一种可磁共振显像的二元脂肪酸共晶复合纤维及其制备与应用

本发明属于功能高分子纤维材料领域，特别涉及一种可磁共振显像的二元脂肪酸共晶复合纤维及其制备与应用。

背景技术：

1、磁共振成像(magnetic resonance imaging,mri)是一种非侵入式的人体组织成像技术，具有软组织对比度高和无电离辐射等特点，可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种断面的体层图像，其图像可以反映详细的生物体组织结构，被广泛应用于临床中，进行疾病检测、诊断和治疗监测。mri实现人体成像的步骤大致为：(1)用空间坐标方法将整个人体分成若干层体积单元(体素)；(2)通过施加射频信号在每个体素内收集弛豫信号进行累加，数字化后输入计算机处理，获得每个体素的t1值(或t2值)；(3)用转换器将每个t值转为模拟灰度，从而得到一系列呈现不同灰度的体素；(4)进行空间编码，构建由像素组成的图像。因此，组织间弛豫时间上的差别，是mri达到区分、判断人体组织状态的成像基础。由于同位素丰度、磁化率以及原子核数目的限制，常规医学磁共振设备探测的是人体中氢原子核(质子)的信号，且主要来自水中的质子与脂质中的质子。

2、人体植入纤维材料作为一种医疗器材已被大量用于医疗领域，高分子材料是现有人体植入材料的重要原料。由高分子制成的植入材料已经几乎可以替代全身的软组织，用于治疗疾病，其中高分子纤维植入物是一类重要植入材料，被用作三叉神经痛脑垫片、疝气修复补片、术后防黏连垫片等。然而，高分子材料中氢原子相对水质子与脂质子的外部电子环境差异巨大，其横向弛豫时间t2极短。根据mri信号强度与弛豫时间的关系式：

3、

4、其中，s表示体素的信号强度，k为常数，a表示体素的质子密度，tr表示重复时间，是指两次90度脉冲之间的时间间隔，te表示回波时间(90度脉冲到回波峰点之间的时间间隔)，t1表示体素的纵向弛豫时间，t2表示体素的横向弛豫时间。

5、可知，当t2极短时，mri信号强度会快速衰减。因此，植入体内的高分子纤维膜在被体液浸润后，其在mri图像中的信号容易被体液的信号掩盖，丧失与周围组织的差异，不能提供足够的对比信息，致使术后很难通过mri观察植入的高分子纤维材料在体内的位置状态以及与周边组织的相互作用。特别是高分子材料在人体内的主要治疗对象多与软组织相关，失去了磁共振这一最佳的诊断手段，极大地提高了治疗的难度。因此，在实际医疗应用中，对聚合物纤维膜植入物及医疗器械的“可视化”有着重大需求。

6、目前已有的可mri显像的高分子纤维植入物材料大多采用将金属基造影剂与高分子复合的方法制备得到，通过改变高分子材料周围水分子的弛豫时间，增强了纤维膜与周围组织的磁共振对比度。然而，金属离子在体内的沉积会对器官造成损害，一些金属对比剂导致了无法治愈的肾源性系统性纤维化，对于儿童、急性肾脏疾病患者和肝肾移植后有功能障碍的患者来说，这种副作用尤其严重。因此，基于非金属造影剂的mri可显像高分子纤维材料受到关注。

