本發(fā)明屬于納米材料，具體涉及一種納米纖維復(fù)合支架及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的骨修復(fù)方法，如自體骨移植、同種異體骨移植和植入人工替代材料等，存在一定的局限性。骨組織工程通過利用患者自身的細(xì)胞和組織，有望克服這些局限性，提供更為安全、有效的修復(fù)方法。

2、傳統(tǒng)的通過纖維均質(zhì)分散-冷凍干燥制備納米纖維支架的技術(shù)，所得納米纖維支架的力學(xué)性能較差，支架結(jié)構(gòu)可控性差，而通過3d打印技術(shù)打印的支架可以很好的解決以上缺點(diǎn)。3d打印技術(shù)簡單高效，在精度、機(jī)械強(qiáng)度、孔隙率、力學(xué)性能以及復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和控制方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢可以為細(xì)胞生長提供良好的環(huán)境；而納米纖維可以為支架賦予更好的生物相容性、多功能性等。將3d打印支架與納米纖維相結(jié)合，能使支架兼具3d打印材料和納米纖維材料的優(yōu)點(diǎn)，使支架獲得良好的應(yīng)用性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種納米纖維復(fù)合支架的制備方法，克服了傳統(tǒng)的納米纖維骨修復(fù)材料力學(xué)性能差的問題。同時(shí)所制備的納米纖維具有良好的光熱性能，賦予支架更多的功能性。

2、本發(fā)明還提供了上述制備方法制備得到的納米纖維復(fù)合支架。

3、本發(fā)明還提出了一種應(yīng)用。

4、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種納米纖維復(fù)合支架的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

5、s1：將含有無機(jī)源的溶液與模板聚合物溶液混合均勻，得到紡絲前驅(qū)體溶液；利用紡絲前驅(qū)體溶液進(jìn)行紡絲，得到前驅(qū)體納米纖維；前驅(qū)體納米纖維經(jīng)預(yù)氧化和碳化后得到無機(jī)納米纖維；

6、s2：將步驟s1所述無機(jī)納米纖維在第一分散介質(zhì)中分散并進(jìn)行干燥，得到納米短纖維；

7、s3：將s2所述納米短纖維用第二分散介質(zhì)重懸，得到短纖維分散液；

8、s4：將步驟s3所述短纖維分散液通過靜電噴涂逐層噴涂在3d打印支架上，得到納米纖維復(fù)合支架。

9、本發(fā)明提供的納米纖維復(fù)合支架的制備方法至少具有以下有益效果：

10、本發(fā)明提供的納米纖維復(fù)合支架的制備方法，通過靜電紡絲和液體中的冷凍成型，可以精確控制無機(jī)納米纖維的形態(tài)，制得的納米纖維的直徑為100～2000nm。

11、本發(fā)明提供的制備方法采用可降解材料，可以將該制備方法制得的納米纖維復(fù)合支架移植到受損部位，使細(xì)胞在支架上生長分化，之后3d打印支架可在體內(nèi)進(jìn)行生物降解，并且為細(xì)胞生長提供力學(xué)支撐；3d打印支架內(nèi)部的多孔、立體結(jié)構(gòu)同時(shí)有利于細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)交換。

12、本發(fā)明提供的制備方法將納米纖維附在3d打印支架的表面，該納米纖維具備生物相容性、光熱性能和抑菌性等，與3d打印支架相輔相成，使其更符合組織工程的需求。

13、本發(fā)明提供的制備方法，操作簡單，步驟清晰，不需要復(fù)雜的設(shè)備和條件，適用于大規(guī)模生產(chǎn)，具有較高的工程實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

14、步驟s1中：

15、所述含有無機(jī)源的溶液由無機(jī)源、溶劑和催化劑組成；

16、所述無機(jī)源包括硅源、鈣源和m源，其中，m選自er、bi、ce、la、sr、sm、nd、mn、fe、co、zn、mg、ni和cu中的至少一種；

17、所述溶劑包括水、乙醇、丙酮、叔丁醇、dmf、dmso、dmac、乙酸和二氯甲烷中的至少一種；

18、所述催化劑包括乙酸、草酸、磷酸、鹽酸、硝酸和硫酸中的至少一種；

19、所述模板聚合物溶液中的聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚丙烯腈、聚吡咯烷酮、聚乙二醇、醋酸纖維素和海藻酸鈉中的至少一種；

