[发明专利]核/壳复合纤维及其制备方法

说明书

本发明提供了一种核/壳复合纤维的制备方法，包括：将合成聚合物材料溶解于有机溶剂中，混合处理，配制合成聚合物浆料；将合成聚合物浆料和水凝胶浆料装入双通道同轴挤出的3D打印设备中，并用双通道针头连接，合成聚合物浆料连接内通道，水凝胶浆料连通外通道，调节内外通道的挤出压力，使外通道水凝胶和内通道合成聚合物同步挤出，得到具有核/壳结构的复合材料；将得到的具有核/壳结构的复合材料置于交联剂水溶液中，使外壳水凝胶发生交联反应，且内核合成聚合物中的有机溶剂被交联剂水溶液中的水相萃取，内核合成聚合物固化，得到核/壳复合纤维。本发明提供的核/壳纤维可以进一步构建3D打印支架。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，尤其涉及一种核/壳复合纤维及其制备方法。

背景技术

人口老龄化国情下，组织/器官修复与再生的临床需求不断增强，创新治疗方式的研究势在必行。以骨科为例，大段骨缺损、骨质疏松性骨折、骨不连等普遍面临供体来源、治疗效果相关的难题。在分子和细胞水平上，组织/器官修复与再生的本质是重建治疗部位的细胞生存和功能发挥的微环境，达到健康水平。因此，修复材料需要同步实现功能设计和精准制造。功能设计方面，应当仿效细胞外基质环境，为细胞提供良好的生长基底；精准制造方面，应当实现宏观形态和尺寸的定制化制造，以及细胞生长的微观精细多孔环境的构建。3D打印技术在定制式精准制造方面优势显著，利用3D打印技术构建组织/器官修复体是未来技术发展方向，也是国家科技创新战略的重要内容。

当前研究的3D打印材料包括磷灰石、生物玻璃、聚酯、钛基金属以及水凝胶等，其中水凝胶以其良好的生物相容性、降解性和化学设计性表现出很高应用潜力。海藻酸盐作为一种广泛使用的天然水凝胶，能够与多价离子(如钙离子等)快速交联，因此在3D打印领域得到广泛研究。然而多价离子交联的海藻酸水凝胶，其多价离子容易被周围介质中的单价离子(如钠离子等)置换，从而破坏交联位点，导致支架结构不稳定乃至崩塌。与传统水凝胶支架类似，由于水凝胶的高含水量特征，该3D打印海藻酸支架在湿态下的力学强度不足；而且湿态水凝胶的分子网络间隙较大，对药物的缓释潜力不高。这些因素限制了海藻酸水凝胶支架的应用范围。

利用同轴多通道挤出方式构建核/壳结构纤维是目前3D打印支架研究的一个重要分支，通过内核和外壳灵活的材料设计可以改善打印纤维的力学性能。目前常见的基于水凝胶材料的双通道挤出打印的研究，其内核和外壳都是由水凝胶材料组成。例如，有发明报道了采用两种水凝胶溶液，通过同轴打印获得具有内外双层结构的纤维：外壳水凝胶由海藻酸钠等组成，力学强度低，主要用于包载细胞以及生长因子；内层水凝胶包载无机粉体或者高分子微球，用于改善纤维的力学性能(CN 201710867506.6)。这种方式需要额外的无机粉体对内核的水凝胶进行增强，操作复杂，而且湿态下的增强效果有限。还有研究报道采用不同浓度的海藻酸钠进行同轴打印，通过钙交联，获得具有较好力学稳定性外壳(由高浓度海藻酸钙组成)和可载细胞的低密度内核(由低浓度海藻酸钙组成)(Biofabrication,2016,8,045001)。这种方式得到的材料湿态下增强效果有限，而且存在钙离子不断流失、导致纤维结构瓦解的风险。合成聚合物材料具有较好的力学性能，但是通常水溶性较差，只能用有机溶剂溶解，在室温常态下挤出难以固化形成稳定的纤维结构，合成聚合物纤维的挤出通常需要借助加热熔融或者在低温下进行溶液挤出。因此，合成聚合物材料在室温常态下，很少有报道将其作为力学增强材料通过同轴多通道挤出来制备核/壳结构纤维。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核/壳复合纤维及其制备方法，旨在解决现有水凝胶材料湿态下的力学强度不足的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种核/壳复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

将合成聚合物材料溶解于有机溶剂中，混合处理，配制合成聚合物浆料；其中，用于分散所述合成聚合物的所述有机溶剂为水溶性有机溶剂；获取水凝胶浆料；