【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物材料领域，特别是涉及一种聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素基多孔支架的制备方法与应用。
技术介绍
1、在临床骨缺损修复治疗中，防止骨替代植入感染风险至关重要。骨组织感染由于位于组织的深处，通常治疗难度较高。因此，开发具有抗感染功能的骨修复支架至关重要。在众多的骨修复材料中，细菌纤维素(bc)是一种天然纳米网状高分子纤维，其纳米纤维网络与天然细胞外基质(ecm)中的胶原蛋白的结构相似，利于细胞进行渗透和生长，在骨缺损修复领域具有广阔的应用前景。然而，天然bc不具有骨诱导能力和抗感染能力。
2、铜是一种人体必需的微量元素，对骨矿化和成骨细胞非常重要，是参与各种骨基质成分合成的酶的重要辅助因子，适量的铜有助于成骨细胞的生长。不仅如此，铜还是一种优秀的抗菌剂，能抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长。公开号为cn110951118a，公开日为2020年4月3日的专利文献中公开了cunws/bc复合材料的制备方法，该材料将bc置入cucl2·2h2o、葡萄糖、十六胺的混合水溶液中，在水热反应釜中130℃进行水热反应，成功将cunws合成到bc基体的内部。但是此方法制备的材料孔径较小(纳米级)，cunws尺寸不一致，容易析出，且在材料内部分散不均，含量也较难控制。
3、需要指出的是，cunws的抗感染能力主要依靠cu2+的释放；随着cunws含量的增加，其抗菌性能逐渐增强，但细胞毒性也随之增加。当细胞所受的剂量超过其代谢量时将会出现衰竭甚至死亡。基于此，在保证抗菌效果的同时，应尽量使用最低含量的cunws，
技术实现思路
1、针对上述现有技术，本专利技术提供一种聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素基多孔支架，通过在bc支架中引入铜纳米线(cunws)，以期获得兼具促成骨和抗感染的bc基支架。为此，本专利技术采用将bc打碎然后交联以获得大孔结构及较高的孔隙率，并引入聚乙烯醇(pva)来增加cunws的分散性。由于聚乙烯醇本身具有增粘作用，分子链上含有大量羟基，bc本身也含有大量的羟基，因此，二者结合可以大大促进cunws在bc基体的分散均匀程度。不仅如此，较低含量的cunws还会促进成骨细胞的增殖，而支架的大孔结构及较高的孔隙率除了有利于cu2+释放，还有利于成骨细胞的黏附和生长，使支架获得优良的生物活性和骨诱导特性。本专利技术制备方法中，最后通过1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺(edc)和n-羟基琥珀酰亚胺(nhs)对bc进行交联，从而可以大大提高多孔支架的稳定性及力学性能，而且还可以提高cunws与基体的结合能力，从而获得更长效的促成骨和抗感染功能。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素基多孔支架，该支架由细菌纤维素、铜纳米线和聚乙烯醇组成，所述细菌纤维素是由静态培养得到的含纳米孔结构的细菌纤维素，所述铜纳米线的直径为150-200nm、长度为10 -20μm；所述细菌纤维素、铜纳米线和聚乙烯醇的重量比为100：(0.5-1)：(10-12)；将所述细菌纤维素机械粉碎后，与聚乙烯醇和铜纳米线共混预冻成型后，采用冻干-交联法冻干后避光下交联，交联完成后得到孔径为200-250μm、孔隙率为91.5-98.4％的聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素基多孔支架。该支架的制备方法包括以下步骤：
3、步骤1、制备细菌纤维素：通过静态培养法制备厚度为3.0-5.0mm细菌纤维素水凝胶膜，将所述细菌纤维素水凝胶膜在强碱溶液内浸泡纯化，经机械粉碎、过筛后得到粒径为0.3-0.45mm的细菌纤维素，冷冻干燥后备用；
4、步骤2、支架的冷冻预成型；按照重量体积浓度为7.5mg/l将步骤1制备得到的冻干后的细菌纤维素分散于去离子水中，搅拌均匀，得到溶液a；将铜纳米线加入至重量体积浓度为750-900mg/l的聚乙烯醇水溶液中，其中，铜纳米线与聚乙烯醇的重量比为(0.5-1)：(10-12)，搅拌均匀，得到溶液b；将溶液a和溶液b混合得到溶液c，其中，铜纳米线与细菌纤维素的重量比为(0.5-1)：100，将溶液c于超声机内搅拌均匀后注入模具内，并立即进行冷冻预成型，冷冻干燥后备用；
5、步骤3、避光下，将1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺和n-羟基琥珀酰亚胺加入去离子水中，得到溶液d，其中，1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺的重量体积浓度为度为10-30g/l，n-羟基琥珀酰亚胺的重量体积浓度为20-30g/l；避光下，将步骤2冻干预成型的支架浸没在所述的溶液d中进行交联，交联反应12-24h，用去离子水清洗，冷冻干燥后即得聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素支架。
