CN101444636B - 可降解多孔淀粉/pva生物膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
可降解多孔淀粉/PVA生物膜及其制备方法属于生物医用材料领域。本发明的目的在于解决现有植入体内的膜材料不降解，降解速度过快，降解产物易引发炎症，力学性能及生物相容性差等问题。本发明生物膜由质量比为10-0.5∶1的医用PVA与淀粉和占PVA与淀粉干重1-20％的甘油组成，膜的孔径为5-200μm。膜的组分中，还可包括纳米级骨磷灰石、无机抗菌剂、组织生长因子，缓释药物等。本发明通过将成膜组分分散于水中，得到成膜液后，将成膜液置于模具中，冷冻干燥，得到本发明生物膜。本发明生物膜制备工艺简单，具有可控的力学性能和孔隙结构，可用于术后防组织粘连膜和引导组织再生膜等医疗卫生领域。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，具体地涉及一种可用于引导组织再生和防组织粘连的可降解的生物膜及其制备方法，尤其涉及一种由淀粉和聚乙烯醇共混得到的多孔生物医用膜及其制备方法。
背景技术
生物隔膜技术(Barrier Membrane Technique，简称BMT)，是近年引起医学界广泛关注的临床治疗新技术。自上世纪90年代以来，利用人工生物膜引导机体组织再生性愈合成为国际性热门研究课题。
引导组织再生(Guide Tissue Regeneration，GTR)技术是80年代末90年代初发展起来的一项新技术。其原理是利用膜的物理屏障功能将病损区与周围组织隔离，创造一个相对封闭的组织环境，从而使成骨细胞优先迁移、生长。GTR的应用为牙周病的治疗、牙种植区骨量不足及其它骨缺损的修复、骨折的愈合提供了一个新的有效途径。目前GTR膜材料可分为不可吸收和可吸收两大类。不可吸收薄膜主要是聚四氟乙烯(PTFE：Gore-Texs)膜。该膜虽然具有良好的力学强度，但存在不能自行降解问题，需二次手术去除，且细胞亲和性差，易导致伤口裂开，膜早期暴露，影响伤口的愈合。因此，对可吸收膜材料的开发和研究便成为GTR技术发展的重要方向。目前研究最多的人工合成可吸收膜材料的类型主要有聚乳酸(Polylatic acid，PLA)和聚羟基乙酸(Polyglycolic acid，PGA)以及它们的共混或共聚物，但由于该类材料的降解产物是酸，容易引发周围组织的炎症反应。目前研究最多的天然GTR膜材料主要为胶原。天然胶原GTR膜虽然具有良好的生物相容性，但其强度一般较弱，在体内吸收速度往往较难控制，且价格昂贵。因此，制备具有一定力学强度，适当降解速度以及良好的生物相容性的GTR膜材料将成为生物医用材料的研究重点。
防组织粘连膜为用于手术后防止创面粘连的隔离物。外科手术后的组织粘连可导致手术部位持续疼痛等后遗症。目前临床上使用的防粘连物质主要包括硅油、透明质酯酸钠以及酯酸钠等流体或半流体状物质，这类物质的特点是在体内的吸收速度过快，防粘连时间短，一般为3-4天，因此很难达到理想的防粘连效果。目前被实际应用较多的主要有氧化纤维素膜以及透明质酸/羧甲基纤维素膜，这类材料属于天然产物，因此产品质量不易控制，也较容易分解与吸收(约1周左右)，不适于长期与周边组织隔离的情况(2周以上)。另一大类为聚乳酸，聚丙交酯，聚己内酯以及它们的共聚物制备的膜。这类膜的最大缺陷就是降解速度难控制，降解产物为酸性物质，对周围组织的愈合具有很大影响。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种具有多孔结构的可作为引导组织再生膜及术后防粘连膜的生物膜及其制备方法。
