CN104023526A - 一种处理生物材料的方法及经该方法处理的生物材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种处理生物材料的方法及经该方法处理的生物材料。所述方法包括将所述生物材料完全浸入含有离子液体的处理液中，直至生物材料取出后不再由于失水而产生尺寸变化。本发明还提供一种保存生物材料或含有生物材料的医疗器械的方法，将所述生物材料或含有生物材料的医疗器械完全浸入含有离子液体的处理液中，直至取出后生物材料不再由于失水而产生尺寸变化，将所述生物材料表面或含有生物材料的医疗器械取出后，去除其表面附着的多余处理液，进行包装。本发明提供的方法能有效避免由于处理液挥发而引起的生物材料损伤，有利于方便后续进行加工和灭菌处理等。

Description

一种处理生物材料的方法及经该方法处理的生物材料

技术领域

本发明涉及一种处理生物材料的方法及经该方法处理的生物材料，属于医疗器械技术领域。

背景技术

许多生物材料，特别是来源于天然组织的生物材料及医疗器械，为了维持其性能，往往需要在液体环境中保存，比如磷酸盐缓冲溶液、生理盐水或其他模拟体液等。此类生物材料一旦脱离用于保存的处理液环境过久，将会出现失水现象，造成不可逆的结构和性能改变，可能将导致材料或者产品失效。因此这类生物材料的加工和保存等过程均需要在处理液的环境中进行。

然而由于处理液大多含有水，或者其他易挥发有机溶剂，无法长时间的脱离处理液环境这一限制，给此类生物材料的加工和保存带来诸多不便。

例如，在所有的加工工艺中，都需要严格限定生物材料离开处理液的时间，以防处理液的过度挥发带来不可逆的材料损伤。此类材料的灭菌方式，也往往受限，通常只能采用化学液体灭菌和辐照灭菌等方式。另外，此类材料相关产品的包装通常包括了产品本身及处理液，因此包装工艺比较复杂，保持产品无菌状态的难度也更高。

在另外一方面，许多用于人体植入材料的动物组织，为了增加组织的机械强度和在人体中的耐降解性能，常会使用醛类物质处理，例如使用戊二醛或者甲醛对组织中的胶原蛋白和其他蛋白质进行交联，使组织在植入后能更稳定，这类材料通常也需要在含有醛的水溶液中进行贮存，以保持材料为无菌状态；而且在临床使用前，一个必不可少的步骤是将这类生物组织材料或者含有此类生物材料的器械从含醛处理液中取出，进行彻底漂洗，以降低生物组织材料中的醛的含量。因此常规的液体保存方法，也给这类生物材料的临床使用增加了步骤和风险，影响了材料使用的便利性。

因此，此类材料离开处理液的“干法”保存对于科学研究及相关产业领域都具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种处理生物材料的方法，能有效避免由于处理液挥发而引起的生物材料损伤，并便于对其进行加工、灭菌处理、保存及使用等。

本发明还提供一种经上述方法处理的生物材料，能够脱离处理液进行加工、灭菌处理和保存，并保持生物材料原有的尺寸。

本发明还提供一种保存生物材料的方法，能够脱离处理液环境实现“干法”保存，并便于对其进行加工、灭菌处理、保存及使用等。

本发明提供一种处理生物材料的方法，其包括将所述生物材料完全浸入含有离子液体的处理液中，直至生物材料取出后不再由于失水而产生尺寸变化。

一般保存在含水溶液中的生物材料，脱离处理液环境时间过久，就会由于材料失水而出现外观、尺寸的变化或者形状的改变。比如材料会出现变色、变小等现象。一旦材料出现这些现象，就意味着其内部由于失水而发生了结构的变化，材料变性。使用本发明提供的处理方法对生物材料进行处理后，能有效避免由于处理液挥发而引起的生物材料损伤，以便于对其进行加工、灭菌处理、保存及使用等。

