CN101439202B - 明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料及其制备方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料及其制备方法和装置。步骤为：第一步，称取明胶和壳聚糖；第二步，配制为明胶—壳聚糖醋酸溶液；第三步，将溶液从加料口加入储料罐，通过压力表和压力控制阀控制储料罐中的压力为0.08～0.5MPa，以10～60滴/min的速度均匀流出。而后滴入保温容器内的温度为-(10～20)℃的冷凝液中冷凝，形成球形度好、粒径均一的明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料。第四步，分离、冷冻干燥；将冷冻干燥交联处理，清洗，得到明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料。这种球形颗粒材料具有均一的粒径分布，内部含有大量的互通微孔，具有较高的比表面积，可在组织修复和药物缓释中得到应用。

Description

明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料及其制备方法和装置
一、技术领域
本发明属于一种应用于生物医学领域的球状颗粒材料的制备技术，具体涉及一种天然聚合物明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料的制备方法。 
二、背景技术
明胶是一种将胶原三螺旋结构转化为无规则链而获得的蛋白质，是一种热水可溶的多肽混合物，因而具有生物可降解性及良好的生物相容性。由于具有良好的成膜性，明胶在口服药品的胶囊中得到广泛应用；同时，明胶还具有活化巨噬细胞和止血作用，可用于制造伤口包扎、止血材料和人造皮肤，以及硬组织修复用填充材料。 
甲壳素广泛存在于虾、蟹和昆虫等节肢动物的外壳和菌、藻类等低等植物的细胞壁中，是自然界中最为丰富的生物高分子之一，是一种极为丰富的天然再生资源。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物，无毒、生物相容性好、可生物降解，近年来，作为天然医用高分子材料在可吸收手术缝合线、止血材料、伤口包扎材料以及人造皮肤等方面的研究十分引人注目。同时，壳聚糖也是一种优良的硬组织修复材料，在骨折可吸收固定材料和骨缺损填充材料方面也得到应用。 
单纯的壳聚糖降解速度过于缓慢，加入明胶后能加快材料的降解速度。另一方面，明胶-壳聚糖复合材料中，壳聚糖带正电荷，通过静电作用与明胶蛋白分子结合，而明胶中含有大量的氨基和羧基这样的亲水基团，因而随着明胶的引入，增加了壳聚糖的亲水性能，从而也提高了溶质的透过能力及透氧性能，同时明胶还可促进细胞在复合材料上的黏附、增殖、分化和分泌细胞外基质。目前，明胶-壳聚糖复合材料多以膜的形式用于人工皮肤或伤口敷料。本发明提供了一种制备明胶-壳聚糖复合材料球形多孔颗粒的方法。 
三、发明内容
本发明提供了一种制备具有均一分布颗粒直径的明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料的制备方法。 
本发明的技术方案为一种明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料，所述的明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料的球形颗粒，粒径为φ0.8～4mm，颗粒本体内部为孔径小于150μm的微孔，微孔之间互通，明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料的孔隙率为80～95％，质量比明胶：壳聚糖＝(1～9)：(9～1)。 
一种制备所述的明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料的制备方法，制备步骤为： 
第一步，按质量比明胶：壳聚糖＝(1～9):(9～1)的比例称取明胶和壳聚糖； 
第二步，将第一步称取的胶原和壳聚糖加入质量浓度为1～5％的醋酸溶液中，配制为明胶—壳聚糖的总质量占明胶—壳聚糖醋酸溶液总质量的3～22％的溶液，搅拌，溶解； 
