CN103705974B - 一种交联壳聚糖多孔支架的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属新材料技术领域，具体涉及一种交联壳聚糖多孔支架的制备方法。该方法是以壳聚糖天然生物材料为原料，有机硅烷偶联剂KH-560为交联剂，采用冷冻干燥法，制备出力学性能优良的由纯天然生物材料组成的交联壳聚糖多孔支架。本发明制备的交联壳聚糖多孔支架具有孔径大（100~300μm），孔隙率高（>90%），大孔含小孔的开放型孔结构，适合在支架表面种植细胞。相比壳聚糖支架，该交联壳聚糖多孔支架具有更好的力学性能，有机硅交联剂的加入，更有利于细胞在多孔支架表面的增殖和分化，对生物细胞的亲和性良好。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种交联壳聚糖多孔支架的制备方法。
背景技术
组织工程的出现为人类健康和生命延长带来了美好的前景，利用生物医学材料制备人工替代物来治疗疾病，可以解决人体器官因缺损或功能丧失需要更换、取材却有限的难题。人们把精力投向人造组织或器官时，其关键之一是利用细胞培养的组织工程三维多孔支架材料的制备。
目前，组织工程多孔支架材料主要是来自一些天然高分子和合成高分子。天然高分子主要有胶原、甲壳素、壳聚糖、透明质酸、明胶、海藻酸盐、硫酸软骨素等；合成高分子主要有聚乳酸、聚羟基乙酸、聚β-羟基丁酯、聚己内酯、聚原酸酯等。本着方便、易得、取之于自然用之于自然，利用天然生物材料与人体组织相近和相似共容的优点，许多研究者都选择了天然生物材料制备组织工程支架材料，但是天然生物材料普遍存在着机械强度弱的问题，这就需要人们选择有效的交联剂来提高其力学性能，该交联剂还必须是无细胞毒性的。
其次，作为有效的组织工程支架，光有材料本身是不够的，还要将生物材料制成具有特定形状和孔结构的三维多孔支架。为了细胞能进入支架，要求支架具有多孔结构，且具有一定大小的孔径和孔强度的开放型结构，而且不同方向的孔径要相同。因此，组织工程多孔支架的制备方法和技术也至关重要。其致孔方法主要有粒子溶出法、相分离法/ 冷冻干燥法、气体发泡法、烧结微球法等。但是在如何选用合适的致孔方法，制备满足一定要求的组织工程三维多孔支架，使支架表面具有细胞亲和性，且表面微结构如大孔径（100~300 μm）、高孔隙率（>90%）、孔孔相通和一定的孔强度等有利于细胞的粘附、增殖和分化生长，仍然是一个技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种交联壳聚糖多孔支架的制备方法。
本发明提出的一种交联壳聚糖多孔支架的制备方法，该方法是以壳聚糖天然生物材料为原料，有机硅烷偶联剂KH-560为交联剂，采用冷冻干燥法，制备出力学性能优良的交联壳聚糖多孔支架。本发明制备的交联壳聚糖多孔支架具有高孔隙率、高孔强度和大孔径等特点，其孔径为100~300 μm，孔隙率 >90%，为大孔含小孔的开放型孔结构，适合在支架表面种植细胞。
本发明提出的一种交联壳聚糖多孔支架的制备方法，具体步骤如下：
(1) 分别配置质量百分比为1~10%的壳聚糖的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液；
(2) 将步骤(1)得到的壳聚糖的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液按质量比40~80：20~60共混，其中，壳聚糖和硅烷偶联剂KH-560的摩尔比为1~2：1~2，升温至60~90℃，搅拌反应1~6小时，抽滤，反复用无水甲醇洗涤，直至洗完未反应掉的硅烷偶联剂KH-560，50~70℃真空干燥6~24小时后，得到交联壳聚糖；
(3) 将步骤(2)得到的交联壳聚糖，溶解于50~250g蒸馏水中，配得质量百分比为1~10%的交联壳聚糖的水溶液，脱泡，得到脱泡后的交联壳聚糖的水溶液；
(4) 将步骤(3)得到的脱泡后的交联壳聚糖的水溶液，浇入10 mL的微容器中，待延流平整后置于-120~-20℃冷冻室中冷冻12~48小时后，再移入冷冻干燥机中冷冻干燥6~36小时，即获得一种交联壳聚糖多孔支架。
本发明中，所述壳聚糖为β-1,4-聚-葡萄糖胺，其化学结构式如下所示：
。
本发明中，所述硅烷偶联剂KH-560为γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷，其化学结构式如下所示：
。
与现有技术相比，本发明的优点是：①本发明为一种交联壳聚糖多孔支架的制备方法，该发明以壳聚糖天然生物材料为原料，以生物相容性好的有机硅烷偶联剂KH-560为交联剂，采用冷冻干燥法，制得力学性能优良的交联壳聚糖多孔支架；②本发明制备的交联壳聚糖多孔支架具有孔径大（100~300 μm），孔隙率高（> 90%），大孔含小孔的开放型孔结构，适合在支架表面种植细胞；③该交联壳聚糖多孔支架具有更高的力学性能，有机硅交联剂的加入，不仅不存在细胞毒性，反而更有利于细胞在多孔支架表面的增殖和分化生长，对生物细胞的亲和性良好；④本发明的制备方法具有工艺简单方便、产品质量高、能降低生产和施工成本、应用前景广泛等优点，利用本发明制备的产品是高性能组织工程三维多孔支架，具有多孔、高孔隙率和相连的孔形态，具备合适的力学强度，有利于细胞的粘附、增殖和分化等优点。
