一种修复膜的制备方法及修复膜与流程

本发明属于医学材料制作，具体是涉及一种修复膜的制备方法及修复膜。

背景技术：

1、引导组织再生(gujded tissue legeneration，gtr)是利用屏障膜有效地阻止上皮和牙龈结缔组织进入处理过的牙根面，保护修复性血凝块，维持膜与骨缺损及牙根表面形成的空间，使牙周膜细胞优先占据根面，进一+步分化形成新的牙骨质、牙周膜和牙槽骨。临床上运用gtr技术可以明显改善牙周病变区局部环境，修复牙周骨缺损，提高患者的咀嚼功能(影响牙周引导组织再生技术临床疗效的因素；朱国强吴织芬王勤涛；《牙体牙髓牙周病学杂志》cas 2002年第1期48-50，共3页)。

2、修复膜置于缺损区能够在组织与缺损之间形成生物屏障，以此创造一个相对封闭的再生环境，在软组织修复、骨修复、神经修复等再生医学场景下具有广泛的应用。根据修复膜在植入到人体后是否被人体吸收，可将其分为可吸收修复膜和不可吸收修复膜。不可吸收修复膜具有优异的物理机械性能，如聚四氟乙烯膜、钛膜等，但是该类修复膜存在感染风险高、在康复后需要二次手术取出等问题。

3、可降解修复膜一般由可吸收高分子材料制备而成，因其优异的生物相容性、无需二次手术取出等优点，近年来得到了越来越多的应用。其中，一层光滑致密、一层粗糙疏松的双层不同性质的复合修复膜由于两面的形貌结构或化学组成的不同，赋予了其优于均相膜材料的独特性能受到了越来越多的关注。

4、由胶原为原材料制备的一层光滑致密、一层疏松多孔的修复膜，采用组织工程学技术，对动物源的特定组织和器官进行脱细胞、病毒及病原体灭活等一系列处理后得到。由瑞士盖氏集团生产的geistlich bio-gide是胶原修复膜一种典型代表，在口腔修复场景应用广泛，bio-gide的双层结构可以阻挡软结缔组织生长到缺损区域，并引导缺损组织生长。

5、此类修复膜虽然具有良好的生物相容性，但是存在诸多问题：

6、(1)动物源软组织即便经过脱细胞和灭活处理，但是仍然会保留一定的抗原性，植入到体内后易出现异物反应；(2)不同批次胶原修复膜的相对分子质量、内部结构、孔隙率一致性差，导致在体内的降解周期不稳定；(3)胶原修复膜与组织的粘附性较差，容易从缺损部位脱落，且润湿后力学性能显著下降，在修复期间出现修复膜坍塌等问题；(4)胶原修复膜润湿后易黏附手术器械，可操作性差。

7、申请公布号为cn 103007364 a的专利文献公开了一种脂肪族聚酯双层不对称引导组织再生膜，所述的双层不对称引导组织再生膜由一层致密脂肪族聚酯层和一层疏松脂肪族聚酯层构成。该文献中双层膜均为无序结构膜结构。

8、申请公布号为cn 106110407 a的专利文献公开了一种引导性组织再生复合膜材料，其为双层膜结构，所述的双层膜结构包括底层的疏松层及上层的致密层。该文献，有序层的尺寸较大，不利于细胞的生长。

9、申请公布号为cn 112999430 a的专利文献公开了一种口腔修复膜，包括屏蔽层和设置于所述屏蔽层上的组织支架层；所述屏蔽层和组织支架层为电纺丝膜；所述屏蔽层的孔径范围为7～16μm；所述组织支架层的孔径范围为50～300μm；控制屏蔽层的孔径范围为7～16μm，而非致密结构，正好大于人红细胞的平均直径7-7.6μm，从而其所面向的软组织中的血液和组织液可以通过屏障层，保证骨缺损区域的营养和血液渗透交换；而周围组织如结缔细胞以及上皮细胞的平均直径为20～65μm，因大于本发明屏蔽层的孔径而不能通过，从而可以有效防止这些周围组织进入骨缺损区，避免周围组织细胞与有骨生产能力细胞产生竞争抑制骨生成效果；同时，控制细胞支架层的孔径范围为50～300μm，其面向骨缺损区域，可以有效诱导成纤维细胞的迁入、粘附、增殖和生长。该文献报道的结构也均是采用无序结构。

10、材料表面形貌结构(如表面光滑、有序多孔结构、纳米结构、沟槽结构)的改变会对所粘附细胞的形态、材料的比表面积等产生影响,从而影响细胞的粘附延展、迁移等行为。而现有修复膜虽也具有光滑致密面，但现有工艺制造的修复膜光滑程度有限，阻止细胞粘附的效果较差，随着修复膜在体内的降解，易导致修复膜的屏障作用失效。

