胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法

1.本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法。


背景技术：

2.心脏瓣膜疾病是当今世界范围的一种多发常见病。生物瓣膜和机械瓣膜置换是治疗瓣膜疾病的有效方法，但是上述两者都有其固有的缺陷：生物瓣膜因为经过化学方法处理后，缺乏活力，使用期限为10至15年左右，终因组织退行性变和钙化等导致瓣膜衰败及功能障碍，给患者带来再次手术的负担和风险；机械瓣膜虽然有较长寿命，但是需要终生抗凝，可伴随着出血和栓塞等并发症，严重者致残及危及患者生命等潜在危险性。因此，瓣膜修复是最理想的治疗方法。
3.正常的心脏瓣膜包括特别的细胞和细胞外基质(ecm)，能够对局部生物力学的改变有着及时的反应和再塑形。一个成功的组织工程瓣膜修复材料的研究必须和它的组成成份结合起来，不仅要适应形态的变化，而且能适应压力、剪切力、顺应性和耐久性的要求。胶原具有独特的三位空间结构，与人体的相容性极好，被广泛应用于心脏瓣膜修复、创面敷料等医用材料领域。然而，传统胶原材料仍存在体内降解速率较快、生物力学性能不足等诸多问题，一定程度上也限制了其医学应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，该心脏瓣膜修复材料具有较强的黏附性和较高的机械性能。
5.本发明所采用的技术方案是，胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
6.步骤1、制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的发电层；
7.步骤2、制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层；
8.步骤3，以脱细胞猪真皮基质作为支架，按照顺序将由步骤1得到的发电层和由步骤2得到的粘合层依次用壳聚糖溶液粘连，即可得到胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料。
9.本发明的特点还在于，
10.步骤1中，具体为：
11.向0.1-1mol/l的硫酸铵溶液加入1-10质量份明胶、1-10质量份丙烯酸和1-10质量份的丙烯酰胺中，搅拌30min，再加入0.003-0.03质量份的n、n-亚甲基双丙烯酰胺搅拌15min，然后采用静电纺丝技术纺丝成膜，制得多功能自发电心脏瓣膜修复材料的发电层。
12.静电纺丝条件为：电压为10-15kv，注射器的推送速度为0.5-1.0ml/h，喷丝头到收集端的距离为15-20cm，针头相对于收集端平行方向的相对运行速度为1-4cm/s。
13.步骤2中，具体步骤为：
14.步骤2.1：将0.1-1质量份羧甲基纤维素钠溶解于20-200质量份无水三氯化铁溶液，搅拌至其完全溶解，边搅拌边加入4-40质量份丙烯酰胺，使其发生共聚，至此得到混合溶液a；
15.步骤2.2：将0.05-0.5质量份吡咯单体于去离子水中，搅拌使其搅拌均匀，继续加入1-10质量份明胶持续搅拌至明胶彻底溶解后加入0.003-0.03质量份n,n-亚甲基双丙烯酰胺，持续搅拌30min后，加入0.05-0.5质量份过硫酸铵再搅拌15min，至此得到混合液b；
16.步骤2.3：将步骤2.1得到的混合液a和步骤2.2得到的混合液b搅拌混合均匀，经超声处理除泡后将溶液倒入模具之中，再置于真空干燥箱中干燥，得到多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层。
17.步骤2.3中，超声处理频率为20-100hz，时间为30s；真空干燥的温度为50-100℃，时间为5-10h。
18.步骤3中，壳聚糖溶液的质量分数为0.5-5％。
19.本发明的有益效果在于：
20.(1)本发明采用的脱细胞猪真皮基质，去除了表皮以及具有免疫原性的细胞，保留了较为完整的真皮基质，该材料无免疫原性、组织相容性较好，且该材料更贴近天然组织结构，更能促进原位组织再生；
21.(2)本发明制备的心脏瓣膜修复材料具有较强的黏附性，同时还具有较高的机械性能，适于植入心脏瓣膜修复；
22.(3)本发明制备的心脏瓣膜修复材料具有低免疫原性，植入体内后无需服用抗免疫的药物；
23.(4)本发明制备的心脏瓣膜修复材料具有自发电的功能，能够自体产生微电流对心脏瓣膜创伤部位实施电刺激，进一步促进伤口愈合，同时也可以减少病人感染的风险以及疼痛感。