本发明中使用的离子液体可商购或使用公知技术中的方法自行制备，例如可参照专利CN1651089A中的方法进行制备。

处理过程所需的时间因待处理的生物材料种类和尺寸的不同会有所差异，通常应大于10min，直至所述生物材料离开处理液后，仍然可以不会由于失水而带来材料尺寸的变化。

根据本发明提供的方法，所述处理液中还含有水、水溶性醇、水溶性碳水化合物和水溶性橡胶中的一种或多种物质。所述水溶性醇可为一元或多元醇，优选使用含1-4个碳原子的醇。还可以使用该水溶性醇单体的聚合物。例如可使用乙醇、甘油、乙二醇、异丙醇、丙酮、聚氧化乙烯等。

根据本发明提供的方法，所述处理液中至少含有体积分数为10％的离子液体。

根据本发明提供的方法，所述离子液体能与水互溶。也就是说，当含水的生物材料置于离子液体中时，生物材料中的水可以以物质交换的方式全部或者部分被离子液体置换出来。

根据本发明提供的方法，所述离子液体具有生物相容性。当处理生物材料的处理液中所含的离子液体不适宜一同进入生物体时(例如当离子液体不具有生物相容性时)，可以通过植入前的漂洗步骤(例如使用生理盐水进行漂洗)，将离子液体从生物材料中置换出来。而当离子液体对于生物体安全无毒时，生物材料可以直接植入而无需植入前的漂洗。

根据本发明提供的方法，所述离子液体为季铵盐类和烷基咪唑盐类。

根据本发明提供的方法，所述季铵盐类离子液体由胆碱盐和配位剂组成，所述胆碱盐包括胆碱、氯化胆碱、氟化胆碱、硝酸胆碱、胆碱氢氧化物、胆碱碳酸氢盐、乙酰胆碱、磷酰胆碱、丁酰胆碱、苯甲酰胆碱或磷脂酰胆碱中的一种或多种物质，所述配位剂包括尿素、乙二醇、甘油、柠檬酸、丙二酸、氨基酸、乳酸和具有1-30个碳原子的烷基的脂肪酸及其含羟基和羧基的衍生物中的一种或多种物质。例如氯化胆碱/尿素，氯化胆碱/甘油，胆碱氢氧化物/甘氨酸离子液体等

根据本发明提供的方法，所述烷基咪唑盐类离子液体由具有1-8个碳原子的烷基咪唑盐及其含羟基和羧基的衍生物阳离子，与具有1-30个碳原子的烷基的脂肪酸根及其含羟基和羧基的衍生物阴离子组成。例如醋酸1-甲基-3-乙基咪唑等。

根据本发明提供的方法，其中所述生物材料取出后，去除生物材料表面附着的多余处理液，包装后进行灭菌。本发明方法也可用于对已经灭菌后的生物材料进行保存。

根据本发明提供的方法，其中所述灭菌为使用环氧乙烷灭菌或者辐照灭菌。

根据本发明提供的方法，其中所述生物材料为动物组织或由天然高分子材料制成的人工生物材料。所述天然高分子材料例如为胶原、透明质酸和明胶等。

根据本发明提供的方法，所述动物组织为动物组织膜，韧带、腱、血管或皮肤。其中动物组织膜，例如为哺乳动物的心包或瓣膜等。

本发明还提供一种经上述方法处理的生物材料，以及含有该生物材料的医疗器械，如介入瓣膜、人工血管、人工皮肤以及补片等。

本发明还提供一种保存生物材料或含有生物材料的医疗器械的方法，其包括将所述生物材料或含有生物材料的医疗器械完全浸入含有离子液体的处理液中，直至取出后生物材料不再由于失水而产生尺寸变化，将所述生物材料或含有生物材料的医疗器械取出后，去除其表面附着的多余处理液，进行包装。