7、由于脂质长烃链的分子运动相关时间(约10-9～10-11s)比水分子的运动相关时间(约10-12s)长，根据弛豫时间和相关时间的关系

8、

9、

10、其中，τ为分子运动相关时间，γ为氢核旋磁比，为普朗克常量，r为同一分子内核自旋之间的距离，ω为质子进动频率。

11、可知，脂质长烃链上的质子和水分子中的质子弛豫时间不同。所以在大脑部位的t1加权磁共振成像中，富含脂质和富含水的组织之间有很高的信号对比度。脂肪酸是脂质的重要组成成分，是一种天然存在于人体内，无毒性可体内降解的分子，脂肪酸也是一类温度敏感的材料，可发生可逆的固液相转变，因此在生物医学领域被广泛用作药物缓控释放的介质。脂质与脂肪酸结构上的共同特征是都含有10～20个碳的长碳链，意味着它们具有类似的分子运动能力，相近的弛豫时间，在mri中可与富含水的部位区分开。所以基于脂肪酸在相变前后，处于固态和液态下mri信号强度有所差别，利用静电纺丝将脂肪酸负载到纤维当中，通过调节温度可赋予纤维mri显像的功能。然而，基于单一脂肪酸的高分子复合纤维的mri信号强度和作用温度受到脂肪酸的负载量和种类以及高分子种类的限制。目前具有mri显像功能的脂肪酸复合纤维的作用温度大多高于40℃，超出了人体正常器官和组织可接受的高于体温的温度范围(37～40℃)，同时复合纤维中脂肪酸负载量低于20％时，复合纤维与水之间几乎不具有mri信号对比度。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明首要目的在于提供一种可磁共振显像的二元脂肪酸共晶复合纤维。

2、本发明的另一目的在于提供上述可磁共振显像的二元脂肪酸共晶复合纤维的制备方法。

3、本发明方法纤维通过熔体共混和超声振动法制备熔融温度39℃的bfaem，利用静电纺丝技术以高分子材料为载体和骨架，bfaem为功能小分子，制备了一类可磁共振显像的bfaem/高分子复合纤维材料。通过改变复合纤维膜的磁共振弛豫时间和分子运动性，增强高分子纤维的mri信号强度。

4、本发明再一目的在于提供上述可磁共振显像的二元脂肪酸共晶复合纤维在制备三叉神经痛脑垫片、疝气修复补片、术后防黏连垫片的应用。

5、本发明的目的通过下述方案实现：

6、一种可磁共振显像的二元脂肪酸共晶复合纤维，以质量百分比计，包括80～95％高分子材料、5～20％二元脂肪酸，以上组分质量总计为100％。

7、所述共晶复合纤维，以质量百分比计，包括80～95％高分子材料、11～20％二元脂肪酸，以上组分质量总计为100％。

8、所述高分子材料为聚乳酸、聚己内酯、聚乙交酯、聚丙交酯、聚羟基乙酸、聚乙二醇、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乙二醇-聚乳酸嵌段共聚物、聚乙二醇-聚己内酯嵌段共聚物、聚乙二醇-聚乙烯吡咯烷酮嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-聚苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯/丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种；

9、所述二元脂肪酸为月桂酸以及硬脂酸，月桂酸与硬脂酸的质量比为7.5:2.5～8.5:1.5，优选为8:2。

10、上述可磁共振显像的二元脂肪酸共晶复合纤维的制备，包括以下步骤：

11、(s1)采用熔体共混和超声振动法制备bfaem：将二元脂肪酸混合，加热搅拌至充分熔化后，超声，自然冷却，得到脂肪酸混合物bfaem，储存备用；

12、(s2)纺丝溶液的配制：将高分子材料与bfaem溶解在溶剂中，搅拌均匀，得到混合纺丝溶液；

13、(s3)静电纺丝法制备得到二元脂肪酸共晶复合纤维。

14、步骤(s1)所述熔体共混和超声振动两步骤交替进行多次，从而实现两种脂肪酸之间的充分分散。

15、步骤(s1)所述加热的温度为85～95℃，优选90℃；加热时间为5～20min，优选10min。

16、步骤(s1)中所述超声的温度为40～55℃，优选50℃；时间为2～30min。

17、步骤(s1)所述储存为置于室温干燥环境中储存。

18、步骤(s2)所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、丙烯酸甲酯、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、乙醚、丙酮、甲酸、乙酸、三氟乙酸、六氟异丙醇、四氯化碳、二甲苯、甲苯、甲基环己烷、n-甲基吡咯烷酮、苯甲醚、甲酚中的至少一种。

