CN105148323A - 一种可降解人工皮肤支架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种可降解人工皮肤支架及其制备方法，先配制壳聚糖醋酸溶液，再配制海藻酸钠溶液和CaCl₂溶液；将CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液配制混合溶液；在底面为平面的容器中加入海藻酸钠溶液，形成光滑平整的溶液层，再加入所得混合溶液；室温反应后放入真空干燥箱内，抽真空干燥得到可降解人工皮肤支架。所得材料符合皮肤组织工程支架材料的要求，强度及韧性均良好。

Description

一种可降解人工皮肤支架及其制备方法

技术领域

本发明属于生物支架技术领域，主要涉及一种可降解人工皮肤支架及其制备方法，特别适用于养殖皮肤细胞从而制备一种可降解的人工皮肤。

背景技术

皮肤对人体的重要性不言而喻。一是因为它是人体面积最大的器官，二是因为它具有多种重要的功能，其中最主要的就是屏障作用，除此以外还兼并排泄、免疫、感受外界刺激、调节体温等多种重要功能。但在当今生活中，因意外事故和疾病造成皮肤损伤缺损面积过大时，特别是烧伤、烫伤事故造成的皮肤大面积损伤，人体不能仅仅通过自身来完全愈合，人工皮肤在此现状下应运而生，人工皮肤在临床上已经使用了近30年，在此过程中，人工皮肤因临床应用产生的问题在不断的得到解决，使其得到不断的发展和完善，与此同时，用于医用和用于实验养殖皮肤细胞的皮肤组织工程支架也得到了可观的发展。

现阶段采用的人工皮肤支架材料很多，主要可分为天然支架材料、合成支架材料和复合支架材料三大类。根据此前多位研究学者的实验成果，壳聚糖和海藻酸钠的复合支架材料在众多用于制备皮肤组织工程支架的材料优势更为明显，其原因除了壳聚糖和海藻酸钠本身均为可降解的天然高分子材料之外，还具有价格低廉易获取、无毒安全、具有良好的生物相容性等众多优点。因其优势的存在，人们对其进行很多的研究，如：Jeong等运用静电纺丝的方法制得的海藻酸钠-壳聚糖纳米纤维支架的实验结果显示：①壳聚糖含量与复合支架的溶胀程度呈反相关；②海藻酸钠-壳聚糖复合支架表现出更好的细胞粘附性及促进细胞增殖能力。wang等用自身开发的新方法---“液力纺丝”制得的海藻酸钠-壳聚糖复合纤维的实验显示：①此复合材料具有较大的孔隙率及良好的吸水性；②细胞能在该复合材料上实现三维生长；③该材料能在较长时间内保持其结构完整性。因此，壳聚糖和海藻酸钠的复合支架材料不仅保存了壳聚糖、海藻酸钠本身的优点，还形成了许多其他的优良特性，从而弥补了单纯天然高分子材料的许多不足。我们从各位研究学者的研究成果中得知了该复合材料具有多种的优良特性，也看见了该复合材料发展的巨大潜力。但与此同时，在此前的壳聚糖-海藻酸钠复合支架材料的“进化”过程中，虽已克服了较多缺点，但操作也变得复杂。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种可降解人工皮肤支架及其制备方法，使之相比目前的海藻酸钠-壳聚糖复合支架材料制备方法变得更加简单，其材料得到更加充分的利用，实现简单、实用、环保而又具有与之前材料相差不大的技术效果。相比于其他制备方法，醋酸得到更加完美的利用，除了做溶解壳聚糖的溶剂之外，还利用了其易蒸发的特性和低压真空干燥箱的干燥原理进行造孔，因此不需其他材料和设备用于造孔。

技术方案：一种可降解人工皮肤支架的制备方法，制备步骤为：a.用于制备皮肤支架的多糖溶液，以质量浓度为2％～5％的醋酸为溶剂溶解壳聚糖形成质量浓度0.01g/mL～0.03g/mL的壳聚糖醋酸溶液；以纯水为溶剂制成质量浓度0.01g/mL～0.04g/mL的海藻酸钠溶液；另配制0.01g/mL～0.05g/mL的CaCl₂溶液；b.将CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液按1:1～2:1的体积比配制混合溶液；c.在底面为平面的容器中加入海藻酸钠溶液，形成光滑平整的溶液层，再加入b步骤所得混合溶液，使两者比例为海藻酸钠溶液:混合溶液的体积比大于或等于1:1；d.室温反应不少于2min，放入真空干燥箱内，保持干燥箱温度不高于16℃，抽真空干燥12min，真空度大于0.1Mpa，得到可降解人工皮肤支架。