根据本发明提供的方法，将所述生物材料或含有生物材料的医疗器械取出后，还包括将其进行灭菌处理后包装，或者将其包装后进行灭菌处理。

根据本发明提供的方法，所述灭菌为使用环氧乙烷灭菌或者辐照灭菌。

本发明方案的实施，至少具有以下优势：

1、本发明提供的方法使用含离子液体的处理液浸润生物材料，在加工过程中无需担心处理液的挥发及挥发所带来的材料变性，本发明将使生物材料的保存更为简单，加工和装配更为方便，拓宽了生物材料的处理和保存途径；

2、本发明提供的方法能够消除常规处理液中含有的醛对生物材料性能带来的不利影响，减少植入生物体后产生的炎性反应；

3、本发明提供的经含离子液体的处理液处理的生物材料，对灭菌处理方式的选择性更大，更有利于方便有效的进行灭菌处理。

具体实施方式

以下参照本发明实施例来更充分地描述本发明。然而，本发明可以许多不同形式来体现，不应理解为限于本文陈述的实施例。

实施例1：

将牛心包组织(尺寸为5cm×5cm，厚度为0.5mm)放入100g透明的氯化胆碱/尿素离子液体中(制备方法参考A.P.Abbott等，Chem.Commun,2003,70～71)，形成该离子液体的氯化胆碱和尿素的摩尔比1:2。可观察到该牛心包组织的透明度随着在离子液体中的浸泡时间延长而逐渐增强，离子液体逐渐渗透入牛心包组织并将其浸润。浸泡时间一般大于10min，例如在浸泡1hour后，将牛心包组织取出，去除该组织表面附着的多余离子液体，进行形状加工；或者也可以在上述氯化胆碱/尿素离子液体中长期保存该牛心包组织，待使用时再取出并加工成所需形状。

激光切割成所需生物补片的形状和尺寸，包装在由PETG盒与Tyvek盖构成的双层无菌阻隔中，密封后进行环氧乙烷灭菌。

对该牛心包组织进行细菌检测，结果为无菌。

以下对上述经处理的牛心包组织加工成的生物补片进行大鼠皮下植入实验，并评价其生物相容性。将进行植入实验的生物补片分为以下三组：

漂洗组：将上述经离子液体处理并灭菌的生物补片切割成1cm×1cm的小片，在植入前使用100ml无菌生理盐水中进行漂洗，每次10秒钟，重复3次；

直接植入组：植入前未经漂洗，将上述经离子液体处理并灭菌的生物补片直接植入大鼠皮下；

对照组：将牛心包组织制成尺寸为1cm×1cm的生物补片，使用戊二醛溶液进行化学灭菌，并保存在含有0.6wt％戊二醛的磷酸盐缓冲溶液中，植入前采用与漂洗组中相同的方法进行漂洗。

将三组样品均进行大鼠皮下植入试验，评价补片的生物相容性，如表1所示。

表1

实验结果证明，使用离子液体处理过的两组补片样品(漂洗组和直接植入组)，植入后大鼠组织炎性反应都要明显低于对照组(经戊二醛的磷酸盐缓冲溶液处理)，这说明经离子液处理的补片比经戊二醛的磷酸盐缓冲溶液处理的补片的生物相容性更好，这可能是由于经离子液处理的补片与对照组的补片相比，减少了补片组织中戊二醛的量，而戊二醛往往被认为是带来组织炎性反应的重要原因之一。

另一方面，漂洗组和直接植入组的补片在植入后大鼠组织炎性反应都较低，说明使用的氯化胆碱/尿素离子液体对于大鼠具有好的生物相容性。

本实施例的处理方法能够使生物材料即使离开常规处理液，也能够方便的进行机械加工，在加工过程中无需担心由处理液的挥发所带来的材料变性，使生物材料的保存更为简单，加工和装配更为方便，灭菌方式的选择性更大。

