4D构建性能的生物材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种4D构建性能的生物材料及其制备方法和应用，包括步骤：将PVA在第一设定温度的去离子水中充分溶解，待溶解冷却至第二设定温度时，对其进行搅拌，并按比例将甲基丙烯酸酐加入溶液避光环境下反应，生成PVA

【技术实现步骤摘要】
4D构建性能的生物材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及生物材料领域，尤其涉及一种4D构建性能的生物材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在各种急性原因所导致的大血管损伤、各种脏器的外伤，如战伤、车祸伤等，或又因感染、各种慢性损伤导致的组织损害，如韧带慢性疲劳断裂、感染所致骨膜缺损等；现有的治疗方案较多，比较成熟的常见的方案是缝合修补或人工植入物修补，因为缝合天然缺陷会不同程度导致局部缩窄，并且，非可吸收性缝线常常在局部形成异物包裹、异物肉芽肿等等长期慢性免疫反应。此外，某些情况下，无法进行缝合治疗，例如感染缺损部位组织脆性大，缝合导致切割，或撕脱性创面无法缝合等等情况。
[0003]PVA(聚乙烯醇)是一种力学性能好，拥有大量的基础研究和临床应用的无毒材料。可广泛用于促进细胞粘附、增值的优秀生物材料，高聚合度PVA亲水性极好，易溶于水，在组织工程领域应用时，常用作牺牲材料，现有的利用PVA作为组织工程支架的方法，比较常见的是静电纺丝技术，利用PVA无毒、水溶后可电纺的优点，杂化其他水溶可纺性差的生物材料，通过静电纺丝技术构建杂化的纳米结构膜性支架，将干细胞植入支架，使其功能化，成为组织工程复合支架，植入需要修复的组织区域，干细胞在此支架上粘附生长，结合相关的诱导机制，逐渐修复组织，而PVA制造的组织工程纳米微丝支架逐渐生物降解，被组织细胞替代，最终完成组织修复。但易溶于水这个特点，也成为它作为生物材料的弱点，所以其有个绰号“陆地之王”，在非湿润情况下PVA的力学性能是生物材料中的佼佼者，一旦接触水，很快溶解，失去力学作用。
[0004]HA
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NB(邻硝基苯透明质酸)用邻硝基苯基团接枝到透明质酸，形成光敏改性的透明质酸，因其有极强的组织亲和力和强大的力学性能，是一种优秀的组织粘接剂水凝胶材料，是光敏水凝胶材料的最新材料之一(由我国材料学专家朱麟勇教授首先合成专利技术)，现有的前沿应用例如，它与甲基丙烯酰化明胶(Gel
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MA)杂化组合，形成即刻止血凝胶，可以快速、有效治疗大动脉破裂、心脏破裂的急性损伤，但这种杂化光敏水凝胶前体保存环境要求较高(4摄氏度低温)，保质期较短(一般不超过1个月)，对应用场景的要求就提高了，这就限制了它在急救、战场、家庭、交通工具等的适用性。并且，水溶的HA
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NB电纺性能较弱，也需要一种合适的方法弥补这个弱点。
[0005]也有少部分研究将Gel
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MA与HA
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NB杂化混合溶于水后，加入适量光引发剂，制作水凝胶前驱液，可以用于急性大动脉出血、心脏破裂出血等急性损伤的快速止血治疗。但该方案也存在以下几点问题：(1)此方案需要提前配制光敏水凝胶前驱液，准备时间也较长，大于30分钟，对配制环境要求高，保存条件也要求高，不利于即刻快速应用，保存时间有限。(2)由于是光敏前驱液是液态，在实际操作中，如果是狭窄的空间或者需要修复的组织不在水平状态，由于重力作用，未交联时，液体会流动，会造成操作困难甚至失败，也对操作者要求提高，这些也是其重要的缺点之一。(3)光敏凝胶的力学性能与前驱液中所含的材料重量
百分比wt％呈正相关趋势，但与其流动性成反比，也就是说，如果配置高力学性能的光敏凝胶前驱液，就会浓度过高，不利于操作，例如，不能通过较细的注射器头。但如果浓度过低，又会造成力学性能变弱，可能造成修复失败，例如，光交联度低，不能承受过高的动脉压力等等。
[0006]总结，PVA弱点是易溶于水，这导致其失去其强大力学性能的作用，经过光敏改性后，可以弥补这个弱点，但仍缺乏足够的组织亲和力(缺乏与组织产生共价键紧密结合的能力)；HA
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NB弱点是需要杂化和配制为溶液形态备用，适用范围变窄，保存条件要求变高；另一方面，HA
‑
NB水溶形态下电纺性能差，而如果使用有机溶剂情况下进行电纺，又存在生物相容性差的问题。

