本發(fā)明涉及一種使用濕式紡絲法連續(xù)制造包含無機填料粒子的生物降解性纖維材料的方法、以及用該方法制造的棉絮狀的骨再生材料。本發(fā)明還涉及用濕式紡絲法制造由包含無機填料的生物降解性纖維構成的無紡布的方法。

背景技術：

1、在骨再生醫(yī)療領域中，用聚乳酸作為基質(zhì)與鈣鹽粒子(β型-磷酸三鈣、硅溶出型碳酸鈣、羥基磷灰石等)復合、并通過靜電紡絲法(es)纖維化而成的材料被用作骨再生材料。骨再生材料一般多以塊狀或顆粒形狀使用，用該方法紡絲而成的由生物降解性纖維構成的骨再生材料具有手術時的成形性好、能夠解決從目的部位移動·脫落的擔憂的優(yōu)異特點。本發(fā)明的發(fā)明人們通過將采用es從噴嘴射出的生物降解性纖維用填滿乙醇的收集容器接受、并將漂浮于乙醇液中的纖維回收·干燥，成功地實現(xiàn)了棉絮狀化(us8853298)。棉絮狀的骨再生材料在手術時能夠容易地應對任何患部形狀，因此在臨床上是優(yōu)良的材料。

2、作為生物降解性纖維的基質(zhì)樹脂，除了聚乳酸以外，還采用plga。plga是生物吸收性比聚乳酸高、且在fda被承認安全性的優(yōu)異的生物降解性樹脂。因此，近來采用plga作為基質(zhì)與鈣鹽粒子復合并通過es來纖維化。plga通過乳酸與乙醇酸共聚而合成，且可以通過調(diào)整乳酸與乙醇酸的比率來控制生物降解性。在乳酸85％:乙醇酸15％的plga(85:15)與乳酸75％:乙醇酸25％的plga(75:25)中，plga(75:25)的分解性更高。另一方面，聚乳酸的乳酸中存在結晶性的l體和光學異構體即非晶性的d體，含d體的pdlla比不含d體而僅為l體的plla難結晶化、容易分解。因此，通過使含d體的pdlla與pga共聚，可以合成分解性比不含d體的plga(pllga)高得多的pdllga。

3、es可以在紡絲原液中含有成為骨形成因子的無機填料粒子來進行纖維化，因此作為制造由生物降解性纖維構成的骨再生材料的方法是優(yōu)異的方法。但是，es需要用于此的特別設備，制造成本高。而且，為了通過es來紡絲，需要無機粒子在紡絲原液中均勻分散，因此，為了將包含大量無機填料粒子的纖維紡絲，在紡絲原液的制造中需要進行混煉等工序，這進一步提高了制造成本。另外，es是使施加了高電壓的紡絲原液從噴嘴射出、使其電場飛行來進行纖維化的方法，因此，如果采用分子量低的pdllga，則難以維持纖維形狀，其結果是難以進行采用pdllga的生物降解性纖維紡絲。

4、本發(fā)明的發(fā)明人們除了棉絮狀的骨再生材料以外，還開發(fā)出使用了采用es制造的無紡布的細胞培養(yǎng)基材(美國專利號6602999、6639035)，并且判明了采用es制造的無紡布中，纖維所含的無機粒子在纖維表面露出而發(fā)揮出良好的細胞粘接性，可以用作為優(yōu)異的三維細胞培養(yǎng)基材。但是，其也存在采用es而隨之產(chǎn)生的同樣問題。

5、現(xiàn)有技術文獻

6、專利文獻

7、專利文獻1:美國專利號8853298號專利公報

8、專利文獻2:美國專利號6602999號專利公報

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明所要解決的技術問題

2、作為將包含無機填料粒子的生物降解性纖維紡絲的方法，除了es以外，還可以采用濕式紡絲法。在將生物降解性樹脂用良溶劑溶解而成的溶液中投入無機填料粒子進行攪拌并使其分散來制備紡絲原液，將這樣制備的紡絲原液注入紡管中并從噴嘴壓出來噴出紡絲原液以使其以纖維狀射出到填滿不良溶劑的收集容器中，籍此能夠?qū)⒉涣既軇┲邪瑹o機填料粒子的復合生物降解性纖維紡絲。