第三步，将第二步制备好的明胶-壳聚糖醋酸溶液从加料口加入储料罐，通过压力表和压力控制阀控制储料罐中的压力为0.08～0.5MPa，以保证明胶-壳聚糖醋酸溶液从管径为φ0.5～3mm的导液管以10～60滴/min的速度均匀流出。从导液管流出的明胶-壳聚糖醋酸溶液在管口处长大到约φ0.8～4mm的近球形颗粒后滴落，在下落过程中，由于表面张力的作用形成球状，而后滴入保温容器内的温度为-(10～20)℃的冷凝液中冷凝，形成球形度好、粒径均一的明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料。 
根据表面张力公式： 
mg＝2πrσ 
式中：m为液滴质量；r为毛细管外半径；σ为表面张力；g为重力加速度。当明胶-壳聚糖溶液的密度和粘度一定时，在无外界干扰的条件下，该法可以制备出球形度好、粒径均一的球形颗粒。 
第四步，将第三步冷凝后的球形颗粒分离、冷冻干燥；将冷冻干燥后的球形颗粒放入质量浓度为0.25～2.5％的交联剂交联处理，然后用无水乙醇清洗，得到明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料。所述的冷凝液为二甲基硅油或植物油。所述的交联剂为甲醛、戊二醛、乙二醛中的任意一种。 
制备所述的明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料的装置，所述的装置由储料罐和保温容器组成，在储料罐顶部设有加料口，在储料罐上还设有压力表，压力表与压力控制阀连接，在储料罐的底部设有导液管，在导液管上设有流量控制阀，在导液管下方设有保温容器。
有益效果：本发明制备的明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料：： 
(1)在颗粒本体内部含有大量的互通微孔，形成三维网状立体结构，这种颗粒具有较高的比表面积，有利于细胞的粘附的组织液的流动； 
(2)明胶-壳聚糖颗粒具有均一的粒径分布，不需要筛分处理即可得到具有相同粒径的颗粒材料；因为根据表面张力公式： 
mg＝2πrσ 
式中：m为液滴质量；r为毛细管外半径；σ为表面张力；g为重力加速度。当明胶-壳聚糖溶液的密度和粘度一定时，在无外界干扰的条件下，该法可以制备出球形度好、粒径均一的球形颗粒。 
(3)因为根据本方法制备的明胶-壳聚糖球形颗粒材料的粒径均一性好，而相同粒径的球形颗粒材料，充填后颗粒间空隙率最大，所以本发明的明胶-壳聚糖球形颗粒材料充填后有利于组织液的流动和细胞的迁移生长。 
四、附图说明
图1球形颗粒成形装置示意图 
装置主要由加料口1、压力表2、压力控制阀3、储料罐4、流量控制阀5、导液管6、冷凝液7和保温容器8组成。 
图2为明胶-壳聚糖复合球形多孔颗粒的照片。 
图3为明胶—壳聚糖复合球形多孔颗粒的内部孔隙照片。 
五、具体实施方式：
实施例1： 
(1)按质量比明胶：壳聚糖为1:9称取明胶和壳聚糖； 
(2)将第一步称取的明胶和壳聚糖加入质量浓度为5％，温度为60℃的醋酸溶液中，配制为明胶-壳聚糖的总质量占明胶-壳聚糖醋酸溶液总质量的22％的明胶-壳聚糖醋酸溶液，搅拌，溶解； 
(3)如图1所示，将制备好的明胶—壳聚糖醋酸溶液从加料口1加入储料罐4，通过压力控制阀3控制储料罐4中压力表2的压力为0.08～0.5MPa，通过流量控制阀5保证明胶-壳聚糖醋酸溶液从管径为φ0.5～3mm的导液管6以10～60滴/min的速度均匀流出。从导液管6流出的明胶-壳聚糖醋酸溶液在管口处长大 到φ0.8～4mm的近球形颗粒后滴落，在下落过程中，由于表面张力的作用形成球状，而后滴入保温容器8内的温度为-(10～20)℃的冷凝液7中冷凝，冷凝液为二甲基硅油，形成球形度好、粒径均一的明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料。 
(4)将冷凝后的球形颗粒材料分离，并在-(5～10)℃的温度冷冻干燥处理8～24h；冷冻干燥后的球形颗粒先放入质量浓度为0.25～2.5％的戊二醛溶液交联处理3～24h，再用无水乙醇清洗，得到明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料，如图2所示所得的明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料的球形度好、粒径均一，如图3所示，内部孔隙率高，形成三维网状立体结构。 
实施例2： 
(1)按质量比明胶：壳聚糖为9：1称取明胶和壳聚糖； 
(2)将第一步称取的明胶和壳聚糖加入质量浓度为1％，温度为60℃的醋酸溶液中，配制为明胶-壳聚糖的总质量占明胶-壳聚糖醋酸溶液总质量的3％的明胶-壳聚糖醋酸溶液，搅拌，溶解； 
