CN102000357A - 一种人工硬脑膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人工硬脑膜的制备方法，包括利用木醋杆菌发酵制得细菌纤维素湿膜，再经清洗、破碎，得到细菌纤维素匀浆，向细菌纤维素匀浆中加入羧甲基纤维素、海藻酸钠和聚乙烯醇，得到铸模液，将铸模液浇入模具后在-35～-15℃冷冻30～60h，再进行真空冷冻干燥得到所述的人工硬脑膜。利用本发明方法制备的人工硬脑膜，经测定其断裂强度为4-5N/mm2，断裂伸展率为45-98％，勾强为5-8N/mm2，渗水率为0，各项数值均接近兔硬脑膜指标值，缝合时不易撕裂，不脱边。由于细菌纤维素复合膜几乎不含细胞毒性物质，价格相对低廉，整个方法操作简单易行，产品性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种医学生物材料，尤其涉及一种人工硬脑膜的制备方法。
背景技术
硬脑膜是一层保护脑和防止脑脊液与外界交通的重要屏障。一旦出现缺损易造成脑脊液鼻漏和耳漏。颅底的脑膜瘤、脊索瘤等肿瘤常常侵蚀浸润到周围的颅骨和硬脑膜，在切除肿瘤的同时通常也会附带部分脑膜和颅骨，这往往是术后发生脑脊液漏颅内感染的根源。我国脑外科年手术量约23万人次，在这些开颅手术患者中有10％～15％需要人工硬脑膜修复硬脑膜缺损。当前硬脑膜替代材料主要在以下两方面应用：①脑凸面手术的应用，创伤直接损伤，肿瘤的浸润，手术过程中硬脑膜切开减压，以及一些先天性的因素造成的硬脑膜缺损等。②颅底外科中应用，颅底硬脑膜相对薄且与颅底骨结合紧密。
将硬脑膜材料应用于临床的研究始于20世纪初，但经过近100年的努力始终未能研制出理想化的人工硬脑膜替代材料。主要存在的问题如下：①组织排斥反应：引起排斥反应主要原因是组织相容性的符合程度，通常自身组织不会引起排斥反应。同种异型组织，异种组织能够引起组织间的排斥反应。②硬脑膜与周围组织粘连：硬脑膜修补后会有不同程度的粘连，主要与炎性反应、材料的物理、化学性状有关。材料中蛋白质和脂肪含量越少，粘连程度越低，材料越光滑越接近正常脑膜，不易形成粘连。③感染：手术过程中无菌操作不严格，硬脑膜替代材料消毒不严格等均可导致感染，硬脑膜修补后常存在感染的可能。另外，应用异体和异种材料可导致病原体在人和人，人和动物之间传播。④出血：新生的肉芽组织在植入材料周围产生并把其包裹在内。新鲜肉芽组织有以下特点：与材料之间存在间隔，富含新生的毛细血管，基质较少，质地脆弱，缺少周围组织的支持，所以容易撕裂从而出血形成硬脑膜下血肿。⑤脑脊液漏：部分由于修补过程中不能做到严格缝合，部分由术后材料与周围组织分离所致。⑥癫痫：据有关资料统计，有硬脑膜破裂的患者癫痫发生率高达20％～57％，造成癫痫的主要原因是脑膜粘连。⑦诱发肿瘤。
综上所述理想的硬脑膜替代材料应该具有如下特征：经过缝合能够做到密不透水，防止脑脊液漏，保护脑组织；经过处理后能够杜绝传递潜在的已知或未知感染；无排斥反应、无毒性反应，无致癌、致畸作用；能够在新生组织生成以后被完全吸收；容易保存，术前准备简单方便；材料来源方便；价格相对适中。
纳米纤维是直径为1～100纳米，长为直径100倍以上的纤维状物，具有大的比表面、表面易调控(反应活性、亲水性的改良)及易通过复合化赋予新功能等特性。以微生物为分子组装的机器，在纳米尺寸范围操纵原子、分子及其集合体，设计并组装出任意花样，由此创制出具有特定功能的新材料，已引起世界各国的高度重视，并成为纳米科学的前沿领域。细菌纤维素和植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元，但细菌纤维素具有独特的理化性质和机械性能：(1)植物纤维主要由纤维素组成，但掺杂其他多糖类，如半纤维素或木质素。而细菌纤维素具有高结晶度、高聚合度和非常一致的分子取向，并且以单一纤维形式存在，纯度极高；(2)细菌纤维素的纤维直径在0.01μm～0.1μm之间，抗拉力强度高，扬氏模量高达1.5×1010Pa，并且纤维素的机械性能与菌株种类、发酵方式和处理方式(加热、加压)关系不大；(3)细菌纤维素有极强的持水性和透水透气性，能吸收60～700倍于其干重的水分；(4)细菌纤维素具有较高的生物适应性和良好的生物可降解性，是很好的环保产品；(5)细菌纤维素生物合成具有可调控性。