CN102504328B - 一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，它是以壳聚糖为原料，正戊醇和水作致孔剂，采用乳液冷冻干燥法来制备三维壳聚糖多孔支架，再采用微波炉对三维壳聚糖多孔支架进行微波辐射处理，最终得到高强度三维壳聚糖多孔支架。本发明的这种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法所得到的高强度三维壳聚糖多孔支架，孔径为20-50
Figure 201110300667X100004DEST_PATH_IMAGE001
m，孔隙率为92%；同时利用微波辐射产生热效应，使三维壳聚糖多孔支架发生交联反应，形成体型网络状结构，使最终所得高强度三维壳聚糖支架的力学性能显著提高。制得的高强度三维壳聚糖多孔支架可用于贴壁性细胞的悬浮培养。

Description

一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法
技术领域
本发明属于多孔材料制备领域，具体涉及一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，并特别涉及以乳液冷冻干燥法制备三维多孔支架的领域。
背景技术
制备组织工程多孔支架的方法有很多，常采用的有多孔沥滤、冷冻干燥、乳液冷冻干燥等。Ikada等人以明胶水凝胶中的水做致孔剂，采用冷冻干燥的方法制备出多孔支架，但由于水凝胶在冷冻过程中热传导速率不同，导致冷冻速率和冷冻温度对支架的影响较大，从而使得支架的孔径在制备过程中不易控制，而且支架的内部孔结构差异较大。而采用乳液冷冻干燥法制备的支架，孔与孔之间的联通性较好。
微波对材料的加热属于“体加热”，不同于一般的表面加热，从理论上来说，体加热使材料能够均匀受热。微波技术已成功用于交联羧甲基壳聚糖膜，使其能够应用于创伤治疗。采用微波技术烘干壳聚糖膜，其速度比传统的空气对流加热方式快6倍。在微波辐射下，以戊二醛交联壳聚糖膜，反应可在2-3分钟内完成，其拉伸强度优于水浴加热条件下交联的壳聚糖膜。
目前的三维壳聚糖多孔支架的制备方法，采用冷冻干燥的方法，制孔过程中只是以水为致孔剂进行一次冷冻干燥来制孔，这样的支架普遍都存在孔与孔之间连通性差、整体三维壳聚糖多孔支架的机械性能差等的缺点。
发明内容
本发明的目的为了解决上述的技术问题而提出一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法。
本发明的技术方案
一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，即以壳聚糖为原料，正戊醇和水作致孔剂，采用乳液进行两次冷冻干燥法来制备壳三维聚糖多孔支架，再采用微波炉对壳聚糖支架进行微波辐射处理，最终得到一种高强度三维壳聚糖多孔支架。采用正戊醇和水两种致孔剂，并选用乙醇将正戊醇除去，乙醇又可起到消毒的作用，因而得到的三维壳聚糖多孔支架对细胞的毒性小。利用微波辐射产生热效应，使壳聚糖支架发生交联反应，形成体型网络状结构，从而提高三维壳聚糖多孔支架的力学性能。
上述的一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、壳聚糖与正戊醇乳液的配制
将壳聚糖醋酸水溶液，在磁力搅拌下逐渐加入2倍体积的正戊醇后搅拌20min，再加入1/10体积的1%(v/v)戊二醛水溶液搅拌10min形成壳聚糖与正戊醇乳液；
所述的壳聚糖醋酸水溶液即壳聚糖与浓度为1%（V/V）的醋酸水溶液按质量体积比计算即壳聚糖：醋酸水溶液为3g：100ml；
（2）、第一次冷冻干燥
将步骤（1）所得的壳聚糖与正戊醇乳液在冻干机中进行第一次冷冻干燥来制孔，得壳聚糖支架；
第一次冷冻干燥使所得的壳聚糖支架中细小的冰晶升华，形成小孔，以增强孔与孔之间的连通性；