实施例2：

将经过抗钙化处理后的牛心包组织(尺寸为5cm×5cm)放入100g处理液中进行处理，该处理液含有氯化胆碱/甘油离子液体(形成该离子液体的氯化胆碱和甘油的摩尔比1:2)，以及5-10％体积百分比的乙醇。完全浸泡2h后，将其取出，该牛心包组织不再由于失水而产生尺寸变化。去除其表面附着的多余处理液，将牛心包组织置于裁剪装置中裁剪出瓣叶形状，而后进行人工缝制，将瓣叶与介入瓣架缝制在一起，制成介入瓣膜。将介入瓣膜压握于介入瓣输送系统之上，包装并进行环氧乙烷灭菌。

本实施例中，由于用于制备瓣叶的牛心包组织被不挥发的处理液浸润，因此可以对其进行脱离处理液的“干法”加工，无需担心由处理液的挥发所带来的材料变性。因此，该介入瓣膜可以在压握于输送系统上之后，进行包装和环氧乙烷灭菌，避免了使用常规处理液体处理介入瓣膜时，往往要将介入瓣膜的压装工艺放到介入瓣膜植入前进行，从而难以保障压装工艺稳定性的问题。

实施例3：

将经过脱细胞处理的犬颈动脉血管2.5cm，浸入到50ml醋酸1-甲基-3-乙基咪唑离子液体([Emim]Ac)中进行保存，待使用时将其取出。离子液体的制作方法可参见相关文献报道(例如，黄银蓉等，1-甲基-3-乙基咪唑醋酸盐制备及密度、电导率的测定，西安工程大学学报，2011年，第25卷第5期，689-692页)。

使用本实施例的方法进行保存的犬颈动脉血管，使用前无需对其进行漂洗，可直接植入生物体中，方便使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种处理生物材料的方法，其包括，将所述生物材料完全浸入含有离子液体的处理液中，直至生物材料取出后不再由于失水而产生尺寸变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理液中还含有水、水溶性醇、水溶性碳水化合物和水溶性橡胶中的一种或多种物质。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述处理液中至少含有体积分数为10％的离子液体。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述离子液体能与水互溶。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述离子液体具有生物相容性。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述离子液体为季铵盐类和烷基咪唑盐类。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述季铵盐类离子液体由胆碱盐和配位剂组成，所述胆碱盐包括胆碱、氯化胆碱、氟化胆碱、硝酸胆碱、胆碱氢氧化物、胆碱碳酸氢盐、乙酰胆碱、磷酰胆碱、丁酰胆碱、苯甲酰胆碱或磷脂酰胆碱中的一种或多种物质，所述配位剂包括尿素、乙二醇、甘油、柠檬酸、丙二酸、氨基酸、乳酸和具有1-30个碳原子的烷基的脂肪酸及其含羟基和羧基的衍生物中的一种或多种物质。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述烷基咪唑盐类离子液体由具有1-8个碳原子的烷基咪唑盐及其含羟基和羧基的衍生物阳离子，与具有1-30个碳原子的烷基的脂肪酸根及其含羟基和羧基的衍生物阴离子组成。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述生物材料为动物组织或由天然高分子材料制成的人工生物材料。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述动物组织为动物组织膜，韧带、腱、血管或皮肤。

11.经权利要求1-10任一项所述的方法处理的生物材料。

12.含有权利要求11所述的生物材料的医疗器械。

13.一种保存生物材料或含有生物材料的医疗器械的方法，其包括将所述生物材料或含有生物材料的医疗器械完全浸入含有离子液体的处理液中，直至取出后生物材料不再由于失水而产生尺寸变化，将所述生物材料或含有生物材料的医疗器械取出后，去除其表面附着的多余处理液，进行包装。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述生物材料或含有生物材料的医疗器械取出后，还包括将其进行灭菌处理后包装，或者将其包装后进行灭菌处理。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述灭菌为使用环氧乙烷灭菌或者辐照灭菌。