采用不同的培养方法，如静态培养和动态培养，利用醋酸菌可以得到不同高级结构的纤维素。木醋杆菌(A.xylinum)在液体培养基中静置培养，液面形成乳白色的半透明胶状纤维素，质地柔韧，湿膜含水量约98％。在液体培养基中通风搅拌培养，在发酵液中形成丝状、星状和微团状纤维素，发酵液粘稠。静态培养产生的膜状细菌纤维素和动态培养产生的分散细菌纤维素化学性质完全相同，但微观结构有差异。表现动态培养产生纤维素聚合度和结晶度低，纤维素的含量也比较低。但有较低的杨氏模量和较高的持水能力，在分散的悬浮液中有更高的粘度。
中国发明专利200710015537.5公开了一种利用细菌纤维素制备人工硬脑膜的方法，其步骤是将细菌纤维素湿膜破碎，得细菌纤维素匀浆；将细菌纤维素匀浆与浓度为7％～15％的聚乙烯醇溶液按照1∶1～10的比例均匀混合；然后将混合物均匀的铺在模具中，置于-20℃～-4℃条件下冷冻20小时～30小时；再于真空冷冻干燥机内冻干，得成形的人工硬脑膜。该发明制备的人工硬脑膜在湿态时有良好的弹性和柔韧性，缝合时不撕裂，不脱边。但在制作工艺上仍然存在较大缺陷。该项发明仅是将细菌纤维素匀浆与聚乙烯醇溶液按照不同比例混合，即仅对该纤维素膜的弹性和韧性进行了改良，这对于要达到人体临床应用程度的膜质要求，如适中的硬度、恰当的张力，近似的伸展性及持水性，以及良好的组织相容性等是远远不够的，也使得该项技术仅停留在实验室阶段，制约着其应用领域的扩展。
发明内容
本发明提供一种人工硬脑膜的制备方法，得到的人工硬脑膜具有良好的硬度、张力、伸展性及持水性，可以满足作为人工硬脑膜或修补材料的基本要求。
一种人工硬脑膜的制备方法，包括利用木醋杆菌发酵制得细菌纤维素湿膜，再经清洗、破碎，得到细菌纤维素匀浆，向细菌纤维素匀浆中加入羧甲基纤维素、海藻酸钠和聚乙烯醇，得到铸模液，将铸模液浇入模具后在-35～-15℃冷冻30～60h，再进行真空冷冻干燥得到所述的人工硬脑膜。
作为优选，将铸模液浇入模具后，在-20℃冷冻48h，再进行真空冷冻干燥。
其中每升所述的铸模液中含1.5～2.5g羧甲基纤维素、0.3～0.8g海藻酸钠和0.2～0.6g聚乙烯醇，余量为细菌纤维素匀浆。
作为优选，每升所述的铸模液中含2.0g羧甲基纤维素、0.5g海藻酸钠和0.5g聚乙烯醇，余量为细菌纤维素匀浆。
羧甲基纤维素、海藻酸钠和聚乙烯醇均可以采用市售商品，对聚乙烯醇的分子量和聚合度也没有严格限制，一般在重均分子量在2万～12万，聚合度300～3000均可以使用。
所述的模具的模腔大致为圆形半径为40mm，深度为0.75mm，当然其形状和深度可以根据需要进行调整。
本发明中利用木醋杆菌发酵制得细菌纤维素湿膜，再经清洗、破碎，得到细菌纤维素匀浆的过程可以采用现有技术。
例如将木醋杆菌M12(Acetobacter xylinum M12)经种子培养后接种至木醋杆菌培养基中；
进行种子培养时采用的种子培养基以及所述的木醋杆菌培养基均可以采用市售通用品，例如组成为葡萄糖50～70g/L、蛋白胨8～15g/L、酵母膏4～8g/L、磷酸三钠1～3g/L、柠檬酸钠1～2g/L、硫酸镁1.5～3g/L、余量的水。也可以采用中国发明专利200710015537.5中的木醋杆菌培养基。
进行种子培养时可将木醋杆菌M12斜面菌种接种至种子培养基中，30℃，150r/min振荡培养24h。接种有木醋杆菌M12的木醋杆菌培养基在28～32℃静置发酵培养4～6天，发酵培养体系的表面获得PH中性的细菌纤维素湿膜。
利用本发明方法制备的人工硬脑膜，经测定其断裂强度为4-5N/mm2，断裂伸展率为45-98％，勾强为5-8N/mm2，渗水率为0，各项数值均接近兔硬脑膜指标值，缝合时不易撕裂，不脱边。由于细菌纤维素复合膜几乎不含细胞毒性物质，价格相对低廉，整个方法操作简单易行，产品性能稳定。
具体实施方式
实施例1
将木醋杆菌M12斜面菌种接种至种子培养基中，30℃，150r/min振荡培养24h，得到种子液，再将种子液接种至木醋杆菌培养基中，在30℃静置发酵培养5天，发酵培养体系的表面获得PH中性的细菌纤维素湿膜。
