CN102600503A - 一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，第一步，将高分子材料在一定温度下加入溶剂中配制成溶液或溶胶；第二步，将步骤1制得的高分子溶液或溶胶与金纳米材料按一定比例混合，搅拌均匀并超声获得均匀的分散液；第三步，将步骤2制得的分散液采用静电纺丝、浇铸或冷冻交联法制成金纳米材料复合的组织工程支架材料。本发明利用金纳米材料的表面特性及物理化学特性，提高组织工程支架的刚性和导电性，改善组织工程支架表面的结构特性，提高细胞在支架材料表面的粘附性以及支架材料与组织间的粘附性和相容性，从而有利于促进细胞的生长和生物组织的修复。

Description

一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法
技术领域
本发明属于组织工程与生物材料技术领域，尤其是涉及一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法。
背景技术
纳米材料由于具有特殊物理和化学性质，而引起了人们的广泛重视，科学家已经把纳米材料应用到光学、电学、催化、医药、疾病防御、诊断和治疗等多个学科和领域。金材料具有良好的导电性、延展性及化学稳定性等特点，因此成为近年来纳米材料科学的研究热点之一，而由于其具有良好的生物兼容性、较低的生物毒性也使金纳米材料成为生物医学的研究重点，使之在生物及病毒检测、载药、超声造影成像的领域得到了应用。此外，近期的研究结果表明，细胞水平上金纳米粒子可以促进骨髓基质细胞成骨分化的同时也抑制成脂分化，同时金纳米粒子对人体的表皮细胞也具有明显的增殖作用。
组织工程的目标是通过移植有功能的细胞、支架材料、生长因子、信号分子或在必要时由DNA编码的信号分子到受损部位，修复或者代替受损组织或器官。组织工程应用了工程学和生命科学的原理，开发能够生长修复或改善提高组织和器官功能的生物材料。这一领域在皮肤、软骨、骨和膀胱组织的研究方面已经迈出了第一步。细胞、支架材料和细胞因子可以联合使用也可以独立使用来构建工程的可替换组织。采用纳米技术对传统的组织工程材料进行改造产生的纳米组织工程材料不仅具备原材料的特性，而且还具有独特的生物学性能。
通过金纳米材料复合具有良好生物兼容性的组织工程材料，制备组织支架，不仅可以改善细胞在支架表面的粘附性，也可通过表面的纳米结构特征促进细胞的增值，同时，由于金的良好导电性，从而提高组织工程材料的导电性，为提高支架材料在组织内的相容性及生物协调性具有重要的理论和实践意义。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种金纳米材料复合的组织工程支架材料。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法。
本发明为解决上述第一个技术问题所采取的技术方案为制备一种金纳米材料复合的组织工程支架材料，该材料所采用的原料为金纳米颗粒、纳米棒、纳米线、纳米网复合的组织工程材料，其中金纳米材料与组织工程材料前驱体的质量比为1/1000-1/10。
本发明为解决上述第二个技术问题所采取的技术方案为一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高分子材料在一定温度下加入溶剂中配制成溶液或溶胶；
(2)将步骤(1)制得的高分子溶液或溶胶与金纳米材料按一定比例混合，搅拌均匀并超声获得均匀的分散液；
(3)将步骤(2)制得的分散液采用静电纺丝、浇铸或冷冻交联法制成金纳米材料复合的组织工程支架材料。
步骤(1)中所述的高分子材料为聚亚安酯、聚羟乙酸、聚乳酸、聚乳酸共聚物或藻酸盐中的一种或多种。
步骤(1)中所述的溶剂为水、乙醇、四氢呋喃、丙酮或氯仿。
步骤(1)中所述的温度为20～95℃，所配制溶液的质量百分比浓度为1～50％。
步骤(2)中所述的金纳米材料为金纳米粒子、金纳米棒、金纳米线或金纳米网中的一种或多种。
步骤(2)中所述的分散液中金纳米材料与高分子材料的质量比为1/1000-1/10。
所述的静电纺丝法采用以下步骤：将步骤(2)制得的分散液装入金属喷嘴中，利用重力作用或注射泵控制分散液流出速度，用金属极板正对金属喷嘴并且加电压，收集喷嘴中喷出材料，获得金纳米材料复合的组织工程支架材料；
所述的浇铸法采用以下步骤：将步骤(2)制得的分散液浇铸在模具中，采用真空干燥或冷冻干燥制备得到金纳米材料复合的组织工程支架材料。
