[发明专利]基于磁性纳米纤维的取向材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于磁性纳米纤维的取向材料及其制备方法和应用，将磁性纳米材料与纳米纤维材料结合，将混合溶液在磁场中交联并经磁场诱导形成取向凝胶，即得到基于磁性纳米纤维的取向材料。本发明利用磁场对磁性纳米纤维在成凝胶基质中预处理形成预设的取向结构，再经成凝胶基质交联、固化而固定预设的取向结构，所制备的取向材料可用于研究纳米‑微米‑宏观尺度下材料性质与细胞行为关系，揭示材料对细胞行为调控机制。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种基于磁性纳米纤维的取向材料及其制备方法和应用。

背景技术

细胞外基质(ECM)是仿生结构构建的核心要素。ECM不仅充当结构支撑作用，提供生物化学物质(如生长因子和表面化学)及生物物理线索(如纤维结构、亲水性及黏性)，还负责调节可溶性因子的扩散，介导细胞和微环境的机械性能信号传递，从生物、生物化学和生物物理等多因素调控细胞行为。天然细胞外基质在神经、角膜、心脏和肌腱等组织中具有高度定向的特征。为了模拟天然细胞外基质的纤维结构，越来越多的研究将纳米纤维加入到生物活性基质中。纳米纤维能够在形态及尺寸上模拟天然细胞外基质纤维，可以很好诱导细胞在其上的粘附与增殖。

目前制造纳米纤维的方法有很多，如拉伸法、模板聚合法、微相分离法、自组织法和静电纺丝法等。静电纺丝工艺是一种简单、有效的合成纳米纤维的方法，能够直接、连续地制备聚合物纳米纤维，具有实验条件温和、成本低廉、易操作、可以合成的材料种类多等优势。纺丝过程可控，可根据需要纺出各种形态、各种取向的纤维以满足多种性能的要求。通过静电纺丝法制得的纳米纤维具有纤度细、比表面积大、孔隙率高、长径比大、力学性能好等特点。

而磁性纳米纤维由于对磁场良好的响应性，可以在磁场诱导下形成取向。再与胶原蛋白、生物活性肽等活性成分结合可进一步引导细胞定向迁移，促进细胞黏附、增殖及分化，在神经、心肌、肌腱、骨组织再生及伤口愈合等领域中有广泛的应用。

磁性材料与纤维材料结合多用于取向静电纺丝薄膜或支架的制备，以研究纤维对细胞行为的影响以及磁场和取向共同作用下的细胞行为。但是该技术与静电纺紧密结合，静电纺一体成型的取向纳米纤维不具备取向结构设计性，无法对纤维取向结构灵活调控，无法实现如一定角度，梯度，放射状等取向结构的构建。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于磁性纳米纤维的取向材料及其制备方法和应用，本发明利用毫米级别长度的磁性丝素蛋白纳米纤维在磁场中的响应性构建多尺度仿生结构，可用于研究纳米-微米-宏观尺度下材料性质与细胞行为关系，揭示材料对细胞行为调控机制。

本发明将磁性纳米材料与纳米纤维材料结合，利用磁场对磁性纳米纤维在成凝胶基质中预处理形成预设的取向结构，再经成凝胶基质交联、固化而固定预设的取向结构。

本发明的技术方案如下：

一种基于磁性纳米纤维的取向材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将磁性丝素蛋白纳米纤维与浓度为0.1～30wt％的丝素蛋白溶液或光敏丝素蛋白溶液混匀后得到混合溶液，所述磁性丝素蛋白纳米纤维的直径为100～400nm，长度在1μm以上，所述磁性丝素蛋白纳米纤维与丝素蛋白溶液的质量比为1：100～100：0.1；

(2)将所述混合溶液中的磁性纳米纤维在磁场中经磁场诱导取向并交联，形成取向凝胶，即得到所述基于磁性纳米纤维的取向材料；

其中，磁性丝素蛋白纳米纤维包括丝素蛋白纤维以及分布于丝素蛋白纤维内部和/或表面的磁性纳米颗粒；磁性丝素蛋白纳米纤维的制备方法包括以下步骤：

采用静电纺丝法制备磁性丝素蛋白纳米纤维膜，然后将磁性丝素蛋白纳米纤维膜粉碎后得到磁性丝素蛋白纳米纤维。