CN103585678B - 一种酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料及其制备方法和应用。本发明公开的制备方法能显著促进PLLA材料的亲水性、促矿化性能和细胞相容性。通过相关实验可以证实本发明制备得到的酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料表面亲水性增加，在模拟体液中可促进表面形成羟基磷灰石，提高骨髓间充质干细胞的黏附、增殖。本发明为PLLA膜作为生物屏障膜提供了一种新的改性方法。
Description
技术领域
本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料及其制备方法和应用。
背景技术
骨缺损修复手术是仅次于输血的常见手术，全球每年约有220万的患者接受骨缺损修复手术，其中有很大部分的患者需要使用骨移植材料。此外，口腔治疗领域中牙种植以及重度牙周炎等非传统的骨缺损对骨移植材料和引导骨组织再生膜等材料的需求量也非常巨大。仅牙种植领域，2009年、2010年我国种植体消耗量分别达10万枚和13万枚，并以每年30%~40%的速度增长。
引导组织再生依靠机械屏障作用，选择性地引导细胞向受损伤部位迁移、附着、增生，从而达到修复缺损组织的目的，目前以生物可降解材料为主。聚乳酸（PLLA）作为可降解的生物膜材料，具有机械性能良好可降解产品无毒等优点；但具有以下缺点：表面疏水，及降解产物呈酸性易引起炎症反应，与骨髓间充质干细胞和成骨细胞等的细胞相容性差。
发明内容
本发明的发明目的在于克服上述现有技术中现有PLLA膜材料的不足，提供一种酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料，其表面涂层具有较均匀的球形表面凸起形貌，增加PLLA膜的亲水性、促矿化性能和细胞相容性。
本发明还有一个目的在于提供一种酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的应用。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法，包括如下步骤：
S1. 分别配制浓度为10 mM~250 mM的钙盐水溶液和碳酸盐水溶液；
S2. 在步骤S1中的碳酸盐水溶液中加入酪蛋白搅拌至溶解，使得酪蛋白在溶液中的浓度为0.1mg/ml~10mg/ml；
S3. 将上述钙盐水溶液和碳酸盐水溶液混合搅拌后静置20~60min，然后将沉淀过滤、洗涤、干燥；
S4. 将步骤S3中干燥后的沉淀与0.1‰的PLLA 1,4-二氧六环溶液按照重量体积比为0.3~1mg/ml的比例混合均匀；
S5. 将步骤S4中得到的混合液按15~40μL/cm2的比例涂布于PLLA膜表面，干燥即得产品。
优选的，步骤S3中的钙盐水溶液和碳酸盐水溶液混合时钙离子和碳酸根离子的摩尔比为1:1。
优选的，步骤S2中的钙盐为氯化钙、硝酸钙等可溶钙盐；所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾等可溶碳酸盐。
更优选的，步骤S1中所述钙盐水溶液或碳酸盐水溶液的浓度为50~100mM。
更优选的，步骤S2中所述酪蛋白在钙盐水溶液或碳酸盐水溶液中的浓度为0.2mg/ml~5mg/ml。
优选的，步骤S4中所述混合均匀为先磁力搅拌均匀，再超声振匀。
优选的，步骤S5中所述干燥为先在通风橱室温0.5~3h，接着室温下真空干燥8~15h，便于去除残留溶剂。
一种根据本发明所述酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法制得的酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料。
本发明制备得到的酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料在组织工程领域中的应用。
本发明制备得到的酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料在促进骨缺损或骨创伤修复中的应用。
本发明将天然来源丰富的酪蛋白在碳酸钙结晶过程中掺和在球形颗粒内部和表面，形成粒径均一、表面粗糙的微米级球形颗粒。通过表面涂层方法将微球涂布于PLLA膜材料表面，形成均一的球状凸起，增加了PLLA膜材料的亲水性和促矿化性能，提高骨髓间充质干细胞的黏附、增殖。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明公开了一种酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料及其制备方法和应用。本发明公开的制备方法能显著促进PLLA材料的亲水性、促矿化性能和细胞相容性。通过相关实验可以证实本发明制备得到的酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料表面亲水性增加，在模拟体液中可促进表面形成羟基磷灰石，提高骨髓间充质干细胞的黏附、增殖。本发明为PLLA膜作为生物屏障膜提供了一种新的改性方法。