所述壳聚糖的浓度优选0.02g/mL。

所述CaCl₂溶液的浓度优选0.05g/mL。

所述0.05g/mLCaCl₂溶液与0.02g/mL壳聚糖醋酸溶液的体积比为2:1。

上述制备方法所获得的可降解人工皮肤支架。

有益效果：在制备材料的过程中，操作简单，且没有废弃物产生，更加的绿色环保。因其操作简单，所需时间少，而实验成品又与此前众多海藻酸钠-壳聚糖复合支架材料在结构上相差甚少，所以在做有关人工皮肤的实验和人工皮肤的大量生产时，可显现出其优势。

附图说明

图1：实施例3中所制备支架材料的孔隙结构SEM图；

即最优配比下，即海藻酸钠溶液浓度为0.03g/mL，壳聚糖溶液浓度为0.02g/mL，CaCl₂溶液为0.05g/mL时材料的SEM照片可见材料基地均匀，表面有均匀孔隙。

图2：为实施例4中所制备支架材料的孔隙结构SEM图；

即海藻酸钠溶液浓度为0.03g/mL，壳聚糖溶液浓度为0.02g/mL，CaCl₂溶液为0.01g/mL的配比下材料的SEM照片可见材料为褶皱状无孔隙率：

图3：为实施例3中所制备支架材料的力学强度测试图；

即最优配比下，即海藻酸钠溶液浓度为0.03g/mL，壳聚糖溶液浓度为0.02g/mL，CaCl₂溶液为0.05g/mL时材料的力学强度测试结果如下：

试样1为浸泡于纯水中的支架材料，试样2为浸泡于乙醇中的支架材料。由实验结果可知：样品1弹性模量为2.58812Mpa，样品2弹性模量高达19.06588Mpa。

图4：为实施例4中所制备支架材料的力学强度测试图。

即海藻酸钠溶液浓度为0.03g/mL，壳聚糖溶液浓度为0.02g/mL，CaCl₂溶液为0.01g/mL的配比下的材料，样本1为浸泡于乙醇中的支架材料，有实验结果可知其弹性模量高达62.20774Mpa。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明。应注意的是，下面的各实施例是示例性的，并且不期望限制本发明的范围。在阅读了本发明的内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所付权利要求书所限定的范围。

实施例1：

称取0.5g壳聚糖溶于100mL，质量分数为5％的醋酸溶液，将壳聚糖粉末和醋酸加入量程为50mL的烧杯中，用蜡膜封闭烧杯口，并以转速500r/min，温度在40℃条件下完全溶解至透明澄清溶液制成0.005g/mL的壳聚糖溶液，以纯水溶液配制0.05g/mL的CaCl₂盐溶液，将壳聚糖溶液与CaCl₂盐溶液以2:1的体积比混合形成CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液。称取0.9g的海藻酸钠粉末放入50mL的烧杯中，再加入30mL纯水，温度控制为50℃，500r进行溶解2h，制备得0.03g/mL的海藻酸钠溶液。在直径为10cm的培养皿中加入2mL的海藻酸钠溶液，使海藻酸钠溶液均匀的铺满培养皿的底面，静置10min后用一次性滴管快速均匀的滴入7mL，CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液，静置2min，待边缘开始成膜时，将培养皿放入低压真空干燥箱，低压干燥12min，得到孔隙较不均匀未完全交联的皮肤细胞支架材料。由于壳聚糖浓度为0.005g/mL低于0.01g/mL所以实验未成功。

