CN103834057A - 一种以高内相乳液为模板制备的明胶多孔材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以高内相乳液为模板制备的明胶多孔材料及制备方法。采用高速搅拌混合明胶水溶液和有机溶剂形成水包油型（O/W）高内相乳液，并使用京尼平交联连续相形成三维网络状结构，经冷冻干燥制得孔径为10-100μm，空隙率大于70%的多孔材料。本发明制备的材料成型容易，生物相容性好，可广泛用于组织工程材料。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学材料领域，具体涉及一种以高内相乳液为模板制备的明胶多孔材料及制备方法。
背景技术
多孔材料在组织工程应用中能够为细胞的贴附、生长和繁殖提供三维空间。高孔隙率的多孔材料能够为细胞的生长提供更多的空间，同时其连通性能促进细胞的增殖、迁移以及细胞之间的交流。因此，近年来关于多孔材料结构的改善和功能的优化引起了众多研究者的兴趣。
高内相乳液是一种拥有74%或74%以上内相的乳液，有时其内相甚至高达99%。通过交联固定这种乳液的连续相然后除去内相，可以获得高孔隙率的多孔材料。在一系列的文献和专利中，主要使用苯乙烯以及二乙烯基苯作为单体来制备多孔材料，如孙华等（孙华，彭少贤，赵西坡，等. 塑料工业，2012，40（6）29-32）以丙烯酸丁酯、二乙烯基苯为原料，通过高内相W/O体系制备多孔结构材料。美国专利US5650222A，US5563179A和US5200433A同样描述了利用苯乙烯以及二乙烯基苯为单体制备多孔材料。这些多孔材料凭借突出的高泡孔隙率和低密度，能够吸收大量的液体，可以用于尿布类制品的吸收材料。
在生物医学材料领域，由于传统W/O型高内相乳液制备出的多孔材料疏水性强，不利于细胞的增长繁殖，因此，越来越多的研究者探寻使用更接近细胞生长环境的天然高分子来制备多孔材料。明胶是通过水解动物骨头或结缔组织中的胶原蛋白而得到的一类蛋白质。与胶原蛋白相比，明胶所表现出来的一些良好的理化性能，以及在成本上的优势，使其在医药工业，临床医学和食品工业中有着广泛的应用。Andrea
Barbetta等（A. Barbetta, M. Dentini, M. S. De Vecchis, P.
Filippini, G. Formisano, S. Caiazza. Advanced Functional Materials,2005, 15(1)
118–124）将明胶乙烯基化，通过自由基反应交联固定连续相（水相），制备出孔径分布在10-100μm的多孔材料，这种材料具有良好的生物相容性，能为神经细胞提供优良的生长环境。然而，该材料的制备过程过于复杂，同时合成过程中使用了小分子表面活性剂，引发剂，化学交联剂等物质，使得该材料存在潜在的生物毒性。
明胶具有亲水和疏水基团，能够稳定非均相悬浮液，其本身的乳化能力可以用来制备高内相乳液而不需要额外添加乳化剂。另外，在温度较低时，明胶侧链互相缔合形成具有一定硬度且不流动的凝胶。基于这个特点，利用明胶制备的高内相乳液在低温下可以实现连续相的固化，同时在连续相中添加交联剂，能够进一步固定连续相的三维网络结构。最后通过冷冻干燥除去内相，得到具有高孔隙率的互通多孔材料。
本发明采用高速搅拌混合明胶水溶液和有机溶剂形成水包油型（O/W）高内相乳液，并使用天然生物交联剂京尼平交联连续相形成三维网络状结构，经冷冻干燥制得孔径为10-100μm，空隙率大于70%的多孔材料。本发明所提供的方法其工艺简单，易于操作，且所有原料来自天然产物，安全无毒，具有良好的生物相容性，可广泛用于组织工程材料。
发明内容
