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一种交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法

阅读:3发布:2022-04-04

专利汇可以提供一种交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种交联羧甲基甲壳素组织工程 支架 的制备方法,用 水 溶性 碳 化二亚胺交联羧甲基甲壳素制备水凝胶,结合 冷冻干燥 方法得到交联羧甲基甲壳素支架。本发明方法工艺简单,成本低廉,支架 生物 相容性 好,降解速率较快。交联羧甲基甲壳素残存的羧甲基还能与 碱 性 成 纤维 细胞 生长因子(bFGF)结合,成为因子的保活、缓释载体。本发明的交联羧甲基甲壳素既可作为组织工程真皮支架材料,也可作为骨、血管等其他组织工程的支架材料。,下面是一种交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法专利的具体信息内容。

1.一种交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法,其特征在于:将羧甲基甲壳素溶液用溶性化二亚胺脱水交联后制备水凝胶,再通过冷冻干燥方法制备交联羧甲基甲壳素多孔支架。
2.根据权利要求1所述的一种交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法,其特征在于:所述交联羧甲基甲壳素支架这样得到:将羧甲基甲壳素溶于水,加脱水剂、缓冲剂和催化剂使羧甲基甲壳素交联凝胶化,将凝胶冷冻干燥后得交联羧甲基甲壳素支架。
3.根据权利要求2所述的交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法,其特征在于:
所述交联羧甲基甲壳素支架这样得到:将羧甲基甲壳素配制成0.1%-50%(W/W)的水溶液,加缓冲剂、催化剂搅拌0.01-24小时,加脱水剂搅拌0.01-60分钟得凝胶,将凝胶冷冻干燥后得交联羧甲基甲壳素支架。
4.根据权利要求1-3所述的一种交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法;其特征在于:所述脱水剂为水溶性碳化二亚胺,包括1-乙基-(3,3-二甲基胺丙基)碳化二亚胺或其它碳化二亚胺的水溶性衍生物
5.根据权利要求1-3所述的一种交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法;其特征在于:所述催化剂为琥珀酰亚胺及其衍生物,包括N-羟基琥珀酰亚胺或N-羟基硫代琥珀酰亚胺。
6.根据权利要求1-3所述的一种交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法,其特征在于:所述脱水交联反应的反应温度为0℃至80℃。
7.根据权利要求1-3所述的交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法,其特征在于:所用的羧甲基甲壳素的取代度为0%至200%,脱乙酰度为0%至100%。

说明书全文

一种交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生物材料技术,尤其是一种原材料价廉易得、工艺简单、生物降解性能较好的交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法。

背景技术

[0002] 近年来,器官移植已经从自体、同种异体和异种异体移植发展到组织工程器官移植。在美国,已经用胶原和糖胺多糖构建了皮肤取代物Integra(Life Science)、Dermograft(Advanced Tissue Science)和Apligraft(Organogenesis),这些商品化组织工程皮肤已经被美国食品与药品管理局(FDA)批准。国内至今未见组织工程皮肤产品面世,但有关于胶原(或明胶)复合壳聚糖(或其它糖胺多糖)组织工程皮肤支架的研究报道。专利《交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法》(200810068361.4)提供了用脱化二亚胺对羧甲基甲壳素进行脱水交联制备交联羧甲基甲壳素支架的方法,此方法用碳化二亚胺在异相条件下对羧甲基甲壳素支架表面的羧基和羟基进行脱水交联。而本发明所提供的方法直接使用水溶性碳化二亚胺,对羧甲基甲壳素的羧基和胺基在均相条件下脱水交联制备交联羧甲基甲壳素支架,目前未见有用碳化二亚胺脱水将具有部分脱乙酰度的羧甲基甲壳素溶液交联凝胶化的研究报道。
[0003] 目前市售的天然生物高分子材料甲壳素分离自虾蟹壳,来源丰富。甲壳素相对其它糖胺多糖,如透明质酸、硫酸软骨素等价格更低廉。甲壳素及其衍生物具有非常好的生物相容性生物可降解性、抗菌消炎等特性,目前已经广泛应用于生物医学领域。
[0004] 壳聚糖材料表面正电荷密度太高,所以目前国内外的研究思路(姚康德等.应用化学,2004,21(3):217)是将胶原、明胶或海藻酸类聚阴离子与壳聚糖复合,形成聚电解质配合物,可以屏蔽壳聚糖过高的正电荷密度,促进纤维细胞尽快进入DNA合成期,抑制材料触发的细胞凋亡,利于细胞迁移和增殖。但这样得到的组织工程支架成本高,工艺复杂。
[0005] 甲壳素及其衍生物的体内降解速度主要由其分子链上乙酰基含量控制,脱乙酰度越低,甲壳素衍生物降解速度越快,高脱乙酰度的壳聚糖体内降解速度很慢。因此可以通过控制甲壳素的脱乙酰度调控甲壳素体内降解速度。直接利用羧甲基甲壳素为原料交联制备的羧甲基甲壳素支架生物降解性能优异。