附图说明
图1 为本发明所制备的酪蛋白-碳酸钙微球SEM图；
图2为本发明制备的酪蛋白-碳酸钙微球改性后的PLLA膜SEM图；
图3为本发明改性后膜材料的静态接触角测量结果；
图4为本发明改性后膜材料在模拟体液中形成的羟基磷灰石沉积SEM图；
图5为本发明改性膜材料上骨髓间充质干细胞活细胞染色结果图；
图6为本发明改性膜材料上骨髓间充质干细胞MTT活性结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释说明，但具体实施例并不对本发明作任何限定。除非特别说明，实施例中所涉及的试剂、方法均为本领域常用的试剂和方法。
本发明的分析步骤包括以下内容：
（1）静态接触角测量仪在室温空气环境下测材料表面去离子水接触角；
（2）扫描电子显微镜观察膜材料体外矿化前后的表面形貌；
（3）荧光素二乙酸酯（FDA）细胞活性荧光染色分析骨髓间充质干细胞细胞在材料表面密度及细胞形态；
（4）四锉盐比色法（MTT）检测细胞的活性。
实施例1-4：
（一）酪蛋白-碳酸钙微球涂层表面改性左旋聚乳酸膜材料的制备
1、分别配置钙盐水溶液和碳酸盐水溶液，接着在碳酸盐溶液中加入酪蛋白搅拌至溶解。钙盐水溶液和碳酸盐水溶液的具体配方如表1所示。
表1 钙盐溶液和碳酸盐溶液配方
| 钙盐溶液 | 碳酸盐溶液 | |
| 实施例1 | 氯化钙10mM | 碳酸钠10mM； 酪蛋白0.1mg/ml |
| 实施例2 | 硝酸钙50mM | 碳酸钠50mM； 酪蛋白0.5mg/ml |
| 实施例3 | 氯化钙100mM | 碳酸钾100mM； 酪蛋白5mg/ml |
| 实施例4 | 硝酸钙250mM | 碳酸钾250mM； 酪蛋白10mg/ml |
2、在充分搅拌下将实施例中的钙盐溶液和碳酸钠溶液等体积快速混合，搅拌2min后静置30min，过滤得沉淀，用去离子水洗涤离心3遍后干燥。
3、将实施例1的碳酸钙颗粒固定于样品台上，喷金处理，置于热场发射扫描电镜的真空室内， 15kV电压下观察，得到SEM观察图，结果如图1所示，从图中可以看出添加一定量的酪蛋白可使碳酸钙结晶由直径30~50μm的方形晶体转变为直径~10μm的球状晶体，且微球表面有粗糙的纳米级凸起；同时对结晶物表面和裂开的区域进行元素扫描分析，证明有磷元素的存在，表明酪蛋白在结晶表面和内部吸附有酪蛋白。
4、配制0.1‰的PLLA 1,4-二氧六环溶液，充分溶解超声排泡；
（1）实施例1干燥后的碳酸钙微球按0.3mg/ml比例加入0.1‰的PLLA 1,4-二氧六环溶液；
（2）实施例2干燥后的碳酸钙微球按0.5mg/ml比例加入0.1‰的PLLA 1,4-二氧六环溶液；
（3）实施例3干燥后的碳酸钙微球按0.7mg/ml比例加入0.1‰的PLLA 1,4-二氧六环溶液；
（4）实施例4干燥后的碳酸钙微球按1mg/ml比例加入0.1‰的PLLA 1,4-二氧六环溶液；
磁力搅拌均匀后超声振匀排泡。
5、将预先制备好的PLLA膜修剪成直径15mm的原片；
（1）实施例1按15μL/cm2比例将碳酸钙-PLLA悬液均匀涂布于PLLA膜表面；
（2）实施例2按25μL/cm2比例将碳酸钙-PLLA悬液均匀涂布于PLLA膜表面；
（3）实施例3按35μL/cm2比例将碳酸钙-PLLA悬液均匀涂布于PLLA膜表面；
（4）实施例4按40μL/cm2比例将碳酸钙-PLLA悬液均匀涂布于PLLA膜表面；
置通风橱室温下干燥1h，移至真空干燥箱内室温过夜以除去残留溶剂。
6、将实施例2的改性膜材料固定于样品台上，喷金处理，置于热场发射扫描电镜的真空室内，15kV电压下观察，SEM观察结果如图2所示，从图中可以看出膜材料表面有均匀的球状凸起，微球底面与膜材料粘合。
（二）酪蛋白-碳酸钙复合微球改性左旋聚乳酸膜的亲水性和体外矿化
1、用标准型光学接触角仪（SL200B）采用滴液法测定实施例3的改性膜材料的接触角度数（测试时间2s）。测试结果如图3所示，从图中可以看出材料表面的水相接触角越小，表明材料的亲水性越强，经酪蛋白-碳酸钙微球改性后PLLA膜的水相接触角由92.25°减小到76.33°，表面材料的亲水性得到提高。
2、配制1倍模拟体液，各离子浓度如下：Na+ 142.0 mM，K+ 5.0 mM，Mg2+ 1.5 mM， Ca2+ 2.5 mM，Cl- 103.0 mM，HCO3 - 4.2 mM，HPO4 2- 1.0 mM，SO4 2- 0.5 mM；将实施例4的膜材料完全浸泡在模拟体液中37℃孵育7天和14天，隔天换液；矿化后样品用去离子水轻缓冲洗后室温真空干燥。
3、将矿化样品固定于样品台上，喷金处理，置于热场发射扫描电镜的真空室内， 15kV电压下观察，结果如图4所示，从图中可以看出，改性后材料表面经7天矿化后形成散落分布的羟基磷灰石，14天矿化样品羟基磷灰石沉积连成一整片，提示改性后的材料促矿化性能良好。
（三）酪蛋白-碳酸钙复合微球改性左旋聚乳酸膜促进骨髓间充质干细胞的黏附和增殖