11、近场直写是一种制造一维、二维、三维材料的高精度3d打印技术，其基本原理是通过高压电场，使得打印纤维在打印出喷嘴后被二次拉伸，从而有效避免的喷头直径及表面张力对打印出的纤维直径的影响，打印出的纤维精度最高可达20nm。当喷头距离打印平台较远或电压、气压等参数与打印速度、纤维直径不匹配时，出现悬绳鞭动效应，难以精确调控纤维尺寸分布和取向度，制造出不够规则的纤维丝团，无法制造出高度有序微结构。当喷头和打印平台距离很近，或者距离或电压、气压等参数与打印速度、纤维直径匹配时，悬绳鞭动射流效应被抑制，配合三维可控运动平台，就可以获得有序的三维结构，这也是近场直写名称的由来。近场直写3d打印技术可以实现纤维沉积可控、方向精准,能够实现可控微纳尺度结构的制造。这些独有的性质使其在制备功能性生物材料和模拟细胞外基质(ecm)方面更具潜力。

技术实现思路

1、基于当前修复膜及制备方法存在的问题，本发明的目的是基于近场直写3d打印技术提供一种应用在生物医用材料领域的多层、双面不同性质、可缝合、力学性能优异、组织粘附性好的修复膜及其制备方法。

2、一种修复膜的制备方法，包括：通过近场直写3d打印工艺在光滑基板上进行无序打印，利用悬绳鞭动效应，使得打印材料纤维在沉积到基板过程中交叉重叠，使成膜均匀致密，得光滑致密层；以光滑致密层为基板，利用近场直写3d打印工艺进行有序打印，通过抑制悬绳鞭动效应，控制打印材料纤维的规则排布，形成结构可控的粗糙表面，得粗糙疏松层。

3、本发明通过近场直写3d打印工艺在光滑基板上进行无序打印，利用悬绳鞭动效应，使得纤维在沉积到基板过程中交叉重叠，使成膜均匀致密，同时，通过对打印平台的温度控制将无序纤维层进一步“熨平”，再度提升无序层的致密度、降低微孔尺寸，实现选择透过性(能够在阻隔细胞通过的同时，允许气体、组织液、细胞因子等通过))。

4、打印粗糙疏松层时，本发明以光滑致密层为基板，利用近场直写3d打印工艺进行有序打印，通过抑制悬绳鞭动效应，控制纤维的规则排布，以实现可控的多层疏松有序的网格结构(拓扑结构)的制造，纤维结构制造的过程中互相交叉、黏附、堆叠，从而形成结构可控的粗糙表面，且具有较大的比表面积。

5、作为优选，打印光滑致密层时：控制光滑基板的温度为打印材料的熔点的0.3-0.9倍。打印时平台基板温度和打印材料的熔点接近，使纤维在沉积到基板上后能够被“熨平”，同时在“熨平”后能够尽快转变为固态。

6、作为优选，打印光滑致密层时：光滑基板承接面(即接收打印物料的一侧表面)的粗糙度ra≤1.6μm。无序层底面与基板接触，复刻了基板光滑的表面形貌，选择粗糙度ra≤1.6μm的基板，进一步保证了光滑致密层的光滑度。

7、作为优选，可选择的光滑基板包括玻璃板、单晶硅片、聚四氟乙烯、尼龙、聚氨酯等。

8、作为优选，本发明的修复膜可采用的材料包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙二醇、聚氨酯、聚羟基丁酸脂、聚羟基戊酸脂、聚对二氧环己酮、聚三亚甲基碳酸脂、聚丁二酸丁二醇酯、壳聚糖及衍生物、羧甲基纤维素、明胶、透明质酸、胶原蛋白、海藻酸盐、树胶、乳清蛋白及衍生物等的一种或是几种的共聚物、混合物。其中光滑致密层和粗糙疏松层可以采用相同的材料，也可以选择不同的材料，可以根据实际需要确定。

9、作为优选，近场直写3d打印工艺中，喷嘴-基板距离为1～50mm，挤出压力为0.2kpa～1mpa，电压值为1～15kv。

10、作为优选，打印光滑致密层时，喷嘴-基板距离为5～50mm，挤出压力为0.2～50kpa，电压为8～15kv。作为进一步优选，打印光滑致密层时，喷嘴-基板距离为5～10mm，挤出压力为0.5～5kpa，电压为9～12kv。

11、作为优选，打印粗糙疏松层时，喷嘴-基板距离为1～5mm，挤出压力为0.5～1mpa，电压值为1～8kv。作为进一步优选，打印粗糙疏松层时，喷嘴-基板距离为1～3mm，挤出压力为1～50kpa，电压值为3～7kv。

