一种用于生物医用材料的以介观尺度聚集体为结构单元的胶原纤维及其制备方法

本发明属于生物医用材料领域，特别是指用于生物医用材料的以介观尺度聚集体为结构单元的胶原纤维及其制备方法。

背景技术：

1、传统的手术缝合线大多数是使用聚酯、尼龙等合成材料制成的，虽然具有良好的稳定性和可靠性，但却无法被人体分解和吸收，需要二次手术取出，且会对周围组织造成损伤和炎症反应。因此，寻找可以代替传统手术缝合线的新材料已成为医学研究的热点之一。近年来，胶原基可降解手术缝合线的研究备受关注。胶原是一种天然的结构蛋白质，广泛存在于人体及哺乳动物组织中，具有良好的生物相容性和生物活性，可以被人体自身分解吸收，不会对周围组织产生不良反应。因此，利用胶原来制备可降解手术缝合线已成为目前热门的研究方向之一。此外，由于胶原具有生物活性，还可以使缝合线具有促进创口愈合和组织再生的作用，这对手术患者的康复有很大的益处。

2、现有制备胶原基手术缝合线常用的加工方式是从动物组织中获得可溶性胶原，进而制备材料。即采用酸溶液、盐溶液或离子液体等将天然胶原聚集态结构瓦解，使胶原以分子状态分散形成溶液，再通过再生和自组装等方法将胶原分子构建成纤维材料。这种从分子尺度构建胶原材料的加工方式存在诸多技术瓶颈：(1)胶原的天然聚集态结构在溶解过程中被破坏，损失其在纳米和微米尺度(本专利称为介观尺度)的性能优势。因此，与天然胶原材料相比，利用胶原溶液所制备的材料具有力学性能弱、热稳定性低、结构稳定性差等缺点。例如，来自动物组织的天然胶原纤维，弹性模量很高，而由胶原溶液经过静电纺丝所得胶原纤维的模量会大幅降低。(2)虽然“化学修饰”、“化学交联”和“共混复合”等改性方法可增强胶原分子间相互作用，提高胶原的结构稳定性和力学性能，但是这些方法也存在一些不容忽视的问题，如使用化学交联剂所带来的生物安全问题，化学修饰所引起的胶原性能的丧失，共混体系的相容性低等问题。(3)胶原分子在体外的组装行为受端肽类型、序列长度、温度、ph值、离子强度和介质类型等多因素的影响，且这些因素通常相互影响和制约，因此难以在体外实现胶原分子的有序、可控的组装。(4)胶原提取、溶解和组装的步骤都异常繁琐，且所制备溶液的储存条件苛刻。这也在一定程度上限制了胶原纤维材料的应用及规模化的生产。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述问题，克服从胶原分子尺度构建胶原纤维的技术瓶颈，在制备用于生物医用材料的介观尺度聚集体胶原纤维时，保证聚集体尺度可控，并且操作步骤相对简单，本技术提供一种用于生物医用材料的以介观尺度聚集体为结构单元的胶原纤维及其制备方法，获得了一种具有较高力学性能和生物相容性、且无任何改性剂组分的胶原纤维并具有良好的市场应用前景。

2、本发明的技术方案按照如下步骤实现：

3、用于生物医用材料的以介观尺度聚集体为结构单元胶原纤维的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)天然胶原聚集体从动物组织的拆分方法：采用新鲜猪皮或鱼皮中的一种或两种作为胶原聚集体制备的原料，通过去脂、脱细胞、溶胀、粉碎和冻干处理，获得预处理动物组织；

5、(2)以步骤(1)的预处理动物组织，通过液相剥离方法获得具有介观尺度的胶原聚集体，通过调控剥离剂类型和剥离条件(温度、剥离剂配比和剥离时间)可对聚集体尺度进行调控；

