一种具有三维有序多孔结构的可生物降解膜及其

本发明属于医学组织工程，具体涉及一种具有三维有序多孔结构的可生物降解膜及其制备方法与应用。背景技术：1、组织工程是近年新兴的一门学科，其主要指应用生命科学与工程学的原理与技术，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的科学。随着组织工程技术的有效性不断得到研究和应用的验证，其理念用于人体损伤组织的修复也越来越引起研究这的关注。2、理想的组织工程支架不仅要有优异的生物相容性，还要有类似于人体不同组织细胞外基质的三维结构，以利于细胞的黏附，引导细胞的定向生长，从而更好的促进自体组织再生。3、现有传统技术如静电纺丝、冷冻干燥等制造的组织工程支架无法形成有序的三维多孔结构，进而无法高效的促进细胞在其表面的黏附与生长。近场直写3d打印是能够完成有序结构制造的独特技术，基于其可制备有序三维结构的优势，已广泛用于组织工程领域，但是目前市面上近场直写所制造的组织工程支架，都是针对均质性的，多为连续堆叠无序结构或者只有一面为有序结构，这样的结构都是针对均质性的、对称性的，无法做到对体内组织不同位置的同步修复。例如在口腔中进行引导骨再生手术时会存在牙龈无法闭合的问题，要么采用减张缝合，要么采用自体牙龈移植的方法进行修补，但这两种方式容易导致术后疼痛和不适，并增加术后感染的风险且不美观。技术实现思路1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有三维有序多孔结构的可生物降解膜及其制备方法，该可生物降解膜具有良好的力学性能，其上、下表面可构建相同或不同的有序微纳结构，从而实现引导相同或不同组织的修复；同时，可通过结构差异及材料选择来调控对应结构层的降解周期、力学性能等，以适应不同组织类型的修复周期和力学要求等，提升修复效果；另外，设置中间无序纤维层即赋予了组织工程支架的选择通过性又保证了第一有序层与第二有序层修复互不干涉，扩大了组织工程支架的适用范围。本发明的制备方法采用近场直写3d打印方法，通过调控不同结构层的打印参数，以控制各层的结构，赋予产品预期的性能；该制备方法简单，操作方便，易于实施。2、一种具有三维有序多孔结构的可生物降解膜，包括由螺旋纤维无序堆叠而成的中间无序纤维层，以及设于中间无序纤维层两侧、各自独立地由单层或多层直线纤维堆叠而成并具有有序结构的第一有序纤维层和第二有序纤维层；3、第一有序纤维层材料、中间无序纤维层材料、第二有序纤维层材料各自独立地选自可生物降解材料。4、其中，第一有序纤维层、第二有序纤维层各自独立地由单层或多层直线纤维堆叠而成。第一有序纤维层和第二有序纤维层可以根据需要选择相同的结构，也可以选择不同的结构。其中，有序结构可以是规则网格结构，其网格可以为方形、菱形、三角形等。5、作为优选，所述生物可降解材料为聚乳酸、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、乳清蛋白及其衍生物中的一种或几种的共聚物或混合物。6、作为优选，第一有序纤维层、第二有序纤维层的纤维间距各自独立地选自1～500μm。7、作为优选，所述纤维的直径为0.1～200μm。8、作为进一步优选，第一有序纤维层和第二有序纤维层的直径各自独立地选自2～50μm。9、作为进一步优选，中间无序纤维层的直径为1～20μm。10、一种上述任一项所述的具有三维有序多孔结构的可生物降解膜的制备方法，利用近场直写3d打印工艺，采用如下参数打印第一有序纤维层和第二有序纤维层：喷嘴-基板距离为0.5～5mm，挤出压力为0.1kpa～1mpa，电压为1～6kv；11、采用如下参数打印中间无序纤维层：喷嘴-基板距离为1～50mm，挤出压力为0.5～50kpa，电压值为1～30kv。12、本发明的制备方法，利用近场直写3d打印工艺，通过控制打印参数(如喷嘴-基板距离、挤出压力、电压等)克服材料表面张力产生泰勒锥并形成的类“悬链线模型”效应，形成可控制的直线纤维，打印出设定的有序纤维结构；同时，通过对打印平台的温度控制实现直线纤维的交叉、黏附、堆叠，再度提升有序结构的均匀性和堆叠稳定性。13、打印无序纤维层时，通过控制打印参数(如喷嘴-基板距离、挤出压力、电压等)，使打印时具有类“悬链线模型”效应，使得在打印过程中形成弯曲螺旋纤维，交叉堆叠，形成致密的无序屏障结构，即中间无序纤维层；同时通过打印平台的温度控制以及底部有序纤维的吸引，提升无序纤维层的致密程度，降低其微孔尺寸及膜片孔隙率，实现中间无序纤维层的选择透过性(能够在阻隔细胞通过的同时，允许气体、组织液、细胞因子等小分子通过)。