6、进一步讲，本专利技术所述的制备方法，其中：
7、步骤2中，配置所述聚乙烯醇水溶液时，在80-95℃下进行，恒温下搅拌均匀，使得聚乙烯醇充分溶解在去离子水中。
8、步骤2中，所述冷冻预成型的过程是，先在-20℃冷冻12h，后在-80℃下冷冻12h。
9、将本专利技术制备得到的支架用于抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，抗菌率分别为91.6-93.8％和90.5-92.1％。另外还可以将该支架用于促进成骨细胞的生长和增殖。
10、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
11、(1)将铜纳米线(cunws)引入到bc多孔支架中，增强支架的抗感染能力。并利用聚乙烯醇和支架内部的微纳多孔结构来增强铜纳米线的分散性。由于bc内部和聚乙烯醇中含有大量的羟基，这些羟基可与水分子形成氢键，增强溶液整体的粘性，有利于铜纳米线的分散，同时支架内的微纳多孔结构使得相同含量的铜纳米线可释放出更多的cu2+，降低铜纳米线的使用量，从而降低细胞毒性。
12、(2)较低含量的铜纳米线会促进成骨细胞的增殖。而支架内大量的微米级孔隙也有利于成骨细胞的黏附和生长，使支架获得优良的生物活性和骨诱导特性。
13、(3)通过1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺(edc)和n-羟基琥珀酰亚胺(nhs)的交联，可以大大提高支架的耐水性能。交联剂中带有大量的官能团和活性基团，可与细菌纤维素中的化学键形成键合，有助于铜纳米线在应用时分散的稳定性。
14、此外，该方法具有成本较低、设备操作简便、过程绿色环保的优点。本专利技术中的方法推动了bc在骨组织工程领域的应用，有望为其他骨组织工程支架的构建提供一定的设计思路。
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1.一种聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素基多孔支架，其特征在于，该支架由细菌纤维素、铜纳米线和聚乙烯醇组成，所述细菌纤维素是由静态培养得到的含纳米孔结构的细菌纤维素，所述铜纳米线的直径为150-200nm、长度为10-20μm；所述细菌纤维素、铜纳米线和聚乙烯醇的重量比为100：(0.5-1)：(10-12)；将所述细菌纤维素机械粉碎后，与聚乙烯醇和铜纳米线共混预冻成型后，采用冻干-交联法冻干后避光下交联，交联完成后得到孔径为200-250μm、孔隙率为91.5-98.4％的聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素基多孔支架。
2.一种如权利要求1所述的聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素基多孔支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，配制所述聚乙烯醇水溶液时，在80-95℃下进行，恒温下搅拌均匀，使得聚乙烯醇充分溶解在去离子水中。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述冷冻预成型的过程是，先在-20℃冷冻12h，后在-80℃下冷冻12h。
5.根据权利要求2至4任一所述
6.根据权利要求2至4任一所述的制备方法制得的聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素基多孔支架的应用，其特征在于，将该支架用于促进成骨细胞的生长和增殖。
...【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素基多孔支架，其特征在于，该支架由细菌纤维素、铜纳米线和聚乙烯醇组成，所述细菌纤维素是由静态培养得到的含纳米孔结构的细菌纤维素，所述铜纳米线的直径为150-200nm、长度为10-20μm；所述细菌纤维素、铜纳米线和聚乙烯醇的重量比为100：(0.5-1)：(10-12)；将所述细菌纤维素机械粉碎后，与聚乙烯醇和铜纳米线共混预冻成型后，采用冻干-交联法冻干后避光下交联，交联完成后得到孔径为200-250μm、孔隙率为91.5-98.4％的聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素基多孔支架。
2.一种如权利要求1所述的聚乙烯醇/铜纳米线/细菌纤维素基多孔支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张全超，卢可人，杨俊，王捷，万怡灶，张云鸽，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：
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