附图说明
24.图1是本发明胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的模型图；
25.图2是本发明胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料中支撑层的扫描电镜图。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
27.本发明胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
28.步骤1、制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的自发电层；
29.具体为：向0.1-1mol/l的硫酸铵(aps)溶液加入1-10质量份明胶、1-10质量份丙烯酸(mma)和1-10质量份的丙烯酰胺(am)中，磁力搅拌30min，再加入0.003-0.03质量份的n、n-亚甲基双丙烯酰胺(mba)磁力搅拌15min，然后采用静电纺丝技术纺丝成膜，制得多功能自发电心脏瓣膜修复材料的发电层；
30.静电纺丝条件为：电压为10-15kv，注射器的推送速度为0.5-1.0ml/h，喷丝头到收集端的距离为15-20cm，针头相对于收集端平行方向的相对运行速度为1-4cm/s；
31.步骤2、制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层，具体步骤为：
32.步骤2.1：将0.1-1质量份羧甲基纤维素钠(cmc-na)溶解于20-200质量份无水三氯化铁溶液，磁力搅拌至其完全溶解，边搅拌边加入4-40质量份丙烯酰胺(aam)，使其发生共聚，共聚反应时间是0.5-1h，至此得到混合溶液a；
33.无水三氯化铁溶液的浓度为0.01-0.1mol/l；
34.步骤2.2：将0.05-0.5质量份吡咯单体于去离子水中，采用磁力搅拌使其搅拌均匀，继续加入1-10质量份明胶持续搅拌至明胶彻底溶解后加入0.003-0.03质量份n,n-亚甲基双丙烯酰胺(mba)，持续搅拌30min后，加入0.05-0.5质量份过硫酸铵(aps)再搅拌15min，至此得到混合液b；
35.步骤2.3：将步骤2.1得到的混合液a和步骤2.2得到的混合液b采用磁力搅拌混合均匀，经超声处理除泡后将溶液倒入模具之中，再置于真空干燥箱中干燥，得到多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层；
36.超声处理频率为20-100hz，时间为30s；真空干燥的温度为50-100℃，时间为5-10h。
37.步骤3，以脱细胞猪真皮基质(padm)作为支架，按照顺序将由步骤1得到的发电层和由步骤2得到的粘合层依次用壳聚糖(cs)溶液粘连，即可得到胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料。
38.壳聚糖溶液的质量分数为0.5-5％；
39.本发明胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的模型图，如图1所示，可以看出该材料自下而上由支撑层、发电层和粘合层组成；
40.本发明胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料中支撑层的扫描电镜图，由图2可以得出支撑层的胶原纤维表面具有存在一定的粗糙结构。
41.本发明采用组织工程技术将猪皮肤采用独特的加工处理方法完整去除表皮，并彻底清楚真皮中所有的细胞成分，在此基础上保留其真皮的空间结构，制得脱细胞猪真皮基质(padm)。通过复合聚吡咯导电高分子材料、生物降解性极好的高分子材料左旋聚乳酸和具有强吸附力的壳聚糖等制得具有促进细胞黏附和再生功能的胶原基质多功能自发电修复材料。
42.实施例1
43.本发明胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
44.步骤1，制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的自发电层：向10ml、0.1mol/l的硫酸铵溶液加入1g明胶、1g丙烯酸和1g丙烯酰胺中，磁力搅拌30分钟，再加入0.003g的n、n-亚甲基双丙烯酰胺磁力搅拌15分钟，然后采用静电纺丝技术纺丝成膜，静电纺丝条件是电压10kv，注射器的推送速度为0.5ml/h，喷丝头到收集端的距离为15cm，针头相对于收集端平行方向的相对运行速度为1cm/s，制得多功能自发电心脏瓣膜修复材料的发电层；