3、濕式紡絲法中，通過將從噴嘴以纖維狀射出的紡絲原液入射到不良溶劑中而使紡絲原液所含的良溶劑在不良溶劑中脫離來進行纖維化，但若良溶劑滲透到不良溶劑中的速度過慢，則從噴嘴射出的紡絲原液難以在不良溶劑中纖維化。相反，如果良溶劑滲透到不良溶劑中的速度過快，則紡絲原液會在噴嘴處產(chǎn)生堵塞。特別是在紡絲原液中包含大量無機粒子的情況下，紡絲原液容易在從噴嘴的狹窄噴出口向不良溶劑射出的部分處產(chǎn)生堵塞。

4、解決技術問題的手段

5、為了解決上述技術問題而實現(xiàn)高效的濕式紡絲，本發(fā)明的發(fā)明人們反復進行了深入研究，結果想到在濕式紡絲裝置的收集容器中使用上下兩層填滿溶解度不同的兩種不良溶劑的方法。即，發(fā)現(xiàn)通過將投入相對于試樣(無機粒子和生物降解性樹脂)大致相同量的良溶劑而制備的紡絲原液從濕式紡絲裝置的噴嘴的噴出口壓出到收集容器中，將從噴嘴的噴出口壓出的紡絲原液以纖維狀入射到與良溶劑的溶解度參數(shù)的差異小的第一不良溶劑中，接著使上述以纖維狀入射的紡絲原液入射到與上述良溶劑的溶解度參數(shù)的差異大于第一不良溶劑的第二不良溶劑中，從而可以將包含大量無機粒子的纖維紡絲。

6、根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的發(fā)明人們完成了以下發(fā)明：

7、一種用濕式紡絲法制造包含無機填料粒子的生物降解性纖維的方法，其是用濕式紡絲法制造包含無機填料粒子的生物降解性纖維的方法，其中，

8、將無機填料粒子與生物降解性樹脂以重量比50-80:50-20的比例混合而成的混合物投入到混合容器中，

9、將相對于所述混合物為規(guī)定量的良溶劑投入到所述混合容器中，使所述生物降解性樹脂溶解于所述良溶劑中進行攪拌，由此制備所述無機填料粒子分散于溶液中的紡絲原液，

10、將所述制備的紡絲原液填充到濕式紡絲裝置的紡管中，

11、將填充在所述紡管中的所述紡絲原液從具有規(guī)定直徑的入射針的噴出口向垂直下方以規(guī)定的壓出速度壓出而射出到具有規(guī)定高度的筒狀的收集容器中，在所述收集容器中，溶解度參數(shù)值相對于所述良溶劑具有第一偏離度的第一不良溶劑和比重大于所述第一不良溶劑且溶解度參數(shù)值相對于所述良溶劑具有大于所述第一偏離度的第二偏離度的第二不良溶劑填滿上下兩層，

12、從所述噴嘴的噴出口壓出的紡絲原液藉由自重以纖維狀入射到所述收集容器中的所述第一不良溶劑中，以纖維狀入射到所述第一不良溶劑的液體中的紡絲原液的表面通過所述良溶劑的脫離和所述第一不良溶劑的侵入的相互擴散而固化，

13、接著，所述表面已固化的纖維狀紡絲原液藉由自重連續(xù)入射到填滿所述收集容器的所述第一不良溶劑之下的所述第二不良溶劑中，

14、入射到所述第二不良溶劑中的所述纖維狀紡絲原液在所述第二不良溶劑中通過使得所述良溶劑的脫離和第二不良溶劑的侵入的相互擴散進行到紡絲原液的內(nèi)部來進一步固化而纖維化，所述固化后的纖維在所述第二不良溶劑中成為纖維彼此不粘接的連續(xù)長纖維而漂浮堆積于所述收集容器底部，將堆積于所述收集容器底部的纖維從所述收集容器取出并使其干燥。