6、(3)以步骤(2)中具有介观尺度的胶原聚集体为结构单元，利用纤维制备设备，采用挤出凝固方式成型胶原纤维；

7、(4)以步骤(3)中胶原纤维捻股，以用于生物医用材料。

8、所述步骤(1)中获得预处理动物组织的具体方法为采用手动切割或丙酮浸泡去除猪皮或鱼皮中的脂肪并将其切粒，采用含有0.5～2wt％聚乙二醇辛基苯基醚和0.5～2mmol/l硫代甜菜碱的水溶液4～6℃浸泡20～30h以脱除组织中的动物细胞；将去细胞后的动物组织颗粒浸泡在0.1～0.3wt％乙酸钠溶液中于4～10℃浸泡3～6h，促进组织膨胀；将膨胀的组织放入高速搅拌破碎机中1000～1200rpm转速下处理5～10min，以获得动物组织浆液；浆液经过1000～1200rpm离心水洗5～8次后去除碱性试剂，然后通过冻干获得预处理动物组织。

9、所述步骤(2)中的液相剥离方法有四种，任何一种液相剥离方法均可获得具有介观尺度的胶原聚集体，具体为：

10、剥离方法一：将步骤(1)中获得的预处理动物组织，置于①号剥离剂4～6wt％乙酸钠/3～5wt％硫脲/0.1～0.5wt％氯化锌水溶液中，于-5℃～-10℃低温冷冻8～10h，体系解冻后，对样品进行充分离心水洗，去除剥离剂成分，获得具有介观尺度的胶原聚集体；

11、剥离方法二：将步骤(1)中获得的预处理动物组织，在②号剥离剂质量比为1:30～1:50的氯化锂/二甲基亚砜中常温搅拌5～15min，搅拌速度400～800rpm，后经过离心水洗，获得具有介观尺度的胶原聚集体；

12、剥离方法三：将步骤(1)中获得的预处理动物组织，在③号剥离剂n-甲基吗啉-n氧化物中于40～60℃搅拌处理0.5～3h，搅拌速度400～800rpm，后经过离心水洗，获得具有介观尺度的胶原聚集体；

13、剥离方法四：将步骤(1)中获得的预处理动物组织，在④号剥离剂n,n,n-三乙基-3,6-二氧庚基铵盐中于40～60℃搅拌处理0.5～2h，搅拌速度400～800rpm，后经过离心水洗，获得具有介观尺度的胶原聚集体。

14、所述步骤(3)中的纤维制备设备包括注射泵、注射器、凝固浴槽、梯度脱水浴串联装置、牵引收集装置。胶原纤维由纺丝得到，包括：

15、a.纺丝液制备：将步骤(2)所获得的具有介观尺度的胶原聚集体分散在0.3～0.5v/v％醋酸水溶液或者0.05～0.1wt％的盐酸水溶液中，其中胶原聚集体质量分数为1.5～1.8wt％，纺丝液环境温度4～10℃；

16、b.纺丝液的挤出：将纺丝液置于注射器中，将注射器置于注射泵中固定，将纺丝液挤出；

17、c.纺丝液凝固：纺丝液挤出后置于回转槽凝固浴中，凝固浴液体为0.5～2wt％碳酸氢钠水溶液，凝固时间1～3h；

18、d.脱水处理：将挤出丝纤维先后置于异丙醇和无水乙醇中逐步梯度脱水，待溶剂挥发后，收取胶原纤维。

19、e.牵引收集：牵引速率0.3～1m/min，牵伸比1～2。

20、所述步骤(4)中胶原纤维由纺丝得到，包括：以步骤(3)中胶原纤维捻股，以用于生物医用材料。分别将2～4根胶原单纤维固定在扭线机上，以400～600r/min的速度进行捻股，捻股时间1～3min后取下获得捻股纤维。

21、所述步骤还包括将胶原纤维牵引收取，捻搓成需要长度和维度的捻股步骤。

22、一种用于生物医用材料的以介观尺度聚集体为结构单元的胶原纤维。

23、本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种用于生物医用材料的介观尺度聚集体为结构单元的胶原纤维制备方法，未添加任何改性剂组分，集体尺度可稳定调控，所获得的胶原纤维具有良好的力学性能和生物相容性，可大幅缩短伤口愈合周期，所获得单根纤维的拉伸应力和模量，以及捻股后纤维的力学性能均远优于采用胶原溶液所制备的纤维力学性能，故能解决从分子尺度构建胶原纤维的力学性能弱、热稳定性低、相容性低、结构不可控等技术瓶颈。此外，所用原料来源广泛且价格低廉，制备工艺绿色环保且相对简单，从而提高了生产率并进一步降低生产成本，具有良好的市场应用前景。