发明内容

[0006] 本发明针对现有技术的不足旨在提供一种直接使用水溶性碳化二亚胺对羧甲基甲壳素的羧基和胺基在均相条件下脱水交联制备交联羧甲基甲壳素凝胶,再用冷冻干燥技术制备交联羧甲基甲壳素支架的方法。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的:一种交联羧甲基甲壳素组织工程支架的制备方法,将羧甲基甲壳素溶液用水溶性碳化二亚胺脱水交联后制备水凝胶,再通过冷冻干燥方法制备交联羧甲基甲壳素多孔支架。
[0008] 下面对以上技术方案作进一步阐述:
[0009] 所述交联羧甲基甲壳素支架这样得到:将羧甲基甲壳素溶于水,加脱水剂、缓冲剂和催化剂使羧甲基甲壳素交联凝胶化,将凝胶冷冻干燥后得交联羧甲基甲壳素支架。
[0010] 所述交联羧甲基甲壳素支架这样得到:将羧甲基甲壳素配制成0.1%-50%(W/W)的水溶液,加缓冲剂、催化剂搅拌0.01-24小时,加脱水剂搅拌0.01-60分钟得凝胶,将凝胶冷冻干燥后得交联羧甲基甲壳素支架。
[0011] 所述脱水剂为水溶性碳化二亚胺,包括1-乙基-(3,3-二甲基胺丙基)碳化二亚胺或其它碳化二亚胺的水溶性衍生物。
[0012] 所述催化剂为琥珀酰亚胺及其衍生物,包括N-羟基琥珀酰亚胺或N-羟基硫代琥珀酰亚胺。
[0013] 所述脱水交联反应的反应温度为0℃至80℃。
[0014] 所用的羧甲基甲壳素的取代度为0%至200%,脱乙酰度为0%至100%。
[0015] 本发明的有益效果是:羧甲基甲壳素支架降解速度较快;交联羧甲基甲壳素完全可以单独形成稳定的单分子组织工程支架材料,而无需复合其他生物聚阴离子,制备工艺更加简单。交联羧甲基甲壳素残存的羧甲基还能与性成纤维细胞生长因子(bFGF)结合,成为因子的保活、缓释载体。本发明的碳化二亚胺化学交联羧甲基甲壳素既可作为组织工程真皮支架材料,也可作为骨、血管等其他组织工程支架材料。目前市售的天然生物高分子材料甲壳素分离自虾蟹壳,来源丰富。由甲壳素制备的羧甲基甲壳素化学结构与透明质酸相似,但相对其它糖胺多糖,如透明质酸、硫酸软骨素等价格更低廉。
[0016] 说明附图
[0017] 下面通过具体实施方式并结合附图,对本发明作进一步的详细说明:
[0018] 图1是实施实例1所得样品的扫描电镜照片;
[0019] 图2是实施实例2所得样品的扫描电镜照片;
[0020] 图3是实施实例3所得样品的扫描电镜照片;
[0021] 图4是实施实例1所得样品的体外溶菌酶降解示意图。