15、本發(fā)明的發(fā)明人們還完成了以下發(fā)明：

16、一種棉絮狀的骨再生材料，其是用濕式紡絲法制造的棉絮狀的骨再生材料，其中，所述棉絮狀的骨再生材料通過以下工序制造：

17、將鈣鹽粒子與生物降解性樹脂以重量比50-80:50-20的比例混合而成的混合物投入到混合容器中，

18、將相對于所述混合物為規(guī)定量的良溶劑投入到所述混合容器中，使所述生物降解性樹脂溶解于所述良溶劑中進行攪拌，由此制備所述鈣鹽粒子分散于溶液中的紡絲原液，

19、將所述制備的紡絲原液填充到濕式紡絲裝置的紡管中，

20、將填充在所述紡管中的所述紡絲原液從具有規(guī)定直徑的入射針的噴出口向垂直下方以規(guī)定的壓出速度壓出而射出到具有規(guī)定高度的筒狀的收集容器中，在所述收集容器中，溶解度參數(shù)值相對于所述良溶劑具有第一偏離度的第一不良溶劑和比重大于所述第一不良溶劑且溶解度參數(shù)值相對于所述良溶劑具有大于所述第一偏離度的第二偏離度的第二不良溶劑填滿上下兩層，

21、從所述噴出口壓出的紡絲原液以纖維狀入射到所述收集容器中的所述第一不良溶劑中，以纖維狀入射到所述第一不良溶劑的液體中的紡絲原液的表面通過所述良溶劑的脫離和所述第一不良溶劑的侵入的相互擴散而固化，

22、接著，所述表面已固化的纖維狀紡絲原液連續(xù)入射到填滿所述收集容器的所述第一不良溶劑之下的所述第二不良溶劑中，

23、入射到所述第二不良溶劑中的所述纖維狀紡絲原液在所述第二不良溶劑中通過使得所述良溶劑的脫離和第二不良溶劑的侵入的相互擴散進行到紡絲原液的內(nèi)部來進一步固化而纖維化，所述固化后的纖維在所述第二不良溶劑中成為纖維彼此不粘接的連續(xù)長纖維而漂浮堆積于所述收集容器底部，

24、將堆積于所述收集容器底部的纖維從所述收集容器取出并使其干燥。

25、本發(fā)明的發(fā)明人們還完成了以下發(fā)明：

26、一種用于改良的濕式紡絲法的濕式紡絲法裝置，其是用于改良的濕式紡絲法的濕式紡絲法裝置，其中，所述裝置具備：

27、注入紡絲原液的紡管，所述紡絲原液通過以無機填料粒子50-80重量％和生物降解性樹脂50-20重量％的比率將兩者投入混合容器、并使它們?nèi)芙庥诹既軇┲羞M行攪拌來制備，

28、連接至所述紡管的端部且在前端具有噴出口的噴嘴，以及

29、具有規(guī)定高度的筒狀的收集容器；

30、所述收集容器具備：

31、射出部，其用于將從所述噴嘴的噴出口壓出的紡絲原液入射到第一不良溶劑中并使其通過，

32、鄰接于所述射出部之下的纖維固化部，其使得通過所述射出部的紡絲原液入射到比重大于所述第一不良溶劑且溶解度參數(shù)值相對于所述良溶劑的偏離度大于所述第一不良溶劑的第二不良溶劑中而固化，

33、鄰接于所述纖維固化部之下的纖維回收部，其用于使得通過所述纖維固化部而固化后的纖維以棉絮狀漂浮堆積于所述收集容器底部來回收，

34、所述纖維固化部和所述纖維回收部以能夠分離的方式連接，在所述固化后的纖維漂浮堆積于所述纖維回收部底部之后，將所述纖維回收部從所述纖維固化部分離，從而能夠回收堆積于所述收集容器底部的纖維。

35、優(yōu)選地，良溶劑相對于所述無機填料粒子與生物降解性樹脂的混合物的添加量被調(diào)整為以下量：在所述紡管內(nèi)無機填料粒子在溶液中不沉降而均勻擴散、且能夠通過將紡絲原液從所述入射針壓出到不良溶劑中而在不良溶劑中纖維化的量。