20、所述模板聚合物溶液的溶劑包括水、乙醇、丙酮、叔丁醇、dmf、dmso、dmac、乙酸、二氯甲烷中的至少一種。

21、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述硅源包括硅酸乙酯和/或聚硅酸乙酯。

22、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述鈣源包括鈣鹽。

23、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述鈣鹽包括磷酸二氫鈣、氯化鈣、溴化鈣、碘化鈣、葡萄糖酸鈣、硝酸鈣、碳酸氫鈣、硫酸氫鈣、亞硫酸氫鈣、次氯酸鈣和氯酸鈣中的至少一種。

24、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟s1所述紡絲采用靜電紡絲。

25、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述靜電紡絲的紡絲間溫度為25℃～40℃。

26、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述靜電紡絲的濕度為30％～60％。

27、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述靜電紡絲的灌注速度為0.5～5ml/h。

28、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述靜電紡絲的紡絲電壓為10～30kv。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述預(yù)氧化的溫度為150℃～350℃。

29、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述預(yù)氧化的時(shí)間為0.5～12h。

30、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述碳化的溫度為400℃～800℃。

31、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述碳化的時(shí)間為1～8h。

32、步驟s2中：

33、所述第一分散介質(zhì)為水、乙醇、丙醇、叔丁醇和丙酮中的至少一種。

34、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟s2所述分散的切割轉(zhuǎn)速為50～10000r/min。

35、步驟s3中：

36、所述的第二分散介質(zhì)為聚合物溶液；

37、所述的聚合物溶液的溶質(zhì)為膠原蛋白、明膠、殼聚糖、pla、pcl、plga、果膠、卡拉膠和海藻酸鈉中的至少一種；

38、所述的聚合物溶液的溶劑為水、乙醇、乙酸、丙醇、叔丁醇、丙酮、六氟異丙醇、dmf、dmac、dmso和二氯甲烷中的至少一種；

39、所述的聚合物溶液的濃度為0.2wt％～10wt％；

40、所述短纖維分散液的短纖維含量為0.1wt％～10wt％；

41、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟s4所述的靜電噴涂的噴涂距離為2～7cm。

42、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟s4所述的靜電噴涂的噴涂時(shí)間為18～22min。

43、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟s4所述的靜電噴涂的電壓為15～25kv。

44、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，步驟s4所述的靜電噴涂時(shí)注射泵的灌注速度為2～8ml/h。

45、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述3d打印支架的原料包括pla、pcl、plga、pmma、明膠、膠原蛋白、殼聚糖、果膠、卡拉膠、海藻酸鈉、羥基磷灰石、三磷酸鈣和硫酸鈣中的至少一種。

46、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了本發(fā)明第一方面所述制備方法制備得到的納米纖維復(fù)合支架，所述納米纖維復(fù)合支架表面和/或內(nèi)部具有納米纖維結(jié)構(gòu)。

47、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提出了本發(fā)明第二方面所述納米纖維復(fù)合支架在制備骨修復(fù)材料中的應(yīng)用。

48、本發(fā)明至少具有以下有益效果：

49、1)本發(fā)明提供的納米纖維具有良好的生物相容性和抑菌性，適合廣泛應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)，其抑菌率超過80％。

50、2)本發(fā)明提供了納米纖維復(fù)合支架在制備支架材料中的應(yīng)用，該納米纖維復(fù)合支架克服了傳統(tǒng)的3d打印支架骨修復(fù)材料的生物相容性和力學(xué)性能問題；納米纖維分布在支架的表面及內(nèi)部，納米纖維結(jié)構(gòu)的存在顯著增加支架表面的有效接觸面積，提供細(xì)胞的粘附和增殖能力，有利于細(xì)胞附著和生長，3d打印技術(shù)所形成的大孔結(jié)構(gòu)能夠提供細(xì)胞遷移的通道，有利于細(xì)胞在支架表部遷移和擴(kuò)散，從而促進(jìn)組織的再生和修復(fù)；此外3d打印支架還能提供良好的力學(xué)支撐，從而提高支架的臨床效果和應(yīng)用前景。