[发明专利]一种磁电纤维的制备方法、磁电纤维及其应用

说明书

本发明提供了一种磁电纤维的制备方法、磁电纤维及其应用，属于生物医用组织修复材料技术领域，所述磁电纤维主要由磁响应纳米材料和压电聚合物制备而成。本发明基于磁响应纳米材料与压电聚合物构建了磁电纤维，并基于磁电纤维构建了磁‑力‑电多重耦合纤维支架，无需引入任何生长因子、细胞等难以控制的生物活性材料，也无需外接力刺激、电刺激等设备，仅在简单的外加磁场作用下，便可对腱‑骨组织产生磁‑力‑电多重物理场耦合作用，从而安全有效地调控细胞行为，促进腱‑骨组织的再生与重建；同时以该支架材料为核心，可形成相应临床使用规范和治疗策略，根据患者病情定制适配康复方案，为腱‑骨组织的术后修复增加新的操作窗口。

技术领域

本发明属于生物医用组织修复材料技术领域，尤其涉及一种磁电纤维的制备方法、磁电纤维及其应用。

背景技术

目前，腱-骨组织损伤在日常生活中十分常见，且随着全民健身的推广和社会老龄化的加剧，腱-骨损伤疾病的发生量也在逐年增加；其不仅影响患者的正常生活、给家庭带来额外的经济负担、也给社会及医疗系统带来巨大压力。当前，鉴于腱-骨组织损伤后的自然愈合十分困难，车祸或重大运动损伤后的肌骨疾病等都需要进行外科手术治疗，可以采用自体移植物、异体移植物、人工支架以及缝合线等材料进行组织修复治疗。其中，由于自/异体移植物存在来源有限、机体排异和伦理道德等诸多问题，人工支架材料在腱-骨组织修复中广泛应用。然而，临床常用的人工支架材料仅能为腱-骨组织修复提供承力功能，在生物活性方面作用较弱，导致腱-骨组织难以生物性愈合，远期疗效不佳，因此极大地制约了腱-骨组织的临床治疗效果。

为了提高腱-骨组织的修复效果，研究者们已经在功能支架上进行了很多探索，主要可以概括为以下两方面：一是将生长因子、细胞等生物活性物质引入到支架中，细胞实验及动物实验结果表明，负载这些生物活性物质的支架可以有效促进受损腱-骨组织的愈合；然而，结合体内相关组织愈合的多元性、特异性和复杂性，当前这些生物活性物质存在半衰期短，其最佳作用剂量、最佳配比等重要影响因素尚不明确，因此难以真正实现临床应用；另一种方法是将钙磷类无机材料在支架表面进行区域特异性修饰，该方案仍然存在以下两个主要问题:(i)这类支架在修复早期是否能够提高腱-骨组织的力学和生物学性能尚有待进一步商榷；(ii)涂层服役稳定性问题，涂层与支架之间的力学不匹配性可能导致涂层脱落，诱发炎症，阻碍组织愈合。

现有技术中的方法多是通过调控组织周围生物或化学信号来促进组织愈合，事实上越来越多的研究表明物理信号对组织愈合同样至关重要，近年来也受到相关学者的高度关注。众所周知，腱-骨组织为承力组织，相关运动医学研究也表明，早期锻炼可对组织产生力学刺激，从而促进组织愈合。然而，在实际场景中，施加外界力学刺激达到腱-骨组织修复的目的仍然面临巨大挑战；包括(1)力学刺激精确性问题，如何准确把握早期锻炼的强度，以使其在修复过程中不会造成组织的再撕裂；(2)力学刺激可行性问题，例如一些行动不便的老年患者也难以进行早期锻炼，从而无法促进早期愈合。除了力刺激以外，腱-骨组织也被证明是电信号敏感组织，已有学者通过实验揭示了电刺激对于正向调控细胞行为和促进腱-骨组织修复的有益效果，但目前的方法往往需要通过外接电刺激设备，操作不便且存在安全隐患。

基于此，亟需开发新的能够自发产生力、电等物理信号的生物功能纤维及其支架材料来解决腱-骨组织难以愈合的重大临床问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁电纤维的制备方法、磁电纤维及其应用。利用本发明的方法制备得到的磁电纤维为原料制备的纤维支架能对腱-骨组织提供有效的物理信号刺激，从而调控细胞行为、促进组织愈合；同时通过优化设计，该支架能够具有良好的拉伸强度和多级仿生结构，满足腱-骨组织修复与再生的需求。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种磁电纤维的制备方法，所述磁电纤维主要由磁响应纳米材料和压电聚合物制备而成。

优选的，所述磁响应纳米材料包括铁氧体、铁合金和稀土金属合金中的一种或几种。