19、步骤(s2)所述高分子材料在混合纺丝溶液中的质量浓度为5～30％。

20、步骤(s3)所述静电纺丝法为单轴静电纺丝或同轴静电纺丝的一种。

21、所述单轴静电纺丝为将步骤(s2)得到的混合纺丝溶液装进带喷丝头的注射器中，在注射器泵的推动下，利用高压静电场产生液滴喷丝，得到bfaem/高分子复合纤维；

22、所述单轴静电纺丝的纺丝电压为10～20kv，喷丝头与接收装置的距离为10～25cm，混合纺丝溶液进样流速为1～15ml/h，环境温度为15～30℃，环境湿度为30～85％。

23、所述同轴静电纺丝为将皮层和芯层纺丝溶液分别装进带同轴喷丝头的注射器中，在注射器泵的推动下，利用高压静电场产生液滴喷丝，得到皮芯纤维；其中皮层纺丝液是质量浓度为5～30％的pla溶液，所用溶剂为步骤(s2)所述溶剂；芯层纺丝溶液为步骤(s2)得到的混合纺丝溶液；

24、所述同轴静电纺丝的纺丝电压为10～20kv，喷丝头与接收装置的距离为10～25cm，芯层纺丝溶液进样流速为1～15ml/h，皮层纺丝溶液进样流速为5～20ml/h，喷丝头规格为外针头14～19g，内针头20～26g；环境温度为15～30℃，环境湿度为30～85％。

25、上述可磁共振显像的二元脂肪酸共晶复合纤维在制备三叉神经痛脑垫片、疝气修复补片、术后防黏连垫片的应用。

26、本发明的机理为：

27、脂肪酸具有与脂质类似的分子结构(含有长的饱和烃链)，分子的振动频率与拉莫尔频率接近，弛豫过程的能量交换明显，t1较短，在mri中可与富含水的部位区分开。然而，负载到纤维中的脂肪酸mri信号强度与本体有很大差别，以聚乳酸(pla)/月桂酸(la)复合纤维为例，一方面，纤维中的la与pla间发生相分离，不能形成连续相，另一方面，在pla/la复合纤维相变温度(45℃)附近的t1加权成像下，由于pla熔点为170℃左右，玻璃化转变温度为60℃左右，pla分子链运动能力较差，高分子链上氢质子t2很短(通常短于几个毫秒)，小于标准梯度回波序列的最小te，弛豫信号不能被探测到，所以高分子相和水相为低信号，脂肪酸相为高信号，mri每个体素的信号强度是该体素内所有质子信号的平均，导致低脂肪酸负载量的复合纤维mri信号很弱。在一些低熔点的高分子，如聚己内酯(pcl)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)、聚环氧乙烷(peo)等的纤维材料中添加脂肪酸分子后，脂肪酸分子能把聚合物的链段分隔开，减弱分子间的作用力，使其变得更容易活动，降低其熔融温度。以pcl(数均分子量mn＝44097g/mol，重均分子量mw＝84606g/mol)为例，其熔点为53℃，玻璃化转变温度只有-60℃，与脂肪酸复合后pcl熔融温度会降低至47-49℃。

28、本发明中bfaem复合纤维膜使用温度37～40℃，该温度下pcl分子链有一定的运动能力，同时，处于液态的脂肪酸可以均匀的填充在pcl分子链间，bfaem受到分子间的作用力更大，相关时间减小，根据公式(1-2)弛豫时间与相关时间的关系，bfaem质子的t1缩短，mri信号强度增强。

29、本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

30、(1)本发明将月桂酸与硬脂酸以8:2的质量比混合，可以得到熔融温度低于月桂酸以及硬脂酸任一种熔融温度的共晶混合物，从而进一步制备得到使复合纤维可在人体正常器官和组织可接受的温度范围(37～40℃)使用。

31、(2)复合纤维中脂肪酸负载量低于20％时，复合纤维与水之间仍具有mri信号对比度。