所述的冷冻交联法采用以下步骤：将步骤(2)制得的分散液加入二价交联剂，在一定温度下进行冰冻交联，采用冷冻干燥法进行干燥制备得到金纳米材料复合的组织工程支架材料。
所述的静电纺丝法中分散液的流出速度为0.05～50ml/h，电压为1～150kv。
所述的冷冻交联法中二价交联剂为葡萄糖酸钙或氯化钙。
所述的冷冻交联法中冰冻交联的温度为-5～-40℃。
与现有技术相比，本发明利用金纳米材料的表面特性及物理化学特性，可以提高组织工程支架的刚性和导电性，改善组织工程支架表面的结构特性，提高细胞在支架材料表面的粘附性以及支架材料与组织间的粘附性和相容性，从而有利于促进细胞的生长和生物组织的修复。
具体实施方式
本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
将聚亚安酯在30℃下配制成10％的乙醇溶液，按金纳米材料与高分子材料的质量比1∶100加入金纳米材料(金纳米粒子、金纳米棒、金纳米线或金纳米网)，搅拌并超声混合均匀后将该分散液装入带有金属喷嘴的容器中，由于重力作用，分散液以25ml/h速度滴下，在金属喷嘴与金属极板之间加20kV电压，分散液雾化喷出，收集喷嘴中喷出材料，获得金纳米材料复合的组织工程支架材料。通过检测该材料的最大负荷、极限抗张强度、断裂延伸率及导电性，表明该材料的刚性及导电性优于未掺入金纳米材料的支架材料，对该支架材料进行细胞毒性试验、急性全身毒性试验表明该支架材料具有良好的生物相容性，通过对小鼠成纤维细胞培养研究表明，细胞在该支架材料表面具有更高粘附性和增殖性，从而表明该组织工程支架材料有利于促进细胞的生长和生物组织的修复。
实施例2
将聚乳酸-羟基乙酸共聚物在30℃下配制成15％的四氢呋喃或丙酮溶液，按金纳米材料与高分子材料的质量比1∶100加入金纳米材料(金纳米粒子、金纳米棒、金纳米线或金纳米网)，搅拌并超声混合均匀后将分散液装入带有金属喷嘴的容器中，通过注射泵控制分散液以50ml/h速度滴下，在金属喷嘴与金属极板之间加1kV电压，分散液雾化喷出，收集喷嘴中喷出材料，获得金纳米材料复合的组织工程支架材料。通过检测该材料的最大负荷、极限抗张强度、断裂延伸率及导电性，表明该材料的刚性及导电性优于未掺入金纳米材料的支架材料，对该支架材料进行细胞毒性试验、急性全身毒性试验表明该支架材料具有良好的生物相容性，通过对小鼠成纤维细胞培养研究表明，细胞在该支架材料表面具有更高粘附性和增殖性，从而表明该组织工程支架材料有利于促进细胞的生长和生物组织的修复。
实施例3
将聚羟乙酸和聚乳酸混合物在30℃下配制成5％的氯仿溶液，按金纳米材料与高分子材料的质量比1∶100加入金纳米材料(金纳米粒子、金纳米棒、金纳米线或金纳米网)，搅拌并超声混合均匀后将将该分散液装入带有金属喷嘴的容器中，通过注射泵控制分散液以0.05ml/h速度滴下，在金属喷嘴与金属极板之间加150kV电压，分散液雾化喷出，收集喷嘴中喷出材料，获得金纳米材料复合的组织工程支架材料。通过检测该材料的最大负荷、极限抗张强度、断裂延伸率及导电性，表明该材料的刚性及导电性优于未掺入金纳米材料的支架材料，对该支架材料进行细胞毒性试验、急性全身毒性试验表明该支架材料具有良好的生物相容性，通过对小鼠成纤维细胞培养研究表明，细胞在该支架材料表面具有更高粘附性和增殖性，从而表明该组织工程支架材料有利于促进细胞的生长和生物组织的修复。
实施例4
将高分子材料(聚亚安酯、聚羟乙酸、聚乳酸、聚乳酸共聚物和藻酸盐中的一种或多种)在95℃下配制成50％的水溶液或溶胶，按金纳米材料与高分子材料的质量比1∶10加入金纳米材料(金纳米粒子、金纳米棒、金纳米线或金纳米网)，混合均匀后沿模具边缘缓慢注入模具中，使分散液在模具中分布均匀，真空干燥，获得金纳米材料复合的组织工程支架材料。通过检测该材料的最大负荷、极限抗张强度、断裂延伸率及导电性，表明该材料的刚性及导电性优于未掺入金纳米材料的支架材料，对该支架材料进行细胞毒性试验、急性全身毒性试验表明该支架材料具有良好的生物相容性，通过对小鼠成纤维细胞培养研究表明，细胞在该支架材料表面具有更高粘附性和增殖性，从而表明该组织工程支架材料有利于促进细胞的生长和生物组织的修复。
实施例5
