CN102921046A

CN102921046A - 组织工程用壳聚糖水凝胶支架制备方法

Info

Publication number: CN102921046A
Application number: CN2012104268458A
Authority: CN
Inventors: 冯刚; 万玉青; 陈竹; 刘康
Original assignee: NORTH SICHUAN MEDICAL UNIVERSITY
Current assignee: NORTH SICHUAN MEDICAL UNIVERSITY
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明公开了一种组织工程用壳聚糖水凝胶支架制备方法，包括制作交联剂和制作凝胶，按下列步骤进行：（1）制备交联剂，将1,6—己二酸异氰酸酯与聚乙二醇按1—2.5：1的摩尔比置于容器中，在20—40℃条件下反应1—7天，得到交联剂；（2）制备组织工程用壳聚糖水凝胶支架，（A）配制浓度为0.1%—10%重量比的壳聚糖水溶液；（B）向壳聚糖水溶液中加入交联剂，二者体积比例范围为1000:1—50，即获得组织工程用壳聚糖水凝胶支架。与现有技术相比，本发明制备工艺简单可控，反应条件温和，无需催化剂，壳聚糖凝胶速度快，壳聚糖凝胶性能良好，交联时引入的化学交联剂成分极微量，生物相容性良好，是一种良好的组织工程支架材料，特别适合软组织工程材料。

Description

组织工程用壳聚糖水凝胶支架制备方法

技术领域

本发明涉及生物医学工程材料领域，特别是一种新型的组织工程用壳聚糖水凝胶支架制备方法。

背景技术

近年来，生物组织工程在软骨、骨、皮肤、血管等诸多领域都取得了巨大的成就，也有相关的产品进入临床研究阶段，即将应用于临床。而种子细胞和为种子细胞提供粘附增殖载体的支架材料作为组织工程的两大基本要素，更是研究的热点和重点。一个理想的生物支架材料应该具备以下基本特征：1、良好的生物相容性；2、易于加工成型和灭菌；3、支架的力学性能要符合构建的新生组织的要求。就目前组织工程支架材料来源来说，支架主要分为天然生物材料支架和人工合成材料支架，如壳聚糖、海藻酸盐、生物陶瓷、羟基磷灰石、聚乳酸、聚己内酯等。其中壳聚糖具有抗菌、可降解的性能，并且其生物相容性良好，因此被广泛的应用于生物医学领域，尤其是用于生物组织工程支架。

制备壳聚糖组织工程支架的传统方法是冷冻干燥法，即将壳聚糖及其衍生物溶液或壳聚糖与其他生物材料的混合溶液冷冻干燥，制备出特定形状的三维多孔支架。静电纺丝技术制备水凝胶是近年来新兴的一种制备壳聚糖支架的方法。静电纺丝通过高压静电的方式纺丝制备出孔隙率高，孔径可控的三维多孔壳聚糖支架；凝胶方法制备的壳聚糖支架，不仅具有三维多孔的结构，同时还兼具流体的性质，并可制备可注射凝胶支架。而人体组织大多是由蛋白质和多糖网络构成的含有大量水分的凝胶态，因此凝胶状态的壳聚糖支架在组织工程支架领域特别是在软组织工程支架上具有广泛的应用前景。

目前壳聚糖凝胶状支架的制备的原理一般分为化学凝胶和物理凝胶两种。化学凝胶主要指壳聚糖的氨基与交联剂发生反应，形成共价键从而凝胶；物理凝胶指利用离子作用或者壳聚糖本身的亲疏水性形成交联，发生凝胶。化学凝胶形成的壳聚糖水凝胶的性质稳定，力学性能较好，但缺点在于交联过程中化学交联剂的用量较大，从而具有一定的细胞毒性；而物理凝胶由于未引入化学交联剂，其细胞毒性较小，但缺点在于其性质不够稳定，易随着外界环境的改变而发生形状的改变。

中国专利CN1460692A 公开了一种用于软骨组织工程的可注射性水凝胶支架，其凝胶的主要成分是二甲基丙烯酸聚乙二醇酯，中国专利CN1278537A 和CN1693345A虽都涉及到异氰酸酯交联剂的制备，但是其更侧重于交联剂本身的制备，中国专利CN1869094A公开了制备壳聚糖改性水性聚氨酯弹性体，上述多个专利要么原料选配不十分合理，性能不理想，要么工业复杂，制备工艺可控性差，因此，构建一种能将化学交联跟物理交联的壳聚糖水凝胶的优点结合的新型壳聚糖水凝胶制备方法，从而更好的满足组织工程支架的要求是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种组织工程用的新型壳聚糖水凝胶支架制备方法，本发明的目的通过下述技术方案来实现，包括制作交联剂和制作凝胶，其特征在于按下列步骤进行：