本发明所提供的可降解多孔淀粉/PVA生物膜由质量比为10-0.5∶1的医用聚乙烯醇与医用淀粉和占医用聚乙烯醇与医用淀粉干重1-20％的甘油组成；膜的孔径为5-200μm。
作为本发明的优选技术方案所述的生物膜组分中可包括占医用聚乙烯醇和医用淀粉干重1-50％的纳米级骨磷灰石。
作为本发明更优选的技术方案，本发明可降解多孔淀粉/PVA/纳米骨磷灰石生物膜组分中还可包括占医用聚乙烯醇和医用淀粉干重0.05-6％的辅助活性成分，所述的辅助活性成分为无机抗菌剂、组织生长因子或缓释药物中的一种或几种。
其中，所述的无机抗菌剂选自铜、锌或银的可溶性盐。
所述的组织生长因子选自骨形态发生蛋白(BMP)、转化生长因子(TGF)、胰岛素样生长因子(IGF)、成纤维细胞生长因子(FGFs)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、血管内皮细胞生长因子(VRGF)、血小板源性生长因子(PDGF)或肿瘤坏死生长因子(TNF)。
所述的缓释药物选自青霉素、庆大霉素、妥布霉素、万古霉素或黄连素等抗生素成分，黄芪、黄芪苷、三七、三七总苷、丹参、淫羊藿或汉防己甲素等药物成分。
本发明所提供的可降解多孔淀粉/PVA生物膜的制备方法，包括以下步骤：
将成膜组分医用聚乙烯醇、医用淀粉和甘油，按照医用聚乙烯醇与医用淀粉的质量比为10-0.5∶1，甘油占医用聚乙烯醇与医用淀粉干重1-20％的原则加入水中，于80-100℃搅拌分散，制成质量分数为4-50％的成膜液后，转移至模具中，于-5至-80℃冷冻1-3h，再于-20℃至30℃抽真空12-48h，得到可降解多孔淀粉/PVA生物膜。
作为本发明的优选技术方案，所述的成膜组分中可加入占医用聚乙烯醇和医用淀粉干重1-50％的纳米级骨磷灰石。
作为本发明更优选的技术方案，可通过向成膜组分(淀粉/PVA/纳米级骨磷灰石)中加入占医用聚乙烯醇和医用淀粉干重0.05-6％的辅助活性成分或者将所制得的可降解多孔淀粉/PVA生物膜(淀粉/PVA/纳米级骨磷灰石)于辅助活性成分的水溶液中浸泡1-24h，得到负载有辅助活性成分的生物膜，其中，辅助活性成分水溶液的浓度根据药物的性质和/或有效作用浓度确定。
可根据临床使用需求将本发明生物膜裁剪成所需的规格大小。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
1)本发明生物膜可降解，当用作防组织粘连膜时，与无孔结构生物膜相比，多孔结构有利于营养物质的交换，防止膜下生物组织出现淤血和坏死；当用作引导组织再生膜时，多孔结构有利于成骨细胞、骨细胞的黏附和生长；无需二次手术取出。
2)本发明生物膜制备工艺简单，可通过调节淀粉和聚乙烯醇的质量比控制膜的力学性能和降解速度；可通过调节成膜液的浓度和冷冻温度控制膜孔径大小和空隙率；可通过模具中单位面积成膜液的倾注量控制膜的厚度。
3)本发明生物膜中不添加任何毒性试剂，降解产物无毒，生物安全性高，通过添加不同的辅助活性成分，可制备兼具药物缓释、诱导组织再生和抗菌等作用的多种功能的多孔结构生物膜，采用冷冻干燥，不影响生物膜中药物及生长因子的活性。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于下述实施方式。