36、優(yōu)選地，所述β-tcp粒子的粒徑為0.4～5μm。

37、優(yōu)選地，所述紡絲原液通過加入相對于粒徑為3～5μm的β-tcp粒子與pdllga樹脂以重量比50-80:50-20的比例混合而成的混合物1以重量比計為0.7～1.3的量的丙酮進行溶解來制備。

38、優(yōu)選地，所述紡絲原液通過加入相對于粒徑為0.3～0.5μm的β-tcp粒子與pdllga樹脂以重量比50-80:50-20的比例混合而成的混合物1以重量比計為1.15～1.40的量的丙酮進行溶解來制備。

39、優(yōu)選地，加入所述收集容器中的第一不良溶劑與第二不良溶劑的界面的位置設定為接近噴嘴的噴出口的位置。如果從入射針的噴出口以纖維狀射出的紡絲原液通過與良溶劑的溶解度參數(shù)的差異小的第一不良溶劑的距離長，則從噴嘴的噴出口入射的纖維容易在中途被撕斷，因此，通過使第一不良溶劑與第二不良溶劑的界面的高度位置位于接近噴嘴的噴出口的位置，可以防止入射的纖維在中途被撕斷，能夠作為一根連續(xù)的纖維而堆積于收集容器底部。

40、優(yōu)選地，無機填料粒子采用磷酸鈣粒子，更優(yōu)選采用β-tcp粒子。此外，含銀的β-tcp具有抗菌性因而是有利的。

41、優(yōu)選地，本發(fā)明的濕式紡絲裝置的筒狀的收集容器的高度為50～100cm，從上到下依次劃分為射出部、纖維固化部和纖維回收部。從噴嘴的噴出口以纖維狀壓出的紡絲原液藉由其自重而通過射出部中的第一不良溶劑，然后入射到纖維固化部的第二不良溶劑中，通過纖維固化部后，導入同樣填滿第二不良溶劑的纖維回收部中，以棉絮狀漂浮堆積于收集容器底部。通過將收集容器的纖維回收部從纖維固化部分離，將堆積于收集容器底部的棉絮狀纖維從收集容器取出并回收并使其干燥，從而可以得到棉絮狀的骨再生材料。

42、優(yōu)選地，良溶劑采用丙酮，第一不良溶劑采用乙醇，第二不良溶劑采用水。

43、優(yōu)選地，良溶劑采用丙酮，第一不良溶劑采用丙酮和水的混合溶液，第二不良溶劑采用水。

44、優(yōu)選地，良溶劑采用氯仿，第一不良溶劑采用乙醇，第二不良溶劑采用水。

45、優(yōu)選地，第二不良溶劑采用純水。如果總?cè)軇?良溶劑、第一不良溶劑、第二不良溶劑的全部)含氯，則在含銀的β-tcp的情況下有可能會與所含的銀反應而生成agcl，因此優(yōu)選不含氯的溶劑。

46、優(yōu)選地，所述生物降解性纖維包含50-80重量％的無機填料粒子，更優(yōu)選60-70重量％。濕式紡絲法通過將樹脂與填料粒子混合并用有機溶劑溶解而制備的紡絲原液從紡管壓出來紡絲，因此能夠容易地制備包含大量無機填料粒子的紡絲原液。es中使用紡絲時的漿液粘性低的漿液，因此必需預先將無機填料粒子的分散性提高很多，為使大量填料粒子均勻分散于溶液中而必需特別的工序(例如：混煉)，但在濕式紡絲法中，由于使用比es粘性高的漿液，所以不必進行這種特別的工序，只要通過攪拌使粒子分散于溶液中即可。這是因為，填埋粒子間的聚合物液的流動性變低，能夠防止凝聚。

47、優(yōu)選地，無機填料粒子采用磷酸鈣粒子，更優(yōu)選采用β-tcp粒子。生物降解性樹脂與體液接觸而分解，則β-tcp粒子溶出，進而β-tcp溶解，鈣離子、磷離子溶出，促進由骨吸收置換而產(chǎn)生的骨形成。