12、作为优选，打印光滑致密层时，喷嘴-基板距离为1～10mm，挤出压力为5～30kpa，电压为1～10kv。作为进一步优选，打印光滑致密层时，喷嘴-基板距离为1～3mm，挤出压力为5～15kpa，电压为2～6kv。

13、作为优选，打印粗糙疏松层时，喷嘴-基板距离为1～5mm，挤出压力为5～20kpa，电压为3～10kv。作为进一步优选，打印光滑致密层时，喷嘴-基板距离为1～3mm，挤出压力为10～20kpa，电压为3～5kv。

14、一种修复膜，由上述任一项所述的修复膜的制备方法制备得到。

15、作为优选，所述粗糙疏松层为多层结构，层数为2～200层。作为进一步优选，同一层中纤维相互平行且间距相同。作为更进一步优选，多层结构中，纤维相互交叉形成有序的网状结构。

16、作为优选，所述粗糙疏松层包含引导层和支撑层，引导层中相邻两条纤维的间距小于支撑层上相邻两条纤维的间距。支撑层同时与引导层共同作用形成粗糙层结构。

17、作为一种优选的方案，所述引导层中纤维与支撑层纤维的最小夹角为10～90°。作为进一步优选为，最小夹角为15～50°。更进一步优选为20～25°。

18、作为优选的方案，所述粗糙疏松层为5～30层结构，引导层中，同一层相邻两个纤维之间的距离为50～300μm(进一步优选为100μm)，支撑层中，相邻两个纤维之间的距离为300～1000μm(进一步优选为500μm)。

19、所述引导层纤维直径为1～60μm，作为优选引导层纤维直径为5～50μm，作为进一步优选，引导层纤维直径为8～15μm。

20、所述粗糙疏松层的平均孔径为30～500μm，所述光滑致密层的平均孔径为1～50μm,作为优选，所述粗糙疏松层的平均孔径为100～300μm，所述光滑致密层的平均孔径为5～20μm。

21、所述的修复膜粗糙疏松层中，作为优选，修复膜粗糙疏松层中，支撑层纤维直径为10～200μm，作为优选引导层纤维直径为10～100μm，作为进一步优选，支撑层纤维直径为30～50μm。

22、作为优选，修复膜粗糙疏松层中，引导层同一层相邻纤维间距为1～200μm，支撑层同一层相邻纤维间距为200-1000μm，作为进一步优选，引导层同一层相邻纤维间距为50～150μm，支撑层同一层相邻纤维间距为200-500μm，作为再进一步优选，引导层同一层相邻纤维间距为100～150μm，支撑层同一层相邻纤维间距为300-500μm。

23、制造原理：

24、1、光滑致密面的制造原理

25、通过近场直写3d打印工艺在光滑基板(粗糙度ra≤1.6μm)上进行无序打印，利用悬绳鞭动效应，使得纤维在沉积到基板过程中交叉重叠，使成膜均匀致密，可优选的同时控制光滑基板的温度(优选为打印材料的熔点t的0.3-0.9倍)，将无序纤维层进一步“熨平”，再度提升无序层的致密度，实现选择透过性(能够在阻隔细胞通过的同时，允许气体、组织液、细胞因子等通过)。因此作为优选方案，光滑致密面的制造从工艺上说有以下要求：

26、(1)表面光洁度：打印基板需要足够高的表面光洁度，粗糙度ra≤1.6μm，比如玻璃、抛光的金属等；

27、(2)温控：打印时平台基板温度为打印材料的熔点t的0.3-0.9倍，使纤维在沉积到基板上后能够有时间被“熨平”，同时在“熨平”后能够尽快转变为固态。

28、2、粗糙疏松面的制造原理

29、以光滑致密层为基底，利用近场直写3d打印工艺进行有序打印，通过抑制悬绳鞭动效应，控制纤维的规则排布，以实现可控的多层疏松有序微结构的制造，在制造的过程中纤维互相交叉、黏附、堆叠，从而形成结构可控的粗糙表面。

30、功能及优势：

31、1、光滑致密面的功能及优势

32、光滑致密面均匀致密的结构具有选择透过性，作为物理屏障不仅能够保护创面、减少有害物质进入，还能够有效阻隔细胞通过的同时允许气体、组织液、细胞因子等通过，同时外表面光滑能够起到防组织粘连作用；

33、2、粗糙疏松面的功能及优势

34、粗糙疏松面作为细胞黏附的载体，并为组织再生提供微环境。细胞在粗糙疏松面上黏附与生长的表现与粗糙疏松面纤维直径和具有很强相关性,细胞对于和其尺度接近的支架能够轻松黏附，而对于尺度相差较大的支架则较难黏附。粗糙疏松面纤维直径与细胞尺度接近，且具有精确可调且方向有序的微结构，能够有效促进细胞的黏附、引导定向迁移生长；