具体实施方式
实施例1
将医用玉米淀粉和医用聚乙烯醇于80℃下烘干后，将2克玉米淀粉、20克聚乙烯醇和4克甘油加入44g去离子水中，转移至单口烧瓶，采用螺旋搅拌浆于80℃，1000t/min下搅拌6h，得到均匀粘稠状的成膜液；将成膜液浇注入底面平整，直径为12cm的圆形玻璃模具中，使成膜液自然流平，成膜液厚度控制在1mm，待成膜液的温度降至室温后，将盛有成膜液的模具放入-80℃的冰箱中预冻1h，转移至冷冻干燥机中，在0℃抽真空干燥48h，制得可降解多孔淀粉/PVA生物膜。多孔膜的平均孔径为5-10μm。
实施例2
将医用玉米淀粉和医用聚乙烯醇于80℃下烘干后，将14克玉米淀粉，7克聚乙烯醇，4克甘油加入525g去离子水中，转移至单口烧瓶，采用螺旋搅拌浆于100℃，1000t/min下搅拌3h，得到均匀粘稠状的成膜液；将成膜液浇注入底面平整，直径为12cm的圆形玻璃模具中，使成膜液自然流平，成膜液厚度控制在1mm，待成膜液的温度降至室温后，将盛有成膜液的模具放入-5℃的冰箱中预冻3h，转移至冷冻干燥机中，0℃抽真空干燥48h，制得可降解多孔淀粉/PVA生物膜。多孔膜的平均孔径为100-200μm。
实施例3
将医用玉米淀粉和医用聚乙烯醇于80℃下烘干后，将4克玉米淀粉，16克聚乙烯醇，4克甘油加入180g去离子水中，转移至单口烧瓶，采用螺旋搅拌浆于95℃，1000t/min下搅拌4h，得到均匀粘稠状的成膜液；将成膜液浇注入底面平整，直径为12cm的圆形玻璃模具中，使成膜液自然流平，成膜液厚度控制在1mm，待成膜液的温度降至室温后，将盛有成膜液的模具放入-5℃的冰箱中预冻3h，转移至冷冻干燥机中，依次于-20℃抽真空干燥4h，0℃抽真空干燥4h，10℃抽真空干燥4h，30℃抽真空干燥1h，制得可降解多孔淀粉/PVA生物膜。多孔膜的平均孔径为70-100μm。
实施例4
将医用玉米淀粉和医用聚乙烯醇于80℃下烘干后，将4克玉米淀粉，16克聚乙烯醇，4克甘油加入180g去离子水中，转移至单口烧瓶，采用螺旋搅拌浆于95℃，1000t/min下搅拌4h，得到均匀粘稠状的成膜液；将成膜液浇注入底面平整，直径为12cm的圆形玻璃模具中，使成膜液自然流平，成膜液厚度控制在1mm，待成膜液的温度降至室温后，将盛有成膜液的模具放入-20℃的冰箱中预冻3h，转移至冷冻干燥机中，依次于0℃抽真空干燥4h，10℃抽真空干燥4h，30℃抽真空干燥4h，制得可降解多孔淀粉/PVA生物膜。多孔膜的平均孔径为50-80μm。
实施例5
1)将0.16g纳米羟基磷灰石加入无水乙醇中，功率1000w超声180s；
2)将医用玉米淀粉和医用聚乙烯醇于80℃下烘干后，将4.0g玉米淀粉、12.0g PVA和3.2g甘油加入140ml去离子水中，于90℃下搅拌3h混合均匀后，滴加步骤1)中得到的纳米羟基磷灰石的悬浊液，继续搅拌1h，得到均匀粘稠状的成膜液；将成膜液浇注入底面平整，直径为12cm的圆形玻璃模具中，使成膜液自然流平，成膜液厚度控制在2mm，待成膜液的温度降至室温后，将盛有成膜液的模具放入-35℃的冰箱中预冻2h，转移至冷冻干燥机中，在0℃抽真空24h，制得可降解多孔淀粉/PVA/纳米羟基磷灰石生物膜。多孔膜的平均孔径大小为20-50μm。
实施例6
1)将8g纳米羟基磷灰石加入8ml，5％的羧甲基纤维素钠溶液中，功率1000w超声180s；