实施例2：

称取1g壳聚糖溶于100mL，质量分数为5％的醋酸溶液，将壳聚糖粉末和醋酸加入量程为50mL的烧杯中，用蜡膜封闭烧杯口，并以转速500r/min，温度在50℃条件下完全溶解至透明澄清溶液制成0.01g/mL的壳聚糖溶液，以纯水溶液配制0.05g/mL的CaCl₂盐溶液，将壳聚糖溶液与CaCl₂盐溶液以2:1的体积比混合形成CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液。称取0.9g的海藻酸钠粉末放入50mL的烧杯中，再加入30mL纯水，温度控制为50℃，500r进行溶解2h，制备质量分数为0.03g/mL的海藻酸钠溶液。在直径为10cm的培养皿中加入2mL的海藻酸钠溶液，使海藻酸钠溶液均匀的铺满培养皿的底面，静置10min后用一次性滴管快速均匀的滴入6mL，CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液静置2min，待边缘开始成膜时，将培养皿放入低压真空干燥箱，低压干燥12min，得到表面多褶皱，孔隙较不均一，但完全交联的皮肤细胞支架材料。实验成功。

实施例3：

称取2.0g壳聚糖溶于100mL，质量分数为5％的醋酸溶液，将壳聚糖粉末和醋酸加入量程为50mL的烧杯中，用蜡膜封闭烧杯口，并以转速300r/min，温度在60℃条件下完全溶解至透明澄清溶液制成0.02g/mL的壳聚糖溶液，以纯水溶液配制0.05g/mL的CaCl₂盐溶液，将壳聚糖溶液与CaCl₂盐溶液以2:1的体积比混合形成CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液6mL。称取0.9g的海藻酸钠粉末放入50mL的烧杯中，再加入30mL纯水，温度控制为50℃，500r进行溶解2h，制备得0.03g/mL的海藻酸钠溶液。在直径为10cm的培养皿中加入2mL的海藻酸钠溶液，使海藻酸钠溶液均匀的铺满培养皿的底面，静置10min后用一次性滴管快速均匀的滴入6mL，CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液静置2min，待边缘开始成膜时，将培养皿放入低压真空干燥箱，低压干燥12min，取出即可得到孔隙较均匀且较多的适合养殖皮肤细胞的材料。实验成功。

在实施例1～3中，我们以壳聚糖的浓度为变量来制备材料以获取用于制备可降解人工皮肤支架最好的壳聚糖浓度。以浓度为0.005g/mL、0.01g/mL、0.02g/mL的壳聚糖醋酸溶液与0.03g/mL的海藻酸钠溶液、0.05g/mL的CaCl₂溶液根据上述制备方法制备人工皮肤支架。

各实验结果总结如下：

实施例4：

称取2.0g壳聚糖溶于100mL，质量分数为5％的醋酸溶液，将壳聚糖粉末和醋酸加入量程为50mL的烧杯中，用蜡膜封闭烧杯口，并以转速300r/min，温度在60℃条件下完全溶解至透明澄清溶液制成0.02g/mL的壳聚糖溶液，以纯水溶液配制0.01g/mL的CaCl₂盐溶液，将壳聚糖溶液与CaCl₂盐溶液以2:1的体积比混合形成CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液。称取0.9g的海藻酸钠粉末放入50mL的烧杯中，再加入30mL纯水，温度控制为50℃，500r进行溶解2h，制备得0.03g/mL的海藻酸钠溶液。在直径为10cm的培养皿中加入2mL的海藻酸钠溶液，使海藻酸钠溶液均匀的铺满培养皿的底面，静置10min后用一次性滴管快速均匀的滴入6mL，CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液静置2min，待边缘开始成膜时，将培养皿放入低压真空干燥箱，低压干燥12min，取出得到完全交联的皮肤细胞支架材料。实验成功。

实施例5：

称取2.0g壳聚糖溶于100mL，质量分数为5％的醋酸溶液，将壳聚糖粉末和醋酸加入量程为50mL的烧杯中，用蜡膜封闭烧杯口，并以转速300r/min，温度在60℃条件下完全溶解至透明澄清溶液制成0.02g/mL的壳聚糖溶液，以纯水溶液配制0.02g/mL的CaCl₂盐溶液，将壳聚糖溶液与CaCl₂盐溶液以2:1的体积比混合形成CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液。称取0.9g的海藻酸钠粉末放入50mL的烧杯中，再加入30mL纯水，温度控制为50℃，500r进行溶解2h，制备得0.03g/mL的海藻酸钠溶液。在直径为10cm的培养皿中加入2mL的海藻酸钠溶液，使海藻酸钠溶液均匀的铺满培养皿的底面，静置10min后用一次性滴管快速均匀的滴入6mL，CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液静置2min，待边缘开始成膜时，将培养皿放入低压真空干燥箱，低压干燥12min，取出得到完全交联的皮肤细胞支架材料。实验成功。