48、優(yōu)選地，β-tcp粒子采用含銀離子的β-tcp粒子。隨著從生物降解性纖維溶出的β-tcp粒子溶解，β-tcp粒子中所含的銀離子溶出并發(fā)揮抗菌性。

49、優(yōu)選地，濕式紡絲裝置的噴嘴的入射針采用27g(內(nèi)徑0.19±0.02mm、外徑0.41±0.01mm)或22g(內(nèi)徑0.41±0.03mm、外徑0.72±0.02mm)，由此紡絲的纖維的外徑為80～200μm。更優(yōu)選地，濕式紡絲裝置的噴嘴的注射針采用27g，紡絲纖維的外徑為100～150μm。在發(fā)明人們另外進行的實驗中，在將22g用于噴嘴的入射針的情況下，以樹脂濃度16.7～20.5重量％、壓出速度3ml/h可以良好地紡絲，但在樹脂濃度為15.3重量％時粘性低、無機粒子在紡管內(nèi)容易沉降而成為不均質(zhì)的纖維。在樹脂濃度為26.5重量％時則粘性高，不容易壓出。用22g壓出的纖維既粗又脆。另一方面，噴嘴的粗細采用27g時則適宜樹脂濃度范圍會變得更窄，但以紡絲原液的樹脂濃度為20重量％、壓出速度為3ml/h，可以良好地紡絲。纖維的直徑比采用22g的情況要細且脆感少，可以得到作為產(chǎn)品更優(yōu)異的纖維。

50、與es法不同，濕式紡絲法通過單純地壓出紡絲原液而從噴嘴噴出，因此紡絲原液的樹脂濃度可以根據(jù)噴出速度和纖維的粗細相對自由地設定，但紡絲原液的適宜樹脂濃度根據(jù)噴嘴的粗細而變化。

51、優(yōu)選地，將金屬或塑料制的網(wǎng)沉入收集容器的纖維回收部底部，使?jié)袷郊徑z成的纖維堆積于其上，將該網(wǎng)拉起則由于纖維仍然柔軟而成為無紡布狀或棉絮狀，將其直接浸水后則會保持該狀態(tài)而凝固。

52、優(yōu)選地，在收集容器的底部設置卷繞器具，用卷繞器具卷繞通過第二不良溶劑而堆積的纖維。通過加快卷繞器具的卷繞速度，可以得到纖維方向一致的無紡布。

53、發(fā)明效果

54、本發(fā)明中，試樣(無機粒子與生物降解性樹脂)和良溶劑的量被調(diào)整為試樣的粒子在良溶劑中不沉降而均勻擴散、并且能夠?qū)膰姵隹趬撼龅募徑z原液在不良溶劑中纖維化的量，因此能夠使用濕式紡絲裝置在商業(yè)基礎上將生物降解性纖維紡絲。

55、本發(fā)明濕式紡絲方法中，從噴嘴的噴出口向不良溶劑中以纖維狀壓出的紡絲原液在樹脂溶液(聚乳酸的比重為1.24)中包含大量無機粒子(β-tcp的比重為3.14g/cm3)，因此，其藉由紡絲原液的自重而在不良溶劑(乙醇的比重為0.8左右，水的比重為1)中向下方沉降并依次通過第一不良溶劑和第二不良溶劑，在沉降的過程中逐漸纖維化、堆積于收集容器底部，從而可以將堆積的纖維回收。

56、在本發(fā)明的濕式紡絲法裝置的填滿收集容器的纖維固化部的第二不良溶劑的比重大于其上的填滿射出部的第一不良溶劑，因而藉由比重的差異而以第二不良溶劑上浮著第一不良溶劑的狀態(tài)形成雙層。因此，通過將紡絲原液從裝置的噴出口向第一不良溶劑射出，能夠使得以纖維狀射出的紡絲原液藉由自重而依次通過溶解度參數(shù)不同的第一不良溶劑和第二不良溶劑，因而能夠在該過程中使紡絲原液逐漸固化而纖維化。但是，在第一不良溶劑采用乙醇、第二不良溶劑采用水的情況下，由于乙醇是親水性的，因此如果在攪拌后水配位于親水基團周圍，則水會包圍乙醇分子而混合。所以，優(yōu)選通過在水上緩慢注入乙醇，來使得水不會配位于乙醇的親水基團周圍，藉由比重的差異產(chǎn)生分離的狀態(tài)。