35、粗糙疏松面的疏松三维结构具有较大的比表面积和孔隙率，能够显著提升细胞、治疗药物或细胞因子等的负载量；

36、有序的纤维微结构能够实现机械性能增强，同时具备良好的柔韧性和强度，满足手术缝合、支撑缺损部位等要求。

37、3、整体优势

38、(1)修复膜在使用时，粗糙疏松面朝向缺损内部，光滑致密面朝向外部。光滑致密面作为物理屏障能够阻隔外部细胞、有害物质等向缺损区生长，为缺损的修复提供良好的微环境，粗糙疏松面的有序微结构通过良好的细胞黏附性、定向引导细胞迁移生长作用加速缺损的修复。因此，光滑致密面与粗糙疏松面需要共同作用才能实现更好的修复效果。例如，对于骨缺损的修复，若缺少对外部细胞的阻隔作用，迁移较快的成纤维细胞、上皮细胞先迁入缺损区，占据了骨缺损位置，骨细胞则无法在在被占据的位置生长、增殖。

39、(2)通过对修复膜粗糙疏松层和光滑致密层的层数、纤维直径等参数的设计，能够实现修复膜与缺损部位降解速率和机械性能的匹配以及粗糙疏松面与光滑致密面降解速率和机械性能的匹配。

40、作为优选方案，粗糙疏松层的层数为10～50层，光滑致密层的层数2～10层；粗糙疏松层的纤维直径为8～15μm，光滑致密层的纤维直径为1～8μm；

41、作为进一步优选方案，粗糙疏松层的层数为15～30层，光滑致密层的层数3～6层；粗糙疏松层的纤维直径为8～12μm，光滑致密层的纤维直径为1～5μm。

42、修复膜与缺损部位降解速率的匹配是为了避免出现修复膜降解过快修复未完成或降解过慢形成异物的问题；机械性能需匹配是因为具有与缺损部位接近的性质能够降低炎症反应，同时，随着材料的降解，修复膜的力学性能要能够满足临床对于修复膜支撑性能的要求。

43、粗糙疏松面与光滑致密面降解速率需要匹配是因为在粗糙面修复时需要光滑面起到物理屏障作用，若光滑致密面降解很快，降低甚至失去了阻隔效果，会严重影响修复效果，反过来说，若光滑致密面降解速度过慢，会成为异物，可能带来新的风险。机械性能匹配是因为粗糙疏松面纤维较粗且结构有序有效增强了修复膜的力学强度，而光滑致密面纤维致密层纤维较细且结构无序，具有良好的柔韧性，二者匹配才能使修复膜同时具备良好的柔韧性和强度。

44、应用场景：

45、本发明所述的修复膜作为生物医用材料，可应用于生物隔离膜、引导组织修复膜及作为细胞、因子或药物的载体等多种用途。在作为生物隔离膜或引导组织再生方面，可利用修复膜的物理屏障功能，将缺损部位与周围组织进行有效隔离，并起到支撑作用为组织生长提供空间。在应用时，将修复膜根据需要裁剪成所需形状和尺寸，将粗糙疏松面面向缺损处，引导细胞的定向生长、迁移、增殖和分化，加快缺损组织的修复速度；光滑致密面背离缺损处，阻止结缔组织、上皮细胞等进入缺损部位，从而最大程度地发挥组织的修复再生能力。作为生物隔离膜、引导组织修复膜的应用科室和用途包括但不限于口腔科(拔牙窝位点保存、上颌窦粘膜穿孔及牙周缺损修复膜等)，骨科(仿生骨膜、肌腱及韧带修复膜、肩袖补片、软骨修复膜、肌腱防粘连膜等)，妇科/产科(子宫内膜修复补片、宫腔防粘连膜、子宫壁修复膜等)，耳鼻喉科(鼓膜修复膜，鼻中隔补膜等)，整形外科(乳房补片)、神经外科(生物脑膜补片、周围神经修复膜等)，泌尿外科(尿道修复补片等)，烧伤科(皮肤修复膜等)等场景应用的生物膜。

46、本发明所述的修复膜在作为细胞、因子或药物的载体应用方面，由于较大的比表面积，与细胞尺度接近的纤维直径和可控的微结构，使其相对于二维支架能够提升细胞、因子或药物的负载量，同时在植入到缺损部位时，细胞、因子或药物与修复膜相对于直接注射和二维支架，可以实现更好的结合，具有更高的留存率，能够显著提升修复治疗的效果。