第一次冷冻干燥过程控制：预冻温度为-40℃，预冻时间为1h；一次干燥的温度为-20℃，时间为9-10h；二次干燥的温度为10℃，时间为1.5-2h；
（3）、第二次冷冻干燥
将步骤（2）冻干后所得的壳聚糖支架浸入无水乙醇中15min，再用去离子水反复清洗支架3次，用5%的硼氢化钠水溶液除去游离的戊二醛，再用去离子水洗涤后，进行第二次冷冻干燥，得到三维壳聚糖多孔支架；
第二次冷冻干燥使壳聚糖支架中细小的冰晶升华，冻干后形成小孔，增强孔与孔之间的连通性，
第二次冷冻干燥过程控制：预冻温度为-40℃，预冻时间为1h；一次干燥的温度为-20℃，时间为9-10h；二次干燥的温度为10℃，时间为1.5-2h；
（4）、微波辐射处理 
采用微波炉，在功率为160W下对步骤（3）所得的三维壳聚糖多孔支架进行微波辐射8min，最终得本发明的高强度三维壳聚糖多孔支架；
所用的微波炉为WG800CTL23                                               
Figure 201110300667X100002DEST_PATH_IMAGE001
K6的Galanz微波炉。
上述所得的高强度三维壳聚糖多孔支架可用于贴壁性细胞的悬浮培养。
本发明的技术效果
一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，由于采用乳液冷冻干燥法，分别进行两次完整的冷冻干燥，采用正戊醇和水两种致孔剂，来调整孔隙结构，得到孔径均匀、孔隙率高，连通性好的支架，孔径为20-50m，孔隙率为85-92%。且制备过程中选用乙醇将正戊醇除去，乙醇又可起到消毒的作用，因而得到的高强度三维壳聚糖多孔支架在用于贴壁性细胞的悬浮培养时对细胞的毒性小。
同时，由于一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备过程中采用微波辐射产生热效应，使三维壳聚糖多孔支架发生交联反应，形成体型网络状结构，使得最终所得的高强度三维壳聚糖多孔支架的力学性能有显著提高。且本发明的一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，操作简单，成本低，便于推广。
附图说明
图1是本发明高强度三维壳聚糖多孔支架的扫描电镜图片。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明进一步说明。
本发明所用的所有试剂均为分析纯，所有原料均为医用级别，所有的原料及试剂均购自上海国药集团。
本发明所用的微波炉为型号为WG800CTL23
Figure 540609DEST_PATH_IMAGE001
K6，生产厂家为 Galanz。
本发明所用的冻干机为AdVantage PLUS冷冻型干燥机，型号为ES， 生产厂家为美国Virtis公司。
实施例1
一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，包括如下步骤：
（1）、壳聚糖与正戊醇乳液的配制
①、配制3%（W/V）壳聚糖醋酸溶液
先量取1ml醋酸加入100ml的容量瓶中定容，制得1%（V/V）醋酸溶液，再称取3g壳聚糖，加入1%（V/V）醋酸溶液中即得3%（W/V）壳聚糖醋酸溶液；
所用的壳聚糖脱乙酰度≥91%；
②、1%(v/v)戊二醛水溶液
量取1ml纯戊二醛并加蒸馏水定容至100ml即得1%(v/v)戊二醛水溶液，4℃保存备用；
③、壳聚糖与正戊醇乳液
取10ml上述步骤①所得的3%（W/V）壳聚糖醋酸溶液，并进行磁力搅拌，逐渐加入20ml的正戊醇后搅拌20min，再加入1ml步骤②所得的1%(v/v)戊二醛水溶液后搅拌10min即得壳聚糖与正戊醇乳液；
（2）、第一次冷冻干燥