2)将医用玉米淀粉和医用聚乙烯醇于80℃下烘干后，将4.0g玉米淀粉、12.0g PVA和3.2g甘油加入180ml去离子水中，于90℃下搅拌3h混合均匀后，滴加步骤1)中得到的含纳米羟基磷灰石的羧甲基纤维素钠溶液中，继续搅拌1h，得到均匀粘稠状的成膜液；将成膜液浇注入底面平整，直径为12cm的圆形玻璃模具中，使成膜液自然流平，成膜液厚度控制在2mm，待成膜液的温度降至室温后，将盛有成膜液的模具放入-35℃的冰箱中预冻2h，转移至冷冻干燥机中，在0℃抽真空24h，制得可降解多孔淀粉/PVA/纳米羟基磷灰石生物膜。多孔膜的平均孔径大小为30-60μm。
实施例7
1)将1.6g纳米羟基磷灰石加入32ml，5％的羧甲基纤维素钠溶液中，功率1000w超声180s；
2)将医用玉米淀粉和医用聚乙烯醇于80℃下烘干后，将4.0g玉米淀粉、12.0g PVA和3.2g甘油加入180ml去离子水中，于90℃下搅拌3h混合均匀后，滴加步骤1)中得到的含纳米羟基磷灰石的羧甲基纤维素钠溶液中，继续搅拌1h，得到均匀粘稠状的成膜液；将成膜液浇注入底面平整，直径为12cm的圆形玻璃模具中，使成膜液自然流平，成膜液厚度控制在2mm，待成膜液的温度降至室温后，将盛有成膜液的模具放入-35℃的冰箱中预冻1h，转移至冷冻干燥机中，在0℃抽真空24h，制得可降解多孔淀粉/PVA/纳米羟基磷灰石生物膜。多孔膜的平均孔径大小为30-60μm.
实施例8
将医用玉米淀粉和医用聚乙烯醇于80℃下烘干后，将4.0g玉米淀粉、12.0g PVA和3.2g甘油加入180ml去离子水中，于90℃下搅拌3h混合均匀后，加入8克载银(15wt％)的纳米羟基磷灰石复合材料，继续搅拌1h，得到均匀粘稠状的成膜液；将成膜液浇注入底面平整，直径为12cm的圆形玻璃模具中，使成膜液自然流平，成膜液厚度控制在2mm，待成膜液的温度降至室温后，将盛有成膜液的模具放入-35℃的冰箱中预冻1h，转移至冷冻干燥机中，在0℃抽真空24h，制得可降解多孔淀粉/PVA/纳米羟基磷灰石生物膜。多孔膜的平均孔径大小为30-60μm.
实施例9
1)采用实施例7的方法制备可降解多孔聚乙烯醇/淀粉/纳米羟基磷灰石生物膜后，裁剪成2×1cm规格的膜5片；
2)将10mg BMP生长因子分散在10ml蒸馏水中，配制成含生长因子的溶液后，将步骤1)中得生物膜放入其中，于4℃浸泡24h，冷冻干燥，得到具有诱导组织再生功能的可降解多孔聚乙烯醇/淀粉/纳米羟基磷灰石生物膜，4℃保存。
实施例10
1)采用实施例7的方法制备可降解多孔聚乙烯醇/淀粉/纳米羟基磷灰石生物膜后，裁剪成2×1cm规格的膜5片；
2)将20mg TGF生长因子分散在10ml蒸馏水中，配制成含生长因子的溶液后，将步骤1)中得生物膜放入其中，于4℃浸泡24h，冷冻干燥，得到具有诱导组织再生功能的可降解多孔聚乙烯醇/淀粉/纳米羟基磷灰石生物膜，4℃保存。
实施例11
1)采用实施例7的方法制备可降解多孔聚乙烯醇/淀粉/纳米羟基磷灰石生物膜后，裁剪成2×1cm规格的膜5片；
2)将20mg黄连素分散在10ml丙酮中，配制成含抗生素的溶液后，将步骤1)中得生物膜放入其中，于4℃浸泡12h，冷冻干燥，得到具有载药功能的可降解多孔聚乙烯醇/淀粉/纳米羟基磷灰石生物膜，4℃保存。
实施例12
1)采用实施例8的方法制备可降解多孔聚乙烯醇/淀粉/载银纳米磷灰石复合材料抗菌多孔生物膜后，裁剪成2×1cm规格的膜5片；
