一种双光热聚乳酸基纤维及制备方法

本发明涉及生物用高分子生物材料制备，更具体的涉及一种双光热聚乳酸基纤维及制备方法。

背景技术：

1、骨科领域感染性骨缺损是开放性骨折、感染性骨折的常见并发症，其可损害骨组织的自愈能力，导致骨质流失、植入失败甚至截肢。感染环境中细菌在成骨细胞内保持休眠状态以逃避免疫系统，成为复发和慢性感染的来源。同时，感染引起局部酸性代谢物也会增强破骨细胞分化，降低成骨细胞活性，导致骨质流失，阻碍骨缺损修复。因此，预防细菌感染相关骨缺损的有效治疗方法对于植入物在感染性微环境中的成功骨整合至关重要。聚乳酸(plla)因其优异的生物降解性和生物相容性，已被fda批准广泛应用于医疗卫生领域。然而，plla化学结构中含酯键，导致其亲水性差。虽然疏水表面通过减少基材和液体之间接触面积来防止细菌粘附，但顽强细菌仍然有机会附着其表面，不可避免地导致感染，其疏水性、生物活性位点少、抗菌和骨诱导性能差等缺陷限制了它的生物医学应用。地塞米松(dexamethasone,dex)作为骨诱导药物被加载到plla基纤维上，在较低浓度下诱导碱性磷酸酶(alp)和骨桥蛋白基因表达，促进生物矿化，加速骨愈合。与生长因子相比，具有相对较长半衰期、较慢的降解速度和更高成本效益。dex成骨能力赋予复合纤维具有良好骨诱导性能，但较弱抗菌能力影响其长期稳定性和修复效果。

2、目前，基于生物活性材料的光热/光动力疗法(ptt/pdt)因其能克服细菌耐药性、非侵入性和可重复操作问题而受到广泛关注。ptt/pdt协同抗菌作用主要表现为ptt诱导局部高温来提高细菌膜通透性，增加细胞对pdt产生ros敏感性，使其更容易被ros灭活，且在短时间内不会对正常组织细胞造成损伤。铜纳米粒子由于表面等离子体共振(lspr)作用，近红外区表现出很强光吸收，具有高效光热转换效应。诸多研究表明，cu具有广谱抗菌性，通过化学作用和光热物理作用协同抗菌，除了抗菌活性外，cu2+通过与内皮细胞相互作用，促进细胞增殖、血管内皮生长因子(vegf)表达，刺激血管生成。然而，cu抗菌具有剂量依赖性，高浓度cu2+可有效杀死细菌，同时会引发细胞毒性。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种双光热聚乳酸基纤维及制备方法，制备得到的双光热聚乳酸基纤维是一种对复杂情况下的骨再生具有综合影响的强效抗菌，骨诱导特性的新型生物医学材料，本发明利用cu-nps的lspr效应修饰还原氧化石墨烯(rgo)是实现增强光吸收和协同抗菌的有效方法，rgo增强光吸收诱导局部高温，瞬间产生大量ros增加细菌氧化损伤，实现cu-nps/rgo双光热高效协同抗菌，从而实现了细胞毒性和抗菌性能之间的平衡。

2、本发明的第一个目的是提供一种双光热聚乳酸基纤维的制备方法，包括以下步骤：

3、将地塞米松和聚乳酸加入到有机溶液中，制备得到电纺丝溶液，通过静电纺丝法制备得到plla/dex复合纤维；

4、将铜前驱体加入到多巴胺溶液中制备得到混合溶液，将plla/dex复合纤维浸渍于混合溶液中，发生还原反应制备得到plla/dex@pda/cu-nps复合纤维；将plla/dex@pda/cu-nps复合纤维浸渍于氧化石墨烯溶液中，发生自组装反应制备得到双光热聚乳酸基纤维。

5、在本发明的一个优选实施例中，电纺丝溶液中，聚乳酸和地塞米松的质量比为50-110：0.01-0.03；聚乳酸的浓度为100-220g/l，地塞米松的浓度为0.02-0.06g/l。

6、在本发明的一个优选实施例中，有机溶液为三氟乙醇、六氟异丙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种；；铜前驱体为硝酸铜。