57、本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，用于紡絲原液固化的第二不良溶劑(例如：水)的比重大于良溶劑(例如：丙酮)，因此從纖維脫離的良溶劑(例如：丙酮)不會立即浮向上方而貯留于固化后的纖維附近。其結果是，良溶劑從纖維脫離后漂浮于纖維附近，從而不會溶解固化后堆積于收集容器底部的纖維，因此堆積的纖維不會相互附著，能夠從收集容器以棉絮狀回收。

58、本發(fā)明中所用的生物降解性樹脂不需要通過選擇對溶劑的溶解性高的樹脂來采用溶解力高的氯系溶劑(例如：氯仿)作為用于制備紡絲原液的良溶劑，可以使用非氯系溶劑(例如：丙酮)。

59、由本發(fā)明的一個實施方式的濕式紡絲法制造的生物降解性纖維的纖維長度長，可以將大致一根連續(xù)的纖維堆積成棉絮狀來回收。如此堆積回收的棉絮狀的骨再生材料與由es制造的棉相比，纖維與纖維之間的間隔寬，具有用于使細胞滲入纖維間進行纖維粘接來增殖的寬大微細環(huán)境。

60、由本發(fā)明的濕式紡絲法制造的生物降解性纖維與由es紡絲的纖維相比，纖維表面的孔數(shù)少，具有致密的截面結構，形狀維持性優(yōu)異。

61、由本發(fā)明的濕式紡絲法制造的生物降解性纖維具有扁平的截面形狀，細胞的粘接性優(yōu)異。

62、本發(fā)明的濕式紡絲法與es法不同，是對紡絲原液施加物理力而從紡管向噴出口壓出的方法，因此紡絲原液中的填料粒子的含量自由度高。通過含有50重量％、更優(yōu)選60重量％、進一步優(yōu)選70重量％的磷酸鈣，粒子在纖維表面形成凹凸結構。纖維表面具有凹凸結構則適于細胞粘附。

63、由本發(fā)明的濕式紡絲法制造的由pdllga樹脂纖維構成的棉絮狀的骨再生材料在植入體內(nèi)后，pdllga在體內(nèi)溶解，局部ph值降低，形成酸性環(huán)境。其結果是，在酸性環(huán)境下β-tcp溶解，微量的鈣離子和磷酸離子溶出緩釋，有助于促進骨形成。

64、在由本發(fā)明的濕式紡絲法制造的生物降解性纖維中含有含銀離子的β-tcp粒子作為填料時，生物降解性樹脂在體內(nèi)溶解，ph值降低，β-tcp填料在酸性的環(huán)境下溶解，其結果是，β-tcp粒子中所含的銀離子溶出而發(fā)揮抗菌性。由此，通過組合使用由本發(fā)明的濕式紡絲法制造的pdllga纖維和含銀離子的β-tcp粒子，能夠?qū)崿F(xiàn)將骨再生材料埋植于體內(nèi)后的術后后期的抗菌性發(fā)揮。

65、本發(fā)明的濕式紡絲法中，用作為有機溶劑的丙酮不含氯，因此即使與銀接觸也不會生成氯化銀。其結果是，β-tcp粒子中所含的ag離子不會形成agcl，而是以ag離子存在，因此能夠發(fā)揮出ag離子的抗菌性。而且，也不會因生成agcl而受光變黑。

66、由本發(fā)明的濕式紡絲法紡絲的生物降解性纖維中，所包含的無機粒子在纖維表面未被樹脂覆蓋地露出而形成凹凸形狀，因此在給與人體時發(fā)揮出優(yōu)異的細胞粘接性。