将步骤（1）中的③所得的壳聚糖与正戊醇乳液在冻干机中进行第一次冷冻干燥来制孔，得壳聚糖支架；第一次冷冻干燥过程控制：预冻温度为-40℃，预冻时间为1h；一次干燥的冻干机中隔板温度为-20℃，时间为9-10h；二次干燥的冻干机中隔板温度为10℃，时间为1.5-2h；
（3）、第二次冷冻干燥
将步骤（2）第一次冻干后所得的壳聚糖支架浸入无水乙醇中15min，再用去离子水反复清洗支架3次，用5%的硼氢化钠水溶液除去游离的戊二醛，再用大量的去离子水洗涤后，在冻干机中进行第二次冷冻干燥，得到三维壳聚糖多孔支架；第二次冷冻干燥过程控制：预冻温度为-40℃，预冻时间为1h；一次干燥的冻干机中隔板温度为-20℃，时间为9-10h；二次干燥的冻干机中隔板温度为10℃，时间为1.5-2h；
所述的5%的硼氢化钠水溶液即称取5.0g的硼氢化钠加入100ml的容量瓶中以蒸馏水定容，制得5%的硼氢化钠水溶液；
（3）、微波辐射处理 
采用微波炉，在功率为160W下对步骤（2）所得的三维壳聚糖多孔支架进行微波辐射8min即得本发明的高强度三维壳聚糖多孔支架。
最终得到的高强度三维壳聚糖多孔支架的扫描电镜图如图1所示，从图1中可以看出本发明的高强度三维壳聚糖多孔支架中水凝结成冰晶冻干后留下的孔，孔径为20-50m，且孔与孔之间的连通性好，其孔隙率达85-92%。且本发明的高强度三维壳聚糖多孔支架的力学性能也有显著提高。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，以壳聚糖为原料，以正戊醇和水作致孔剂，进行两次冷冻干燥法来制备壳聚糖多孔支架，再采用微波炉对壳聚糖支架进行微波辐射处理，其特征在于该方法具体包括如下步骤：
（1）、壳聚糖与正戊醇乳液的配制
将壳聚糖醋酸水溶液，在磁力搅拌下逐渐加入2倍体积的正戊醇后搅拌20min，再加入1/10体积的1% V/V戊二醛水溶液搅拌均匀后形成壳聚糖与正戊醇乳液；
所述的壳聚糖醋酸水溶液即壳聚糖与浓度为1% V/V的醋酸水溶液按质量体积比计算即
壳聚糖：醋酸水溶液为3g：100ml；
（2）、第一次冷冻干燥
将步骤（1）所得的壳聚糖与正戊醇乳液进行第一次冷冻干燥制孔，得壳聚糖支架；
（3）、第二次冷冻干燥
将步骤（2）冻干后所得的壳聚糖支架浸入无水乙醇中15min，再用去离子水反复清洗支架3次，用5%的硼氢化钠水溶液除去游离的戊二醛，再用去离子水洗涤后，进行第二次冷冻干
燥，得到三维壳聚糖多孔支架；
（4）、微波辐射处理 
采用微波炉，在功率为160W下对步骤（3）所得的三维壳聚糖多孔支架进行微波辐射8min，最终得到高强度三维壳聚糖多孔支架。
2.如权利要求1所述的一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，其特征在
于步骤（1）所用的壳聚糖脱乙酰度≥91%。
3.如权利要求2所述的一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，其特征在
于步骤（2）所述的第一次冷冻干燥，其冷冻干燥过程控制：预冻温度为-40℃，预冻时间为1h；一次干燥的温度为-20℃，时间为9-10h；二次干燥的温度为10℃，时间为1.5-2h。
4.如权利要求3所述的一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，其特征在于步骤（3）所述的第二次冷冻干燥，其冷冻干燥过程控制：预冻温度为-40℃，预冻时间为1h；一次干燥的温度为-20℃，时间为9-10h；二次干燥的温度为10℃，时间为1.5-2h。
5.如权利要求4所述的一种高强度三维壳聚糖多孔支架的制备方法，其特征在
于步骤（4）所用的微波炉为WG800CTL23                                                
Figure DEST_PATH_IMAGE001
K6的Galanz微波炉。
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