本发明所述的新型壳聚糖水凝胶的制备技术方案如下：

1、制备交联剂，将1,6—己二酸异氰酸酯与聚乙二醇按1—2.5：1的摩尔比置于容器中，在20—40℃条件下反应1—7天，得到交联剂；

2、制备组织工程用壳聚糖水凝胶支架，（A）配制浓度为0.1%—10%重量比的壳聚糖水溶液；（B）向壳聚糖水溶液中加入交联剂，二者体积比例范围为1000:1—50，即获得组织工程用壳聚糖水凝胶支架。

所述的异氰酸酯与聚多元醇的摩尔比为最佳摩尔比为2:1。

所述的聚乙二醇为平均分子量在200—600之间的聚乙二醇。

所述的1,6—己二酸异氰酸酯与聚乙二醇按1—2.5：1的摩尔比置于容器中，在25℃条件下反应3天。

本发明的关键是合成一种溶于水的交联剂，其端基可以和壳聚糖的胺基反应，1,6—己二酸异氰酸酯本身不溶于水，本发明巧妙地将其和小分子量的聚乙二醇反应，使其能够溶于水。结果发现，在室温下极微量的交联剂可以使壳聚糖水溶液在短时间内凝胶化，从而获得纯度极高的壳聚糖凝胶支架。

本发明相较前人而言，具有下述特点和优点：

（1）制备工艺简单可控；

（2）反应条件温和，无需催化剂；

（3）壳聚糖凝胶速度快；

（4）壳聚糖凝胶性能良好；

（5）交联时引入的化学交联剂成分极微量；

（6）生物相容性良好，是一种良好的组织工程支架材料，特别适合软组织工程材料。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步描述。

实施例1：

在烧瓶内加入1,6-己二酸异氰酸酯（HDI）1.6ml，聚乙二醇-400（PEG-400）1.8ml，搅拌均匀，置于恒温摇床，25℃反应72h，得到交联剂，配置壳聚糖水溶液1ml，浓度为2%（wt%）。加入5μl交联剂，混合均匀后得到水凝胶支架。

实施例2：

在烧瓶内加入1,6-己二酸异氰酸酯（HDI）0.8ml，聚乙二醇-200（PEG-200）1.0ml，搅拌均匀，置于恒温摇床，20℃反应7天，得到交联剂，配置壳聚糖水溶液1ml，浓度为1%（wt%）。加入10μl交联剂，混合均匀后得到水凝胶支架。

实施例3：

在烧瓶内加入1,6-己二酸异氰酸酯（HDI）2.0ml，聚乙二醇-600（PEG-400）2.7ml，搅拌均匀，置于恒温摇床，37℃反应24h，得到交联剂，配置壳聚糖水溶液1ml，浓度为0.5%（wt%）。加入20μl交联剂，混合均匀后得到水凝胶支架。

Claims

1.一种组织工程用壳聚糖水凝胶支架制备方法，包括制作交联剂和制作凝胶，其特征在于按下列步骤进行：

（1）制备交联剂，将1,6—己二酸异氰酸酯与聚乙二醇按1—2.5：1的摩尔比置于容器中，在20—40℃条件下反应1—7天，得到交联剂；

（2）制备组织工程用壳聚糖水凝胶支架，（A）配制浓度为0.1%—10%重量比的壳聚糖水溶液；（B）向壳聚糖水溶液中加入交联剂，二者体积比例范围为1000:1—50，即获得组织工程用壳聚糖水凝胶支架。

2.根据权利要求1所述的组织工程用壳聚糖水凝胶支架制备方法，其特征在于：所述的异氰酸酯与聚多元醇的摩尔比为2:1。

3.根据权利要求1所述的组织工程用壳聚糖水凝胶支架制备方法，其特征在于：所述的聚乙二醇为平均分子量在200—600之间的聚乙二醇。

4.根据权利要求1所述的组织工程用壳聚糖水凝胶支架制备方法，其特征在于：所述的1,6—己二酸异氰酸酯与聚乙二醇在25℃条件下反应3天获得交联剂。