45.步骤2，制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层：将0.1g羧甲基纤维素钠溶解于20ml、0.01mol/l无水三氯化铁溶液，磁力搅拌至其完全溶解，边搅拌边加入4g丙烯酰胺，使其发生共聚，至此得到混合溶液a；
46.采用氧化聚合法复合聚吡咯：称取0.05g吡咯单体于去20ml离子水当中，采用磁力
搅拌使其搅拌均匀，继续加入1g质量份的明胶持续搅拌至明胶彻底溶解后加入0.003g的n,n-亚甲基双丙烯酰胺，持续搅拌30分钟后，加入0.05g的过硫酸铵再搅拌15分钟，至此得到混合液b；
47.将混合液a和步骤2.2得到的混合液b采用磁力搅拌混合均匀，经20hz超声波除泡30s后将溶液倒入模具之中，再将其置于50℃真空干燥箱干燥5h中，随即得到多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层；
48.步骤3：以脱细胞猪真皮基质作为支架，按照顺序将发电层和粘合层依次用壳聚糖溶液(0.5％wt)粘连，即可。
49.实施例2
50.本发明胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
51.步骤1，制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的自发电层：将50ml、0.5mol/l的硫酸铵溶液加入5g明胶、4g丙烯酸和4g的丙烯酰胺中，磁力搅拌30分钟，再加入0.01g的n、n-亚甲基双丙烯酰胺磁力搅拌15分钟，然后采用静电纺丝技术纺丝成膜，静电纺丝条件是电压13kv，注射器的推送速度为0.6ml/h，喷丝头到收集端的距离为16cm，针头相对于收集端平行方向的相对运行速度为2cm/s，制得多功能自发电心脏瓣膜修复材料的发电层；
52.步骤2，制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层：将0.5g羧甲基纤维素钠溶解于100ml、0.02mol/l无水三氯化铁溶液，磁力搅拌至其完全溶解，边搅拌边加入4g丙烯酰胺，使其发生共聚，至此得到混合溶液a；
53.采用氧化聚合法复合聚吡咯：称取0.2g吡咯单体于去20ml离子水当中，采用磁力搅拌使其搅拌均匀，继续加入5g明胶持续搅拌至明胶彻底溶解后加入0.01g的n,n-亚甲基双丙烯酰胺，持续搅拌30分钟后，加入0.1g的过硫酸铵再搅拌15分钟，至此得到混合液b；
54.将混合液a和步骤2.2得到的混合液b采用磁力搅拌混合均匀，经80hz超声波除泡30s后将溶液倒入模具之中，再将其置于60℃真空干燥箱干燥7h中，随即得到多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层；
55.步骤3，以脱细胞猪真皮基质作为支架，按照顺序将发电层和粘合层依次用壳聚糖溶液粘连，即可。
56.实施例3
57.本发明胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
58.步骤1，制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的自发电层：将100ml、1mol/l的硫酸铵溶液加入10g明胶、10g丙烯酸和10g的丙烯酰胺中，磁力搅拌30分钟，再加入0.03g的n、n-亚甲基双丙烯酰胺磁力搅拌15分钟，然后采用静电纺丝技术纺丝成膜，静电纺丝条件是电压15kv，注射器的推送速度为1ml/h，喷丝头到收集端的距离为20cm，针头相对于收集端平行方向的相对运行速度为4cm/s，制得多功能自发电心脏瓣膜修复材料的发电层；
59.步骤2，制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层：将1g羧甲基纤维素钠溶解于50ml、0.1mol/l无水三氯化铁溶液，磁力搅拌至其完全溶解，边搅拌边加入4g丙烯酰胺，使其发生共聚，至此得到混合溶液a；
60.采用氧化聚合法复合聚吡咯:具体步骤为，分别称取0.5g吡咯单体于去20ml离子
水当中，采用磁力搅拌使其搅拌均匀，继续加入10g质量份的明胶持续搅拌至明胶彻底溶解后加入0.03g的n,n-亚甲基双丙烯酰胺，持续搅拌30分钟后，加入0.5g的过硫酸铵再搅拌15分钟，至此得到混合液b；