技术实现思路

[0007]鉴于此，本专利技术实施例提供了一种4D构建性能的生物材料及其制备方法和应用，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]根据本专利技术的一方面，提供了一种4D构建性能的生物材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0010]将PVA在第一设定温度的去离子水中充分溶解，待溶解冷却至第二设定温度时，对其进行搅拌，并按比例将甲基丙烯酸酐加入溶液避光环境下反应，生成PVA
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MA，随后去除残余未反应的杂质，干燥后制得纯净的白色海绵状的PVA
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MA；
[0011]将PVA
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MA、HA
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NB和光引发剂三种材料按比例杂化，溶于去离子水，充分溶解后制得水溶性的杂化溶液；
[0012]对所述杂化溶液进行静电纺丝以制造纳米级别的纤维膜，将所述纤维膜控制在设定厚度范围内。
[0013]在一些实施例中，将PVA在80摄氏度去离子水中充分溶解，浓度控制在8
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10％，待溶解冷却至50摄氏度时，恒温磁力搅拌，并按1g：1ml甲基丙烯酸酐比例将甲基丙烯酸酐加入溶液避光环境下反应24
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48小时。
[0014]在一些实施例中，在生成PVA
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MA后，将溶液转入10kda透析袋进行透析，间隔4
‑
8小时换去离子水一次，持续1周，将残余未反应的杂质去除，真空冷冻干燥后，制得纯净的白色海绵状的PVA
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MA。
[0015]在一些实施例中，所述PVA
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MA、HA
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NB和光引发剂三种材料的杂化重量比例为6％：1.5％：0.5％。
[0016]在一些实施例中，所述PVA
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MA和HA
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NB两种材料的杂化重量比例为8％：2％。
[0017]在一些实施例中，所述光引发剂为LAP。
[0018]在一些实施例中，将白色海绵状的PVA
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MA、HA
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NB和光引发剂三种材料按比例杂化后，溶于去离子水，溶液温度为37
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40度，在避光的环境下，对其进行磁力搅拌，充分溶解后制得水溶性的所述杂化溶液。
[0019]在一些实施例中，对所述杂化溶液进行静电纺丝制造纳米级别的纤维膜的步骤包括：
[0020]采用电访设备进行静电纺丝制造，所述电纺设备具有挤出单元和接收装置，所述
接收装置为有序单向接收器；
[0021]将制得的所述杂化溶液装入所述电纺设备的所述挤出单元，按推注速度1ml/h，电压15Kv，在避光环境下，制备有序的所述纤维膜；
[0022]所述纤维膜控制的设定厚度范围为50um
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100um，制备完成后，对所述纤维膜真空冻干，避光干燥储存。
[0023]根据本专利技术的另一方面，提供了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种4D构建性能的生物材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将PVA在第一设定温度的去离子水中充分溶解，待溶解冷却至第二设定温度时，对其进行搅拌，并按比例将甲基丙烯酸酐加入溶液避光环境下反应，生成PVA
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MA，随后去除残余未反应的杂质，干燥后制得纯净的白色海绵状的PVA
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MA；将PVA
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MA、HA
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NB和光引发剂三种材料按比例杂化，溶于去离子水，充分溶解后制得水溶性的杂化溶液；对所述杂化溶液进行静电纺丝以制造纳米级别的纤维膜，将所述纤维膜控制在设定厚度范围内。2.根据权利要求1所述的4D构建性能的生物材料的制备方法，其特征在于，所述杂化溶液用于静电纺丝制造纳米级别的纤维膜，或者用于进行光敏交联固化进行3D打印，或者用于同步进行静电纺丝和光敏交联固化处理以制造纳米级别的光交联微丝结构。3.根据权利要求1所述的4D构建性能的生物材料的制备方法，其特征在于，将PVA在80摄氏度去离子水中充分溶解，浓度控制在8
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10％，待溶解冷却至50摄氏度时，恒温磁力搅拌，并按1g：1ml甲基丙烯酸酐比例将甲基丙烯酸酐加入溶液避光环境下反应24
‑
48小时。4.根据权利要求3所述的4D构建性能的生物材料的制备方法，其特征在于，在生成PVA
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MA后，将溶液转入10kda透析袋进行透析，间隔4
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8小时换去离子水一次，持续1周，将残余未反应的杂质去除，真空冷冻干燥后，制得纯净的白色海绵状的PVA
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MA。5.根据权利要求4所述的4D构建性能的生物材料的制备方法，其特征在于，所述PVA
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MA、HA
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NB和光引发剂三种材料的杂化重量比例为6％：1....

【专利技术属性】
技术研发人员：罗四维，杨龙，叶川，刘鋆，
申请(专利权)人：罗四维，
类型：发明
国别省市：