[发明专利]一种纳米纤维3D多孔气凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明属于组织工程支架技术领域，具体公开了一种纳米纤维3D多孔气凝胶及其制备方法与应用，该方法包括：S1、将可降解生物压电材料溶于溶剂中，制备得到纺丝溶液；S2、将纺丝溶液在电场作用下喷射到凝固浴中，分散均匀，然后进行干燥处理，得到纳米纤维气凝胶；S3、将纳米纤维气凝胶进行交联处理，得到纳米纤维3D多孔气凝胶。与现有技术相比，本发明方法制备工艺简单易行，制备得到的3D纳米纤维表面是类苦瓜表皮粗糙结构；气凝胶结构内部富含大量孔隙，与细胞生长微环境相似，无毒且生物相容性优异；所使用的压电材料特有的压电效应，能够将外界的机械刺激转化为电能，结合人体本身的微电场，通过产生微电流刺激加速细胞生长。

技术领域

本发明属于组织工程支架技术领域，更具体地，涉及一种纳米纤维3D多孔气凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

在组织工程中需要将人造组织植入受损组织或器官，为了使种子细胞增殖和分化，需要提供一个由生物材料所构成的细胞支架，植入的支架材料具有符合受损组织或器官的几何外形，相当于人工细胞外基质。组织工程支架材料包括骨、软骨、血管、神经、皮肤和人工器官，如肝、脾、肾、膀胱等的组织支架材料。

目前有研究发现，伤口感应电流可能会刺激组织生长，这种现象称为趋电性。因此，模拟伤口处内源性电流可能会加速伤口愈合。此外，人体天然骨组织内存在多种压电活性物质，共同构建骨组织的电学微环境，压电活性骨修复生物膜已被证实可通过仿生骨电学微环境有效促进骨组织再生愈合。生物压电材料具备一定的生物相容性及良好的信号传导能力，可弥补现今生物材料在调控细胞分化和组织再生方面的缺陷，在组织工程领域具有良好的应用前景。但目前，压电材料应用于生物医学领域仍存在材料电活性无法长期保持稳定以及表面电势提升不足等问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种纳米纤维3D多孔气凝胶及其制备方法与应用，利用生物压电材料结合干纺湿接静电纺丝工艺制备3D多孔气凝胶，其在外界刺激下能输出稳定电流，加速细胞生长，旨在解决现有的压电材料用在组织工程中电活性不稳定的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种纳米纤维3D多孔气凝胶的制备方法，其包括如下步骤：

S1、将可降解生物压电材料溶于溶剂中，制备得到纺丝溶液；

S2、将步骤S1得到的纺丝溶液在电场作用下喷射到凝固浴中，分散均匀，然后进行干燥处理，得到纳米纤维气凝胶；

S3、将步骤S2得到的纳米纤维气凝胶进行交联处理，得到纳米纤维3D多孔气凝胶。

优选地，步骤S1中，所述可降解生物压电材料为聚-β-羟丁酸、壳聚糖、甲壳素、纤维素中的一种或多种；所述溶剂为二甲基甲酰胺、异丙醇、三氟乙醇、四氢呋喃、冰醋酸中的一种或多种。

优选地，步骤S2中，所述凝固浴为叔丁醇水溶液。

优选地，所述叔丁醇水溶液中叔丁醇和水的体积比为(1-9):1。

优选地，步骤S2中，所述分散过程采用冰浴中超声分散，超声分散时间为0.5h-1h。

优选地，步骤S2中，所述干燥采用冷冻干燥，干燥时间为24h-48h。

优选地，步骤S3中，所述交联采用化学交联。

优选地，所述化学交联使用的交联剂为京尼平。

按照本发明的另一方面，还提供了一种按照本发明方法制得的纳米纤维3D多孔气凝胶，该纳米纤维3D多孔气凝胶中纤维之间交错形成网状结构，且纤维表面粗糙并具有多个通孔。

按照本发明的另一方面，还提供了纳米纤维3D多孔气凝胶在组织工程支架材料中的应用。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：