附图说明
图1是交联壳聚糖多孔支架的制备流程图。
图2是交联壳聚糖多孔支架的扫描电镜图。其中：(a) 放大倍率是100，(b) 放大倍率是400。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
分别配置质量百分比为2%的壳聚糖的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液；
将上述壳聚糖的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液按质量比为70：30共混，升温至70℃，搅拌反应3小时，抽滤，反复用无水甲醇洗涤，直至洗完未反应掉的硅烷偶联剂KH-560，60℃真空干燥12小时后，得到交联壳聚糖；
将上述交联壳聚糖溶解于100g蒸馏水中，配得质量百分比为1%的交联壳聚糖的水溶液，脱泡，得到脱泡后的交联壳聚糖的水溶液；
将上述脱泡后的交联壳聚糖的水溶液，浇入10 mL的微容器中，待延流平整后置于-30℃冷冻室中冷冻12小时后，再移入冷冻干燥机中冷冻干燥24小时，即获得一种交联壳聚糖多孔支架。
图1是交联壳聚糖孔支架的制备流程图，图2是交联壳聚糖多孔支架的扫描电镜图。
实施例2
与实施例1相同，但是步骤(1)中壳聚糖的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液的浓度均由2%变为1%，其他不变。
实施例3
与实施例1相同，但是步骤(1)中壳聚糖的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液的浓度均由2%变为3%，其他不变。
实施例4
与实施例1相同，但是步骤(2)中壳聚糖的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液的质量比由70：30变为60：40，其他不变。
实施例5
与实施例1相同，但是步骤(2)中壳聚糖的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液的质量比由70：30变为80：20，其他不变。
实施例6
与实施例1相同，但是步骤(3)中交联壳聚糖的水溶液的质量百分比由1%变为2%，其他不变。
实施例7
与实施例1相同，但是步骤(3)中交联壳聚糖的水溶液的质量百分比由1%变为3%，其他不变。
实施例8
与实施例1相同，但是步骤(3)中交联壳聚糖的水溶液的质量百分比由1%变为5%，其他不变。
实施例9
与实施例1相同，但是步骤(4)中冷冻室中冷冻温度由-30℃变为-50℃，其他不变。
实施例10
与实施例1相同，但是步骤(4)中冷冻室中冷冻温度由-30℃变为-100℃，其他不变。
实施例2-10中获得的交联壳聚糖多孔支架与实施例1的产品具有类似的性能。
Claims (2)
1.一种交联壳聚糖多孔支架的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1) 分别配置质量百分比为1~10%的壳聚糖的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液；
(2) 将步骤(1)得到的壳聚糖的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液按质量比40~80：20~60共混，其中，壳聚糖和硅烷偶联剂KH-560的摩尔比为1~2：1~2，升温至60~90℃，搅拌反应1~6小时，抽滤，反复用无水甲醇洗涤，直至洗完未反应掉的硅烷偶联剂KH-560，50~70℃真空干燥6~24小时后，得到交联壳聚糖；
(3) 将步骤(2)得到的交联壳聚糖，溶解于50~250g蒸馏水中，配得质量百分比为1~10%的交联壳聚糖的水溶液，脱泡，得到脱泡后的交联壳聚糖的水溶液；
(4) 将步骤(3)得到的脱泡后的交联壳聚糖的水溶液，浇入10 mL的微容器中，待延流平整后置于-120~-20℃冷冻室中冷冻12~48小时后，再移入冷冻干燥机中冷冻干燥6~36小时，即获得一种交联壳聚糖多孔支架。
2.根据权利要求1所述的一种交联壳聚糖多孔支架的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖为β-1,4-聚-葡萄糖胺，其化学结构式如下式所示：
。
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