(3)将制备好的明胶—壳聚糖醋酸溶液从加料口1加入储料罐4，通过控制储料罐4中的压力为0.08～0.5MPa，以保证明胶-壳聚糖醋酸溶液从管径为φ0.5～3mm的导液管以10～60滴/min的速度均匀流出。从导液管流出的明胶-壳聚糖醋酸溶液在管口处长大到φ0.8～4mm的近球形颗粒后滴落，在下落过程中，由于表面张力的作用形成球状，而后滴入保温容器内的温度为-(10～20)℃的冷凝液中冷凝，冷凝液为植物油，形成球形度好、粒径均一的明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料。 
(4)将冷凝后的球形颗粒材料分离，并在-(5～10)℃的温度冷冻干燥处理8～24h；冷冻干燥后的球形颗粒先放入质量浓度为0.25～2.5％的乙二醛溶液交联处理3～24h，再用无水乙醇清洗，得到明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料。 
实施例3： 
(1)按质量比明胶：壳聚糖为5：4称取明胶和壳聚糖； 
(2)将第一步称取的明胶和壳聚糖加入质量浓度为3％，温度为60℃的醋酸溶液中，配制为明胶-壳聚糖的总质量占明胶-壳聚糖醋酸溶液总质量的15％的明胶-壳聚糖醋酸溶液，搅拌，溶解； 
(3)将制备好的明胶—壳聚糖醋酸溶液从加料口1加入储料罐4，通过控制储料罐4中的压力为0.08～0.5MPa，以保证明胶-壳聚糖醋酸溶液从管径为φ0.5～ 3mm的导液管以10～60滴/min的速度均匀流出。从导液管流出的明胶-壳聚糖醋酸溶液在管口处长大到φ0.8～4mm的近球形颗粒后滴落，在下落过程中，由于表面张力的作用形成球状，而后滴入保温容器内的温度为-(10～20)℃的冷凝液中冷凝，形成球形度好、粒径均一的明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料。 
(4)将冷凝后的球形颗粒材料分离，并在-(5～10)℃的温度冷冻干燥处理8～24h；冷冻干燥后的球形颗粒先放入质量浓度为0.25～2.5％的甲醛溶液交联处理3～24h，再用无水乙醇清洗，得到明胶—壳聚糖球形多孔颗粒材料。

Claims (5)

1.一种明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料，其特征在于所述的明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料，粒径为φ0.8～4mm，颗粒本体内部为孔径小于150μm的微孔，微孔之间互通，明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料的孔隙率为80～95％，质量比明胶∶壳聚糖＝(1～9)∶(9～1)。
2.一种制备如权利要求1所述的明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料的制备方法，其特征在于，制备步骤为：
第一步，按质量比明胶∶壳聚糖＝(1～9)∶(9～1)的比例称取明胶和壳聚糖；
第二步，将第一步称取的胶原和壳聚糖加入质量浓度为1～5％的醋酸溶液中，配制为明胶-壳聚糖的总质量占明胶-壳聚糖醋酸溶液总质量的3～22％的溶液，搅拌，溶解；
第三步，将第二步制备好的明胶-壳聚糖醋酸溶液从管径为φ0.5～3mm的管子，以10～60滴/min的速度均匀流出，滴入温度为-(10～20)℃的冷凝液中冷凝，形成球形颗粒；
第四步，将第三步冷凝后的球形颗粒分离、冷冻干燥；将冷冻干燥后的球形颗粒放入质量浓度为0.25～2.5％的交联剂交联处理，然后用无水乙醇清洗，得到明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料。
3.如权利要求2所述的明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料的制备方法，其特征在于，所述的冷凝液为二甲基硅油或植物油。
4.如权利要求2所述的明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料的制备方法，其特征在于，所述的交联剂为甲醛、戊二醛、乙二醛中的任意一种。
5.制备如权利要求1所述的明胶-壳聚糖球形多孔颗粒材料的装置，其特征在于，所述的装置由储料罐(4)和保温容器(8)组成，在储料罐(4)顶部设有加料口(1)，在储料罐(4)上还设有压力表(2)，压力表(2)与压力控制阀(3)连接，在储料罐(4)的底部设有导液管(6)，在导液管(6)上设有流量控制阀(5)，在导液管下方设有保温容器(8)。
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