与有序纤维层相比，中间无序纤维层由螺旋形纤维无序堆叠，孔隙较小，纤维直径较细，排列致密。14、作为优选，打印第一有序纤维层和第二有序纤维层时，喷嘴-基板距离为1～3mm，挤出压力为0.1～50kpa，电压为2～5kv。15、作为优选，打印中间无序纤维层时，喷嘴-基板距离为5～25mm，挤出压力为1～20kpa，电压值为8～20kv。16、作为优选，采用连续打印法进行打印：17、在基板上依次打印第一有序纤维层、中间无序纤维层和第二有序纤维层，即得所述具有三维有序多孔结构的可生物降解膜。18、具体地，运用近场直写3d打印工艺，在光滑基板上打印有序结构，通过克服类“悬链线模型”效应(调整打印工艺参数)，形成可控制的直线纤维，调控纤维的空间排布方式，形成直线有序结构(第一有序纤维层)；以第一有序纤维层为基板，利用类“悬链线模型”效应(通过调整打印工艺参数来实现)，使纤维在打印过程中形貌变的弯曲螺旋，在第一有序纤维层上无序的交叉堆叠，形成致密的屏障层，即中间无序纤维层；再以上述得到的有序-无序(第一有序纤维层+中间无序纤维层)为基底打印有序结构，通过克服类“悬链线模型”效应(调整打印工艺参数)，调控纤维空间排布，形成直线有序结构，在中间无序纤维层上得到第二有序纤维层，进而得到所述具有三维有序多孔结构的可生物降解膜。19、作为优选，采用热合法进行打印，具体步骤如下：20、在一基板上打印依次打印无序螺旋纤维层和第一有序纤维层，得第一复合层；21、在另一基板上依次打印中间无序纤维层和第二有序纤维层，得第二复合层；22、将第一复合层的无序螺旋纤维层和第二复合层的中间无序纤维层进行热合粘结，得所述具有三维有序多孔结构的可生物降解膜；23、其中，打印无序螺旋纤维层时，控制喷嘴-基板距离为1～50mm，挤出压力为0.5～50kpa，电压值为1～30kv。24、作为进一步优选，打印无序螺旋纤维层时，喷嘴-基板距离为5～25mm，挤出压力为1～20kpa，电压值为8～20kv。25、作为优选，所述热合温度为中间无序纤维层材料和无序螺旋纤维层材料中熔点较低材料的熔点的0.2～0.9倍。进一步优选为0.4～0.9倍。26、作为优选，在热合过程中，可于第一复合层和第二复合层的顶部放置一定的重物，保证粘结的紧密。27、作为优选，无序螺旋纤维层的纤维直径为第一有序纤维层中纤维直径的0.01～1倍，其纤维路径与第一有序纤维层相同。28、无序螺旋纤维层由一层或多层的螺旋纤维无序堆叠得到。29、作为优选，所述基板的粗糙度ra≤1.6μm。对于连续打印法，有序层底面和基板接触时，更容易粘附在光滑的基板上，选择粗糙度ra≤1.6μm的基板，进一步保证了底部有序层的平整和堆叠。对于热合法，无序层先打印到基板上，也会使无序层底面光滑，螺旋纤维会平摊使得面积底部面积增加有利于热合。30、作为优选，基板选用玻璃板、单晶硅片、聚四氟乙烯、尼龙、聚氨酯等中的一种。31、作为优选，打印时，控制基板温度为当前打印材料熔点的0.3～0.9倍。控制基板温度接近材料熔点，使纤维冷却速度减缓，使得纤维在基板上能够固定。32、本发明的制备方法可根据不同组织对支架的需求定制具有不同三维有序结构表面的支架，从而更好的促进不同组织的修复。33、本发明还公开上述任一项所述的具有三维有序多孔结构的可生物降解膜作为组织工程支架的应用。34、与现有技术相比，本发明的有益效果为：35、1.本发明构建的组织工程支架表面具有精细的三维有序立体结构，由于具有可调的比表面积、孔隙率，可更有效的促进细胞的黏附、生长及迁移，同时利于组织周围营养物质及代谢产物的交换。另外，上下表面(第一有序纤维层和第二有序纤维层)可根据其接触组织的类型及临床应用的需求设计不同的结构。36、2.本发明构建的组织工程支架具有多层结构，可通过改变高分子材料的成分调节其体内降解时间，同时，不同的三维多孔结构可改变比表面积，也可影响材料的降解时间，因此，该支架可根据不同的应用场景调控其降解时间。37、3.本发明采用的基于3d打印的近场直写工艺，通过调节不同层的打印工艺参数实现有序直线纤维层和无序螺旋纤维层的打印；且该打印方法是一种高效的微纳尺度增材制造手段，制备过程零添加，不引入有机溶剂及化学交联剂。38、4.本发明采用的打印工艺简单，不需要复杂的后处理工艺，可大幅提高生产效率，降低生产成本。