具体实施方式

[0022] 实施实例1:羧甲基甲壳素取代度90%,脱乙酰度60%,分子量为200,000。取羧甲基甲壳素0.4g放入烧杯,加去离子水15g配制成浓度为2.7%(w/w)的羧甲基甲壳素溶液,在溶液中加入催化剂0.1151g N-羟基琥珀酰亚胺和缓冲剂0.2133g 4-吗啉乙磺酸搅拌5min。取脱水剂1-乙基-(3,3-二甲基胺丙基)碳化二亚胺盐酸盐0.1917g溶于5g去离子水中,加入以上配制的羧甲基甲壳素溶液中,快速搅拌30秒得羧甲基甲壳素凝胶。将凝胶放入0.1M Na2HPO4溶液洗涤一天,三次更换洗涤液,用去离子水洗涤凝胶三天,每8小时更换洗涤液。将洗净的凝胶-20℃冷冻后经冷冻干燥得多孔支架。
[0023] 实施实例2:羧甲基甲壳素取代度30%,脱乙酰度90%,分子量为50,000。取羧甲基甲壳素0.4g放入烧杯,加去离子水2.7g配制成浓度为15%(w/w)的羧甲基甲壳素溶液,在溶液中加入催化剂0.1151g N-羟基琥珀酰亚胺和缓冲剂0.0821g 4-吗啉乙磺酸搅拌1小时。取脱水剂1-乙基-(3,3-二甲基胺丙基)碳化二亚胺盐酸盐0.1917g溶于5g去离子水中,加入以上配制的羧甲基甲壳素溶液中,快速搅拌2分钟得羧甲基甲壳素凝胶。将凝胶放入0.1M Na2HPO4溶液洗涤一天,三次更换洗涤液,用去离子水洗涤凝胶三天,每8小时更换洗涤液。将洗净的凝胶-20℃冷冻后经冷冻干燥得多孔支架。
[0024] 实施实例3:羧甲基甲壳素取代度150%,脱乙酰度38%,分子量为9,000。取羧甲基甲壳素1.2g放入烧杯,加去离子水3g配制成浓度为40%(w/w)的羧甲基甲壳素溶液,在溶液中加入催化剂0.3453g N-羟基琥珀酰亚胺和缓冲剂0.0853g 4-吗啉乙磺酸搅拌10小时。取脱水剂1-乙基-(3,3-二甲基胺丙基)碳化二亚胺盐酸盐0.5751g溶于5g去离子水中,加入以上配制的羧甲基甲壳素溶液中,快速搅拌10分钟得羧甲基甲壳素凝胶。将凝胶放入0.1M Na2HPO4溶液洗涤一天,三次更换洗涤液,用去离子水洗涤凝胶三天,每8小时更换洗涤液。将洗净的凝胶-20℃冷冻后经冷冻干燥得多孔支架。
[0025] 材料测试方法:将羧甲基甲壳素支架裁剪成1cm×1cm×0.2cm大小,加入5mL0.2mg/mL溶菌酶磷酸盐溶液(pH=7.4)中,置于恒温震荡器中37℃恒温,每隔一天补充
1mL新鲜溶菌酶磷酸盐溶液。分别于1,2,3,5,7天将样品取出,用去离子水将支架洗净,放入电热鼓干燥箱中干燥后称重,每组样品测试3次,取平均值。降解速率由下式计算:
[0026] 样品残留率(%)=100×Wt/Wo式中Wt(g)为降解后支架的质量,Wo(g)为降解前支架的质量。
[0027] 图1是实施实例1所得样品的扫描电镜照片;图2是实施实例2所得样品的扫描电镜照片;图3是实施实例3所得样品的扫描电镜照片,多孔支架的孔径在20-200μm,分布均匀,尽管例2和例3采用的羧甲基甲壳素的浓度较高,但因其分子量比较低,在溶液中易溶胀,导致成型后的支架孔洞变大;图4是实施实例1所得样品的体外溶菌酶降解示意图。支架在5天内基本降解完全,说明支架酶降解性能优异。
[0028] 根据上述说明书的揭示和指导,本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此,本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外,尽管本说明书中使用了一些特定的术语,但这些术语只是为了方便说明,并不对本发明构成任何限制。
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