时，支架没有细胞毒性；引入生物活性物质透明质酸，可以加速细胞的迁移和增殖，有利于加速伤口的愈合；本发明结合了静电纺和后处理，使得支架保留纳米纤维结构，而且后处理工艺简单易操作，对设备的要求低，有利于实现产业化。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

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