1、将实施例2中的酪蛋白-碳酸钙复合微球改性左旋聚乳酸膜材料用环氧乙烷灭菌后铺于24孔板中；将人P3代骨髓间充干细胞按2000 cell/cm2密度接种24孔板中，采用基础培养基（α-MEM，10%FBS，100 U/mL 青霉素，100 μg/mL 链霉素，0.25 μg/mL二性霉素B）于37oC的5%的CO2培养箱中培养，隔日换液。
2、二乙酸荧光素（FDA）溶液配制：配5mg/ml的母液，即将5 mg FDA加入1mL丙酮溶解，摇匀，避光4℃保存；使用时用PBS将FDA溶液稀释1000倍，得到5ug/mL FDA溶液。
3、FDA荧光检测：将接种细胞的材料中的培养基吸走，用无菌PBS溶液清洗三次，每次浸泡10 min，再加入200ul的FDA溶液，37oC的5%的CO2培养箱中避光孵育10min；吸去染色液，用PBS清洗三次，置于荧光显微镜激发波长484nm，发射波长520nm下观察，结果如图5所示。从图中可以看出骨髓间充质干细胞可以在改性的PLLA上黏附且细胞形态良好，同时细胞可以正常增殖，提示改性后的PLLA膜具有良好的细胞相容性。
4、MTT细胞活性检测：移去培养基，每孔加入MTT/PBS溶液200ul，37℃继续孵育4h，终止培养，小心吸取孔内培养上清液。每孔加入300ul DMSO，轻轻吹打，使结晶物溶解。将200ul此溶液分别对应加入酶标板中，在酶标仪上测定波长为492mn处的光吸收值，结果如图6所示。从图中可以看出，接种的3天、7天和10天时改性后膜材料上细胞活性随着培养时间增加而增加，而为改性膜材料细胞活性逐渐减少，表明改性后膜材料有助于细胞增殖。
Claims (10)
1.一种酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.分别配制浓度为10mM～250mM的钙盐水溶液和碳酸盐水溶液；
S2.在步骤S1中的碳酸盐水溶液中加入酪蛋白搅拌至溶解，使得酪蛋白在溶液中的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml；
S3.将步骤S1所述的钙盐水溶液和步骤S2所述的碳酸盐水溶液混合搅拌后静置20～60min，然后将沉淀过滤、洗涤、干燥；
S4.将步骤S3中干燥后的沉淀与0.1‰的PLLA 1,4-二氧六环溶液按照重量体积比为0.3～1mg/ml的比例混合均匀；
S5.将步骤S4中得到的混合液按15～40μL/cm2的比例涂布于PLLA膜表面，干燥即得产品。
2.根据权利要求1所述酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述钙盐水溶液和碳酸盐水溶液混合时钙离子和碳酸根离子的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1所述酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述钙盐水溶液或碳酸盐水溶液的浓度为50～100mM。
4.根据权利要求1所述酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述酪蛋白在碳酸盐水溶液中的浓度为0.2mg/ml～5mg/ml。
5.根据权利要求1-4中任一项所述酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述钙盐为氯化钙或硝酸钙；步骤S1和S2所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。
6.根据权利要求1所述酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述混合均匀为先磁力搅拌均匀，再超声振匀。
7.根据权利要求1所述酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述干燥为先在通风橱室温0.5～3h，接着室温下真空干燥8～15h。
8.一种根据权利要求1所述酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法制得的酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料。
9.权利要求1所述酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法制得的酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料在制备组织工程领域膜材料中的应用。
10.权利要求1所述酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料的制备方法制得的酪蛋白-碳酸钙微球改性聚乳酸膜材料在制备促进骨缺损膜材料或骨创伤修复膜材料中的应用。
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