7、在本发明的一个优选实施例中，静电纺丝法中，使用电压为18-19kv，流速为3-4ml/h。

8、在本发明的一个优选实施例中，铜前驱体、多巴胺溶液的比例为1-2mmol：1l。

9、在本发明的一个优选实施例中，聚乳酸和铜前驱体的比例为1.44g：1-2mmol。

10、在本发明的一个优选实施例中，还原反应的反应温度为90-95℃，反应时间为2-3h。

11、在本发明的一个优选实施例中，铜前驱体和氧化石墨烯的比例为1-2mmol：0.04-0.06g。

12、在本发明的一个优选实施例中，自组装反应的反应温度为35-40℃，反应时间为12-14h。

13、本发明的第二个目的是提供上述制备方法制备得到的双光热聚乳酸基纤维。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、本发明基于光热效应，在plla中添加具有良好骨诱导性能的dex，制备骨再生能力增强的plla/dex复合纤维，在plla/dex复合纤维表面构建聚多巴胺修饰还原氧化石墨烯纳米片和铜纳米粒子的双光热系统plla/dex@pda/cu-nps/rgo，聚多巴胺修饰的铜纳米颗粒均匀分布，片状氧化石墨烯覆盖在纤维表面，该材料具有良好的生物活性。本发明利用cu-nps的lspr效应修饰rgo是实现增强光吸收和协同抗菌的有效方法，rgo增强光吸收诱导局部高温，瞬间产生大量ros增加细菌氧化损伤，实现cu-nps/rgo双光热高效协同抗菌，从而实现了细胞毒性和抗菌性能之间的平衡。

16、本发明在不改变基材本身的性能的同时，克服了传统抗菌材料抗菌效果不佳的问题，其诱导局部高温有效地促进协同抗菌活性，实现了粘附性和生物活性的增强的双光热系统，是一种对复杂情况下的骨再生具有综合影响的强效抗菌，骨诱导特性的新型生物医学材料。

技术特征：

1.一种双光热聚乳酸基纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种双光热聚乳酸基纤维的制备方法，其特征在于，电纺丝溶液中，聚乳酸和地塞米松的质量比为50-110：0.01-0.03；聚乳酸的浓度为100-220g/l，地塞米松的浓度为0.02-0.06g/l。

3.根据权利要求1所述的一种双光热聚乳酸基纤维的制备方法，其特征在于，有机溶液为三氟乙醇、六氟异丙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种；铜前驱体为硝酸铜。

4.根据权利要求1所述的一种双光热聚乳酸基纤维的制备方法，其特征在于，静电纺丝法中，使用电压为18-19kv，流速为3-4ml/h。

5.根据权利要求1所述的一种双光热聚乳酸基纤维的制备方法，其特征在于，铜前驱体、多巴胺溶液的比例为1-2mmol：1l。

6.根据权利要求1所述的一种双光热聚乳酸基纤维的制备方法，其特征在于，聚乳酸和铜前驱体的比例为1.44g：1-2mmol。

7.根据权利要求1所述的一种双光热聚乳酸基纤维的制备方法，其特征在于，还原反应的反应温度为90-95℃，反应时间为2-3h。

8.根据权利要求1所述的一种双光热聚乳酸基纤维的制备方法，其特征在于，铜前驱体和氧化石墨烯的比例为1-2mmol：0.04-0.06g。

9.根据权利要求1所述的一种双光热聚乳酸基纤维的制备方法，其特征在于，自组装反应的反应温度为35-40℃，反应时间为12-14h。

10.一种权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的双光热聚乳酸基纤维。

技术总结本发明公开了一种双光热聚乳酸基纤维及制备方法，属于生物用高分子生物材料制备技术领域。双光热聚乳酸基纤维制备方法为：将地塞米松和聚乳酸加入到有机溶液中，制备得到电纺丝溶液，通过静电纺丝法制备得到PLLA/Dex复合纤维；将铜前驱体加入到多巴胺溶液中制备得到混合溶液，将PLLA/Dex复合纤维浸渍于混合溶液中，发生还原反应制备得到PLLA/Dex@PDA/Cu‑NPs复合纤维；将PLLA/Dex@PDA/Cu‑NPs复合纤维浸渍于氧化石墨烯溶液中，发生自组装反应制备得到双光热聚乳酸基纤维。本发明制备的双光热聚乳酸基纤维是一种对复杂情况下的骨再生具有综合影响的强效抗菌，骨诱导特性的新型生物医学材料。技术研发人员：王英波,合尼古丽·吾斯曼,周天佑,邹国铭,白希受保护的技术使用者：新疆师范大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11