CN103724657A - 一种交联壳聚糖/明胶复合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/明胶复合多孔支架的制备方法。该方法是以壳聚糖和明胶等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/明胶复合多孔支架。本发明制备的交联壳聚糖/明胶复合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100~300μm，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。相比壳聚糖支架，该交联壳聚糖/明胶复合多孔支架具有更好的力学性能，明胶和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越好。
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/ 明胶复合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，这就需要人们选用合适的天然生物材料来共混复合，以及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/ 明胶复合多孔支架的制备方法。
本发明提出的一种交联壳聚糖/ 明胶复合多孔支架的制备方法，该方法是以壳聚糖和明胶等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/ 明胶复合多孔支架。本发明制备的交联壳聚糖/ 明胶复合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/ 明胶复合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、明胶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、明胶的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液按质量比20~40：20~40：20~40共混，其中，壳聚糖、明胶和硅烷偶联剂KH-560的摩尔比为1~2：1~2：2~4，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/ 明胶复合材料；
(3) 将步骤(2)得到的交联壳聚糖/ 明胶复合材料，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/ 明胶复合材料的水溶液，脱泡，得到脱泡后的交联壳聚糖/ 明胶复合材料的水溶液；
(4) 将步骤(3)得到的脱泡后的交联壳聚糖/ 明胶复合材料的水溶液，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/ 明胶复合多孔支架。
本发明中，所述壳聚糖为β-1,4-聚-葡萄糖胺，其化学结构式如下式所示：
本发明中，所述明胶为不均匀的多肽混合物，其分子量为10000～70000，其化学结构式如下式所示：
。
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，其化学结构式如下式所示：
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/ 明胶复合多孔支架的制备方法，该发明以壳聚糖和明胶等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大孔径和高孔隙率的交联壳聚糖/ 明胶复合多孔支架；②本发明制备的交联壳聚糖/ 明胶复合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/ 明胶复合多孔支架具有更好的力学性能，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、应用前景广泛等优点，利用本发明制备的产品是新一代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/ 明胶复合多孔支架的制备流程图。
图2是交联壳聚糖/ 明胶复合多孔支架的扫描电镜图。其中：(a) 放大倍数是100，(b) 放大倍数是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、明胶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、明胶的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液按质量比为35：35：30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24小时后，得到交联壳聚糖/ 明胶复合材料；
将上述交联壳聚糖/ 明胶复合材料，溶解于100g蒸馏水中，配得质量百分比为1%的交联壳聚糖/ 明胶复合材料的水溶液，脱泡，得到脱泡后的交联壳聚糖/ 明胶复合材料的水溶液；
将上述脱泡后的交联壳聚糖/ 明胶复合材料的水溶液，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/ 明胶复合多孔支架。
图1是壳聚糖/ 明胶交联复合多孔支架的制备流程图，图2是壳聚糖/ 明胶交联复合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、明胶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3
与实施例1相同，但是步骤(1)中壳聚糖的甲醇悬浮液、明胶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4
与实施例1相同，但是步骤(2)中壳聚糖的甲醇悬浮液、明胶的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液的质量比由35：35：30变为30：30：40，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、明胶的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液的质量比由35：35：30变为40：40：20，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/ 明胶复合材料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/ 明胶复合材料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)中壳聚糖/ 明胶交联复合材料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/ 明胶复合多孔支架与实施例1的产品具有类似的性能。
Claims (4)
1.一种交联壳聚糖/ 明胶复合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、明胶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、明胶的甲醇悬浮液和硅烷偶联剂KH-560的甲醇溶液按质量比20~40：20~40：20~40共混，其中，壳聚糖、明胶和硅烷偶联剂KH-560的摩尔比为1~2：1~2：2~4，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/ 明胶复合材料；
(3) 将步骤(2)得到的交联壳聚糖/ 明胶复合材料，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/ 明胶复合材料的水溶液，脱泡，得到脱泡后的交联壳聚糖/ 明胶复合材料的水溶液；
(4) 将步骤(3)得到的脱泡后的交联壳聚糖/ 明胶复合材料的水溶液，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/ 明胶复合多孔支架。
2.根据权利要求1所述的一种交联壳聚糖/ 明胶复合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：
3.根据权利要求1所述的一种交联壳聚糖/ 明胶复合多孔支架的制备方法，其特征在于，所述明胶为不均匀的多肽混合物，其分子量为10000～70000，其化学结构式如下式所示：
4. 根据权利要求1所述的一种交联壳聚糖/ 明胶复合多孔支架的制备方法，其特征在于，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：
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