在实施例3、4、5中，我们以CaCl₂的浓度为变量来制备材料以获取用于制备可降解人工皮肤支架最好的CaCl₂溶液浓度。以浓度为0.01g/mL、0.02g/mL、0.05g/mL的CaCl₂溶液与0.03g/mL的海藻酸钠溶液、0.02g/mL壳聚糖醋酸溶液根据上述制备方法制备人工皮肤支架。

各实验结果总结如下：

实施例6：

称取2.0g壳聚糖溶于100mL，质量分数为5％的醋酸溶液，将壳聚糖粉末和醋酸加入量程为50mL的烧杯中，用蜡膜封闭烧杯口，并以转速300r/min，温度在60℃条件下完全溶解至透明澄清溶液制成0.02g/mL的壳聚糖溶液，以纯水溶液配制0.05g/mL的CaCl₂盐溶液，将壳聚糖溶液与CaCl₂盐溶液以1:1的体积比混合形成CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液。称取0.9g的海藻酸钠粉末放入50mL的烧杯中，再加入30mL纯水，温度控制为50℃，500r进行溶解2h，制备得0.03g/mL的海藻酸钠溶液。在直径为10cm的培养皿中加入2mL的海藻酸钠溶液，使海藻酸钠溶液均匀的铺满培养皿的底面，静置10min后用一次性滴管快速均匀的滴入4mL，CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液的混合溶液静置2min，待边缘开始成膜时，将培养皿放入低压真空干燥箱，低压干燥12min，取出得到完全交联的皮肤细胞支架材料。实验成功。

在实施例3、6中，我们以壳聚糖的浓度为变量来制备材料以获取用于制备可降解人工皮肤支架最好的混合溶液体积比。以CaCl₂溶液(0.05g/mL)与壳聚糖醋酸溶液(0.02g/mL)的体积比为1:1或2:1为变量与0.03g/mL的海藻酸钠溶液根据说明书中所述制备方法制备人工皮肤支架。

各实验结果总结如下：

与以海藻酸钠、壳聚糖、醋酸、氯化钙、纯水为原料的其他组织工程皮肤支架对比如下：

【1】《海藻酸钠-壳聚糖皮肤组织工程支架材料及其制备方法》.尹静波、胡玎玎、吴振飞、刘小琨、颜世峰.2012.9.14。

Claims (5)

1.一种可降解人工皮肤支架的制备方法，其特征在于制备步骤为：

a.用于制备皮肤支架的多糖溶液，以质量浓度为2%~5%的醋酸为溶剂溶解壳聚糖形成质量浓度0.01g/mL~0.03g/mL的壳聚糖醋酸溶液；以纯水为溶剂制成质量浓度0.01g/mL~0.04g/mL的海藻酸钠溶液；另配制0.01g/mL~0.05g/mL的CaCl₂溶液；

b.将CaCl₂溶液和壳聚糖醋酸溶液按1:1~2:1的体积比配制混合溶液；

c.在底面为平面的容器中加入海藻酸钠溶液，形成光滑平整的溶液层，再加入b步骤所得混合溶液，使两者比例为海藻酸钠溶液:混合溶液的体积比大于或等于1:1；

d.室温反应不少于2min，放入真空干燥箱内，保持干燥箱温度不高于16℃，抽真空干燥12min，真空度大于0.1Mpa，得到可降解人工皮肤支架。

2.根据权利要求1所述可降解人工皮肤支架的制备方法，其特征在于所述壳聚糖的浓度优选0.02g/mL。

3.根据权利要求2所述可降解人工皮肤支架的制备方法，其特征在于所述CaCl₂溶液的浓度优选0.05g/mL。

4.根据权利要求3所述可降解人工皮肤支架的制备方法，其特征在于所述0.05g/mLCaCl₂溶液与0.02g/mL壳聚糖醋酸溶液的体积比为2:1。

5.权利要求1~4任一所述制备方法获得的可降解人工皮肤支架。