CN101584879A - 氧化细菌纤维素微米-纳米组织工程支架材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化细菌纤维素微米－纳米组织工程支架材料及制备方法，它是以木醋杆菌、高碘酸钠和NaClO2为原料制备，步骤是首先用木醋杆菌在液态培养基中培养，经过碱纯化处理得到细菌纤维素膜，细菌纤维素膜用高碘酸钠氧化得到氧化细菌纤维素支架，然后与NaClO2反应，清洗，冷冻干燥；本发明具有50－200μm的孔隙结构，而且微米孔隙内部含有纳米纤维。本发明制备方法相对容易，成本低，对进一步作为仿生组织工程支架材料的应用具有重大意义。

Description

氧化细菌纤维素微米-纳米组织工程支架材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化细菌纤维素微米-纳米组织工程支架材料及制备方法，属于生物医学材料领域。
背景技术
近年来，随着纳米技术及组织工程技术的发展，组织工程支架材料也取得了较快的进步。传统的组织工程支架材料要求有50-200μm的孔隙，作为细胞生长的空间。如今的纳米科学技术提升了人类的认知水平和研究尺度，就对组织工程支架提出了新的要求--构建的组织工程支架材料不仅要在微米尺度上调控，还应该具有纳米精细结构。这是因为体内天然细胞外基质(ECM)是三维纳米纤维结构，ECM中存在纳米尺度的孔、纤维和隆起；此外，细胞表面受体为纳米结构，细胞表面功能结构域的尺度亦为纳米级；许多生物功能分子、ECM组分和细胞的相互作用都发生在纳米级别(即分子水平)，发生在纳米尺度的这些相互作用直接影响细胞的行为与功能。从生物学的观点来看，几乎所有的人体组织和器官都具有纳米纤维的形式和结构，如骨骼、胶原质、软骨和皮肤等。具有三维纳米纤维结构的支架可以最大限度的模仿天然细胞外基质的结构，进而具备生物功能实现与肌体组织的完全整合。因此，仿生组织工程支架的设计与构建开始要求由纳米纤维实现。
当前的纳米组织工程支架制备技术主要有相分离、静电纺丝和生物合成，但是这些技术获得的纳米支架材料都缺少微米空间，本发明基于生物合成的细菌纤维素纳米支架进行修饰，获得同时具有微米孔隙和纳米纤维的组织工程支架材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化细菌纤维素微米-纳米组织工程支架材料及制备方法，达到微米孔隙与纳米纤维共存，接近仿生组织工程支架材料的设计要求。本发明制备方法相对容易，成本低。在微米-纳米结构制备过程中，无特殊设备要求。
本发明提供的一种氧化细菌纤维素微米-纳米组织工程支架材料是以木醋杆菌、高碘酸钠和NaClO2为原料制备，步骤是首先用木醋杆菌在文献[Wan Y Z，Hong L，Jia S R，et al.Synthesis and characterization of hydroxyapatite-bacterial cellulose nanocomposites，Composites Science and Technology，2006，66：1825-1832]描述的液态培养基中培养，经过碱纯化处理得到细菌纤维素膜，细菌纤维素膜用高碘酸钠氧化得到氧化细菌纤维素支架，然后与NaClO2反应，清洗，冷冻干燥；
细菌纤维素膜与高碘酸钠的质量比：2-4∶1。
氧化细菌纤维素与NaClO2的质量比：5-10∶1。
本发明提供的一种氧化细菌纤维素微米-纳米组织工程支架材料制备方法包括的步骤：
1)将细菌纤维素膜浸泡在pH＝1-5的HCl/KCl缓冲溶液中24-48h，加入高碘酸钠，用盐酸调pH值1-5，避光条件下，搅拌、加热升温至35-55℃反应2-12h。取出试样，在0.1mol/L乙二醇溶液浸泡，直至除去过量的IO4 -。用水清洗试样，冷冻，干燥，获得选择性氧化的细菌纤维素支架。
2)将获得的氧化细菌纤维素支架放入质量浓度为0.3mol/L的NaClO2溶液中，并用盐酸调节pH值在2-6，在室温下搅拌避光反应48-72h。取出试样，光照分解氧化剂，用水清洗试样，直至去除氧化剂，冷冻干燥，获得具有微米-纳米结构的氧化细菌纤维素组织工程支架。
本发明提供的氧化细菌纤维素微米-纳米组织工程支架材料的制备方法，采用了两次选择性氧化的化学修饰加冷冻干燥制备了微米-纳米组织工程支架材料。制得的支架材料具有微米-纳米孔架结构。修饰前细菌纤维素水凝胶冷冻干燥后缺少微米孔隙，化学修饰后氧化细菌纤维素冷冻干燥后获得了50-200μm的孔隙，而且微米孔隙内部含有纳米纤维。
本发明采用先进的化学修饰加冷冻干燥技术较好地制备了微米孔隙和纳米纤维共存的组织工程支架材料，对进一步作为仿生组织工程支架材料的应用具有重大意义。实现了微米孔隙与纳米纤维共存，接近仿生组织工程支架材料的设计要求。制备方法相对容易，成本低。在微米-纳米结构制备过程中，无特殊设备要求。
附图说明
图1为微米-纳米组织工程支架材料微观形貌照片。
图2为氧化细菌纤维素支架材料的红外光谱。
具体实施方式
实施例1
使用木醋杆菌在文献[Wan Y Z，Hong L，Jia S R，et al.Synthesis and characterization ofhydroxyapatite-bacterial cellulose nanocomposites，Composites Science and Technology，2006，66：1825-1832]描述的液态培养基中静态培养7天取出，经过NaOH纯化处理，并清洗至中性，得到细菌纤维素膜。
将10g细菌纤维素膜浸泡在pH＝1的HCl/KCl缓冲溶液中48h。将浸泡后的细菌纤维素水凝胶和高碘酸钠按照质量比2∶1的比例加入反应器中，加入100mL pH＝1的盐酸，避光条件下，搅拌、加热，升温至55℃，反应12h。待反应完毕，取出试样，加入200mL浓度为0.1mol/L乙二醇溶液浸泡，直至除去过量的IO4-。用去离子水多次清洗试样，直至用碘化钾淀粉试纸测试出无氧化剂残留时即可。
取上述获得的氧化纤维素试样5g，加入3g NaClO2溶解在去离子水中，并加入盐酸调节pH值至5，在室温下搅拌，避光反应72h。取出试样，光照分解氧化剂，用去离子水多次清洗试样，直至用碘化钾淀粉试纸测试无氧化剂残留时即可。冷冻干燥试样获得即可具有微米-纳米结构的氧化细菌纤维素组织工程支架，其微米孔径在50μm附近。测试结果见图1和图2。图1微米-纳米组织工程支架材料微观形貌照片，(a)微米孔，(b)微米孔内含纳米纤维。
实施例2
使用木醋杆菌在文献[Wan Y Z，Hong L，Jia S R，et al.Synthesis and characterization ofhydroxyapatite-bacterial cellulose nanocomposites，Composites Science and Technology，2006，66：1825-1832]描述的液态培养基中静态培养7天取出，经过NaOH纯化处理，并清洗至中性，得到细菌纤维素膜。
将50g细菌纤维素膜浸泡在0.1mol/L高碘酸钠溶液中，用盐酸调节至pH＝2避光条件下，搅拌、加热，升温至35℃，反应48h。待反应完毕，取出试样，加入200mL浓度为0.1mol/L乙二醇溶液浸泡，直至除去过量的IO4 -。用去离子水多次清洗试样，直至用碘化钾淀粉试纸测试出无氧化剂残留时即可。
取出上述获得的氧化纤维素试样，加入0.3mol/L NaClO2溶液中，并加入盐酸调节pH值至4，在室温下搅拌2h，静置反应72h。取出试样，光照分解氧化剂，用去离子水多次清洗试样，直至用碘化钾淀粉试纸测试无氧化剂残留时即可。冷冻干燥试样获得即可具有微米-纳米结构的氧化细菌纤维素组织工程支架，其微米孔径在100μm附近。