将藻酸盐在20℃配制成1％的水溶液，按金纳米材料与藻酸盐质量比为1∶1000加入金纳米粒子与金纳米线的混合物，而后加入二价交联剂(葡萄糖酸钙或氯化钙)交联藻酸盐与金纳米材料，在-20℃环境下冰冻交联的藻酸盐，冷冻干燥，获得金纳米材料复合的组织工程支架材料。通过检测该材料的最大负荷、极限抗张强度、断裂延伸率及导电性，表明该材料的刚性及导电性优于未掺入金纳米材料的支架材料，对该支架材料进行细胞毒性试验、急性全身毒性试验表明该支架材料具有良好的生物相容性，通过对骨髓间充质干细胞培养研究表明，细胞在该支架材料表面具有更高粘附性和增殖性，从而表明该组织工程支架材料有利于促进细胞的生长和生物组织的修复。
实施例6
制备方法基本与实施例5相同，不同之处在于冰冻交联温度为-40℃。通过检测该材料的最大负荷、极限抗张强度、断裂延伸率及导电性，表明该材料的刚性及导电性优于未掺入金纳米材料的支架材料，对该支架材料进行细胞毒性试验、急性全身毒性试验表明该支架材料具有良好的生物相容性，通过对骨髓间充质干细胞培养研究表明，细胞在该支架材料表面具有更高粘附性和增殖性，从而表明该组织工程支架材料有利于促进细胞的生长和生物组织的修复。
实施例7
制备方法基本与实施例5相同，不同之处在于冰冻交联温度为-5℃。通过检测该材料的最大负荷、极限抗张强度、断裂延伸率及导电性，表明该材料的刚性及导电性优于未掺入金纳米材料的支架材料，对该支架材料进行细胞毒性试验、急性全身毒性试验表明该支架材料具有良好的生物相容性，通过对骨髓间充质干细胞培养研究表明，细胞在该支架材料表面具有更高粘附性和增殖性，从而表明该组织工程支架材料有利于促进细胞的生长和生物组织的修复。

Claims (10)

1.一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将高分子材料在一定温度下加入溶剂中配制成溶液或溶胶；
(2)将步骤(1)制得的高分子溶液或溶胶与金纳米材料按一定比例混合，搅拌均匀并超声获得均匀的分散液；
(3)将步骤(2)制得的分散液采用静电纺丝法、浇铸法或冷冻交联法制成金纳米材料复合的组织工程支架材料。
2.根据权利要求1所述的一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的高分子材料为聚亚安酯、聚羟乙酸、聚乳酸、聚乳酸共聚物或藻酸盐中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的温度为20～95℃，所配制溶液或溶胶的质量百分比浓度为1～50％。
4.根据权利要求1所述的一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的溶剂为水、乙醇、四氢呋喃、丙酮或氯仿。
5.根据权利要求1所述的一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的金纳米材料为金纳米粒子、金纳米棒、金纳米线或金纳米网中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的分散液中金纳米材料与高分子材料的质量比为1/1000-1/10。
7.根据权利要求1所述的一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的静电纺丝法采用以下步骤：将步骤(2)制得的分散液装入金属喷嘴中，利用重力作用或注射泵控制分散液的流出速度，用金属极板正对金属喷嘴并且加电压，收集喷嘴中喷出材料，获得金纳米材料复合的组织工程支架材料；
所述的浇铸法采用以下步骤：将步骤(2)制得的分散液浇铸在模具中，采用真空干燥或冷冻干燥制备得到金纳米材料复合的组织工程支架材料；
所述的冷冻交联法采用以下步骤：将步骤(2)制得的分散液加入二价交联剂，在一定温度下进行冰冻交联，采用冷冻干燥法进行干燥制备得到金纳米材料复合的组织工程支架材料。
8.根据权利要求7所述的一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述的静电纺丝法中分散液的流出速度为0.05～50ml/h，电压为1～150kv。
9.根据权利要求7所述的一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述的冷冻交联法中二价交联剂为葡萄糖酸钙或氯化钙。
10.根据权利要求7所述的一种金纳米材料复合的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述的冷冻交联法中冰冻交联的温度为-5～40℃。
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