[发明专利]方向性生物微纳米纤维支架快速制备装置及微纳米纤维支架的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微/纳米材料的制备领域，特别涉及到一种方向性生物微纳米纤维支架快速制备装置及微纳米纤维支架的制备方法。

背景技术

微纳米纤维根据其不同的外形与功能，可以被构建成不同的支架结构，并被广泛地应用于药物载体、生物支架、组织工程以及化学工程。而通过对纤维支架、生长因子及活性细胞的可控构建制得的具有生物特性的微纳米纤维支架，在诸如人工骨、软骨、神经、血管、皮肤、肝、脾、肾、膀胱等方面都具有了初步的应用。

静电纺丝技术作为现有的能够较为高效生产微纳米纤维的技术之一，被广泛应用于纤维支架的制作。其作用机制主要是通过对生物材料施加一个高电压，使材料在针管尖端形成一个锥，当施加的电场力足以克服溶液的表面张力时，会在锥上形成喷射状的微纳米纤维，这些纤维在电场力的牵引过程中由于高挥发性的溶剂挥发逐渐凝固，并最终掉落到收集装置上。静电纺丝技术得益于其操作简单以及多功能性，常常被用于制作微纳米纤维支架，并通过对支架后续的细胞种植与培养，得到最终可使用的生物支架。但受限于静电纺丝的天然属性，收集得到的微纳米纤维方向性较差且产量较低，并且需要通过多步步骤来制得最终的生物支架。

鉴于原有技术的一些局限性，近些年来，“细胞打印”技术也得到了许多关注。这项技术主要包括喷墨细胞打印、喷射细胞打印、激光打印以及声控细胞打印。其主要作用机理均通过将细胞(或细胞聚集体)、溶胶(水凝胶的前驱体)和生长因子的混合液同时置于打印机的喷头中，由计算机控制含细胞液滴的沉积位置，通过由点到线，由线到面，由面成体的方式逐渐完成三维多细胞水凝胶类器官结构体的构建。这项技术实现了单一步骤对生物支架的微观有序构建，精确实现不同细胞在三维复杂结构体内的按需、可控、均匀种植。但其主要挑战在于其构建生物支架的成本高且产量低，难以满足日益增加生物支架产量的需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了方向性生物微纳米纤维支架快速制备装置及微纳米纤维支架的制备方法。通过对喷丝装置的重新设计，实现了生物材料与细胞/生长因子在装置上同时进行离心电纺，以单一步骤制得了具有生物特性的微纳米纤维支架。同时，通过对喷口孔径、溶液浓度、静电纺丝电压以及回转转速的调控，可以对电纺纤维直径、方向性、表面特征与形态的进行调控已达到对生物支架的调控。本发明在保证制得的微纳米纤维支架的方向性的同时，极大地提高了纤维支架产量。另外，通过搭载不同体系的生物材料与细胞/生长因子，实现了不同类型生物支架的制取，在组织工程领域，特别是在仿生工程以及创伤敷料上有广阔的应用空间。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：—种方向性生物微纳米纤维支架快速制备装置，包括高压电源、接收装置、一对腔室管、底座、回转电机；所述一对腔室管固定在底座上，回转电机的输出轴与底座相连，一对腔室管设置在接收装置内；所述腔室管为中空的圆柱型结构，腔室管的外侧壁设有喷孔，其中一个腔室管内盛有电纺原液，另一个腔室管内盛有细胞/生长因子原液；高压电源的负极与接收装置相连，高压电源的正极分别与电纺原液和细胞/生长因子原液电连接。

进一步的，所述底座上具有金属块，金属块外套有电刷，高压电源的正极与电刷相连，金属块通过导线分别与电纺原液和细胞/生长因子原液相连。

进一步的，所述接收装置为导电壳体。

进一步的，所述接收装置的材料为Fe、Al、Ni、Au、Ag、Cu、CuO、Al₂O₃、Zn、Zn0、Fe₃O₄或Fe₂O₃。

进一步的，所述的回转电机的工作转速为30RPM‐15000RPM。

进一步的，所述的喷孔直径为5um‐5mm，单侧喷孔间距为5‐50mm。

进一步的，所述高压电源的电压范围为0.2kV至60kV。

本发明的另一目的是提供一种上述的方向性生物微纳米纤维支架快速制备装置制备微纳米纤维支架的方法，包括如下步骤：

1)将电纺原液以及细胞/生长因子原液分别注入腔室管中；

2)通过回转电机对底座施加一个转速为30RPM‐15000RPM；

3)在腔室管与接收装置之间施加电压0.2kV至60kV；

4)电纺原液在离心作用力以及高压电源的电场作用力下，在喷口处形成静电纺丝纤维，在接收装置上获得具有方向性的微纳米纤维。