本发明的目的在于研制一种以高内相乳液为模板，利用明胶自身的乳化和凝胶化能力，通过在连续相添加京尼平作为交联剂，得到一种安全无毒的多孔材料。为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：
(1)配置由水，明胶和京尼平组成的水相，其中明胶和京尼平占水的质量比分别为1-10%和0.05-0.1%；(2)在9000-20000rpm搅拌条件下将水相和油相按照体积比1:3-1:9混合形成O/W高内相乳液；(3)将所得产物室温反应24-48小时；(4)分别用水和乙醇交替抽提24小时；(5)将样品冷冻干燥得到明胶多孔材料；在本发明中，油相可选择正己烷，甲苯，对二甲苯，苯乙烯中的任意一种。
利用上述方法制备的明胶多孔材料，具有很高的孔隙率，而且原料取自天然，不仅能够有效降低制备成本，同时能赋予该材料优良的生物相容性，为其广泛应用于组织工程材料奠定了基础。
采用本发明制备的材料具有以下优点：
(1)
本发明采用的原料为明胶，其来源广泛，易于制备。以这种蛋白为基质可以有效的提高材料的生物相容性；
(2)
本发明中使用的明胶无需改性（如乙烯化，甲基丙烯酰胺化），可以直接使用制备多孔材料，大大简化了材料制备步骤；
(3)
本发明中无需大量使用诸如Tween、Span以及Triton X-405等乳化剂，能够有效降低制备成本，降低材料的毒性风险；
(4)
本发明所使用的交联剂为天然交联剂，无需使用自有基聚合反应中所使用的化学交联剂、引发剂；
(5)
本发明制备多孔材料制备方法简单，生产周期短，是一种环境友好型材料，具有较大的应用推广价值。
具体实施方式
下面给出本发明的4个实施例，以具体说明一种以高内相乳液为模板制备的明胶多孔材料及制备方法。
实施例 1 将0.5g明胶与5mg京尼平溶于5mL水中组成水相，将5mL水相加入20mL正己烷中，在9000rpm搅拌条件下形成高内相乳液，将所得样品室温反应24小时，随后分别用水和乙醇分别抽提24小时，最后将样品冷冻干燥得到明胶多孔材料。
实施例 2 将0.25g明胶与4mg京尼平溶于5mL水中组成水相，将5mL水相加入20mL甲苯中，在13500rpm搅拌条件下形成高内相乳液，将所得样品室温反应36小时，随后分别用水和乙醇分别抽提24小时，最后将样品冷冻干燥得到明胶多孔材料。
实施例 3 将0.5g明胶与4mg京尼平溶于5mL水中组成水相，将5mL水相加入45mL对二甲苯中，在15000rpm搅拌条件下形成高内相乳液，将所得样品室温反应40小时，随后分别用水和乙醇分别抽提24小时，最后将样品冷冻干燥得到明胶多孔材料。
实施例 4 将0.5g明胶与5mg京尼平溶于5mL水中组成水相，将5mL水相加入20mL苯乙烯中，在20000rpm搅拌条件下形成高内相乳液，将所得样品室温反应48小时，随后分别用水和乙醇分别抽提24小时，最后将样品冷冻干燥得到明胶多孔材料。
Claims (3)
1.一种以高内相乳液为模板制备的明胶多孔材料，其特征在于制备方法为：(1)配置由水，明胶和京尼平组成的水相，其中明胶和京尼平占水的质量比分别为1-10%和0.05-0.1%；(2)在9000-20000rpm搅拌条件下将水相和油相按照体积比1:3-1:9混合形成O/W高内相乳液；(3)将所得产物室温反应24-48小时；(4)分别用水和乙醇交替抽提24小时；(5)将样品冷冻干燥得到明胶多孔材料。
2.根据权利要求1所述的明胶多孔材料，其特征在于所述油相为正己烷、甲苯、对二甲苯和苯乙烯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的明胶多孔材料，其特征在于所得多孔材料的孔径为10-100μm，空隙率大于70%，且具有优良的生物相容性，可用于组织工程材料。
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