Claims (3)

1、一种氧化细菌纤维素微米-纳米组织工程支架材料，其特征在于它是以木醋杆菌、高碘酸钠和NaClO2为原料制备，步骤是首先用木醋杆菌在液态培养基中培养，经过碱纯化处理得到细菌纤维素膜，细菌纤维素膜用高碘酸钠氧化得到氧化细菌纤维素支架，然后与NaClO2反应，清洗，冷冻干燥；
细菌纤维素膜与高碘酸钠的质量比：2-4∶1；
细菌纤维素膜与NaClO2的质量比：5-10∶1。
2、按照权利要求1所述的组织工程支架材料，其特征在于该组织工程支架材料的孔隙为50-200μm。
3、一种权利要求1所述的氧化细菌纤维素微米-纳米组织工程支架材料制备方法，其特征在于包括的步骤：
1)将细菌纤维素膜浸泡在pH＝1-5的HCl/KCl缓冲溶液中24-48h，加入高碘酸钠，用盐酸调pH值1-5，避光条件下，搅拌、加热升温至35-55℃反应2-12h，取出试样，在0.1mol/L乙二醇溶液浸泡，直至除去过量的IO4 -，用水清洗试样，冷冻，干燥，获得选择性氧化的细菌纤维素支架；
2)将获得的氧化细菌纤维素膜放入质量浓度为0.3mol/L的NaClO2溶液中，并用盐酸调节pH值在2-6，在室温下搅拌避光反应48-72h，取出试样，光照分解氧化剂，用水清洗试样，直至去除氧化剂，冷冻干燥，获得具有微米-纳米结构的氧化细菌纤维素组织工程支架。
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