2)将15mg BMP分散在10ml蒸馏水中，配制成含生长因子的溶液后，将步骤1)中得生物膜放入其中，振荡30min，再于4℃浸泡2h，冷冻干燥，得到具有诱导组织再生功能和抗菌功能的可降解多孔聚乙烯醇/淀粉/纳米羟基磷灰石生物膜，4℃保存。
Claims (10)
1.一种可降解多孔淀粉/PVA生物膜，其特征在于，所述的生物膜由质量比为10-0.5∶1的医用聚乙烯醇与医用淀粉和占医用聚乙烯醇与医用淀粉干重1-20％的甘油组成；膜的孔径为5-200μm。
2.一种可降解多孔淀粉/PVA生物膜，其特征在于，所述的生物膜组份由质量比为10-0.5∶1的医用聚乙烯醇与医用淀粉、占医用聚乙烯醇与医用淀粉干重1-20％的甘油、占医用聚乙烯醇和医用淀粉干重1-50％的纳米级骨磷灰石组成；膜的孔径为5-200μm。
3.一种可降解多孔淀粉/PVA生物膜，其特征在于，所述的生物膜组份由质量比为10-0.5∶1的医用聚乙烯醇与医用淀粉、占医用聚乙烯醇与医用淀粉干重1-20％的甘油、占医用聚乙烯醇和医用淀粉干重1-50％的纳米级骨磷灰石和占医用聚乙烯醇和医用淀粉干重0.05-6％的辅助活性成分组成，膜的孔径为5-200μm；所述的辅助活性成分为无机抗菌剂、组织生长因子或缓释药物中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的一种可降解多孔淀粉/PVA生物膜，其特征在于，所述的无机抗菌剂选自铜、锌或银的可溶性盐。
5.根据权利要求3所述的一种可降解多孔淀粉/PVA生物膜，其特征在于，所述的组织生长因子选自骨形态发生蛋白BMP、转化生长因子TGF、胰岛素样生长因子IGF、成纤维细胞生长因子FGFs、血管内皮细胞生长因子VEGF、血小板源性生长因子PDGF或肿瘤坏死生长因子TNF。
6.根据权利要求3所述的一种可降解多孔淀粉/PVA生物膜，其特征在于，所述的缓释药物选自青霉素、庆大霉素、妥布霉素、万古霉素、黄连素、黄芪、黄芪苷、三七、三七总苷、丹参、淫羊藿或汉防己甲素。
7.一种可降解多孔淀粉/PVA生物膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将成膜组分医用聚乙烯醇、医用淀粉和甘油，按照医用聚乙烯醇与医用淀粉的质量比为10-0.5∶1，甘油占医用聚乙烯醇与医用淀粉干重1-20％的原则加入水中，于80-100℃搅拌分散，制成质量分数为4-50％的成膜液后，转移至模具中，于-5至-80℃冷冻1-3h，再于-20℃至30℃抽真空12-48h，得到可降解多孔淀粉/PVA生物膜。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的成膜组分中可加入占医用聚乙烯醇和医用淀粉干重1-50％的纳米级骨磷灰石。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的成膜组分中可加入占医用聚乙烯醇和医用淀粉干重0.05-6％的辅助活性成分，所述的辅助活性成分为无机抗菌剂、组织生长因子或缓释药物中的一种或几种。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：将所制得的可降解多孔淀粉/PVA生物膜于辅助活性成分的水溶液中浸泡1-24h，得到负载有辅助活性成分的生物膜，所述的辅助活性成分为无机抗菌剂、组织生长因子或缓释药物中的一种或几种。
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