种子培养基以及木醋杆菌培养基组成为葡萄糖55g/L、蛋白胨11g/L、酵母膏6g/L、磷酸三钠2g/L、柠檬酸钠1g/L、硫酸镁2g/L、余量的水。接种时，种子液的质量为木醋杆菌培养基质量的8％。
将得到的细菌纤维素湿膜清洗、破碎，得到细菌纤维素匀浆，向细菌纤维素匀浆中加入羧甲基纤维素、海藻酸钠和聚乙烯醇，得到铸模液，将铸模液浇入模具后在-20℃冷冻48h，再进行真空冷冻干燥得到人工硬脑膜。模具的模腔为圆形半径为40mm，深度为0.75mm，每升铸模液中含2.5g羧甲基纤维素、0.8g海藻酸钠和0.6g聚乙烯醇(重均分子量3万，聚合度500)，余量为细菌纤维素匀浆。
得到人工硬脑膜经测定其断裂强度为4N/mm2，断裂伸展率为50％，勾强为6N/mm2，渗水率为0。
实施例2
利用实施例1的方法得到细菌纤维素匀浆，向细菌纤维素匀浆中加入羧甲基纤维素、海藻酸钠和聚乙烯醇，得到铸模液，将铸模液浇入模具后在-20℃冷冻50h，再进行真空冷冻干燥得到人工硬脑膜。模具的模腔为圆形半径为40mm，深度为0.75mm，每升铸模液中含2g羧甲基纤维素、0.5g海藻酸钠和0.5g聚乙烯醇(重均分子量3.5万，聚合度400)，余量为细菌纤维素匀浆。
得到人工硬脑膜经测定其断裂强度为5N/mm2，断裂伸展率为90％，勾强为8N/mm2，渗水率为0。
实施例3
利用实施例1的方法得到细菌纤维素匀浆，向细菌纤维素匀浆中加入羧甲基纤维素、海藻酸钠和聚乙烯醇，得到铸模液，将铸模液浇入模具后在-25℃冷冻35h，再进行真空冷冻干燥得到人工硬脑膜。模具的模腔为圆形半径为40mm，深度为0.75mm，每升铸模液中含1.5g羧甲基纤维素、0.3g海藻酸钠和0.2g聚乙烯醇(重均分子量3.5万，聚合度400)，余量为细菌纤维素匀浆。得到人工硬脑膜经测定其断裂强度为4N/mm2，断裂伸展率为75％，勾强为7N/mm2，渗水率为0。
Claims (5)
1.一种人工硬脑膜的制备方法，包括利用木醋杆菌发酵制得细菌纤维素湿膜，再经清洗、破碎，得到细菌纤维素匀浆，其特征在于，向细菌纤维素匀浆中加入羧甲基纤维素、海藻酸钠和聚乙烯醇，得到铸模液，将铸模液浇入模具后在-35～-15℃冷冻30～60h，再进行真空冷冻干燥得到所述的人工硬脑膜。
2.如权利要求1所述的人工硬脑膜的制备方法，其特征在于，将铸模液浇入模具后，在-20℃冷冻48h，再进行真空冷冻干燥。
3.如权利要求1或2所述的人工硬脑膜的制备方法，其特征在于，其中每升所述的铸模液中含1.5～2.5g羧甲基纤维素、0.3～0.8g海藻酸钠和0.2～0.6g聚乙烯醇，余量为细菌纤维素匀浆。
4.如权利要求3所述的人工硬脑膜的制备方法，其特征在于，每升所述的铸模液中含2.0g羧甲基纤维素、0.5g海藻酸钠和0.5g聚乙烯醇，余量为细菌纤维素匀浆。
5.如权利要求4所述的人工硬脑膜的制备方法，其特征在于，所述的木醋杆菌为木醋杆菌M12。
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| CN101053674A (zh) * | 2007-05-17 | 2007-10-17 | 山东轻工业学院 | 一种利用细菌纤维素制备人工硬脑膜的方法 |
| WO2010007483A1 (en) * | 2008-07-15 | 2010-01-21 | C P Kelco U.S., Inc. | Batcterial cellulose-containing formulations lacking a carboxymethyl cellulose component |
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- 2010-11-26 CN CN2010105631399A patent/CN102000357A/zh active Pending
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