61.将混合液a和步骤2.2得到的混合液b采用磁力搅拌混合均匀，经100hz超声波除泡30s后将溶液倒入模具之中，再将其置于100℃真空干燥箱干燥10h中，随即得到多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层；
62.步骤3，以脱细胞猪真皮基质作为支架，按照顺序将发电层和粘合层依次用壳聚糖溶液(5％wt)粘连，即可。
63.表1胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的性能测试结果
[0064][0065]
表1是本发明方法制备的胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的性能测试结果，由表1可以得出该材料的弹性形变较大且具有较强的黏附能力同时还存在一定的自发电能力。

技术特征：
1.胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的发电层；步骤2、制备多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层；步骤3，以脱细胞猪真皮基质作为支架，按照顺序将由步骤1得到的发电层和由步骤2得到的粘合层依次用壳聚糖溶液粘连，即可得到胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料。2.根据权利要求1所述的胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，具体为：向0.1-1mol/l的硫酸铵溶液加入1-10质量份明胶、1-10质量份丙烯酸和1-10质量份的丙烯酰胺中，搅拌30min，再加入0.003-0.03质量份的n、n-亚甲基双丙烯酰胺搅拌15min，然后采用静电纺丝技术纺丝成膜，制得多功能自发电心脏瓣膜修复材料的发电层。3.根据权利要求2所述的胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，其特征在于，静电纺丝条件为：电压为10-15kv，注射器的推送速度为0.5-1.0ml/h，喷丝头到收集端的距离为15-20cm，针头相对于收集端平行方向的相对运行速度为1-4cm/s。4.根据权利要求1所述的胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，具体步骤为：步骤2.1：将0.1-1质量份羧甲基纤维素钠溶解于20-200质量份无水三氯化铁溶液，搅拌至其完全溶解，边搅拌边加入4-40质量份丙烯酰胺，使其发生共聚，至此得到混合溶液a；步骤2.2：将0.05-0.5质量份吡咯单体于去离子水中，搅拌使其搅拌均匀，继续加入1-10质量份明胶持续搅拌至明胶彻底溶解后加入0.003-0.03质量份n,n-亚甲基双丙烯酰胺，持续搅拌30min后，加入0.05-0.5质量份过硫酸铵再搅拌15min，至此得到混合液b；步骤2.3：将步骤2.1得到的混合液a和步骤2.2得到的混合液b搅拌混合均匀，经超声处理除泡后将溶液倒入模具之中，再置于真空干燥箱中干燥，得到多功能自发电心脏瓣膜修复材料的粘合层。5.根据权利要求4所述的胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2.3中，超声处理频率为20-100hz，时间为30s；真空干燥的温度为50-100℃，时间为5-10h。6.根据权利要求1所述的胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，壳聚糖溶液的质量分数为0.5-5％。

技术总结
本发明公开了胶原基质多功能自发电心脏瓣膜修复材料的制备方法，具体为：首先，将硫酸铵溶液、明胶、丙烯酸和丙烯酰胺混合搅拌，再加入N、N-亚甲基双丙烯酰胺搅拌，然后采用静电纺丝成膜，制得发电层；再利用羧甲基纤维素钠和吡咯单体制备粘合层，最后，以脱细胞猪真皮基质作为支架，按照顺序将发电层和粘合层依次用壳聚糖溶液粘连，即可。本发明制备的心脏瓣膜修复材料具有自发电的功能，能够自体产生微电流对心脏瓣膜创伤部位实施电刺激，进一步促进伤口愈合，同时也可以减少病人感染的风险以及疼痛感。疼痛感。疼痛感。


技术研发人员：霍佩瑶 刘新华 姜慧娥 杨广育 蔡蕴嘉 韩家兰
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/9/14