CN106456832A - 利用蚕茧的人造生物膜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用蚕茧的人造生物膜及其制造方法。适用本发明的利用蚕茧的人造生物膜的特征在于：通过将截面大于第1厚度的蚕茧平面分割成两个以上的适当形态而制造出蚕茧片。本发明提供一种能够借助于相对简单的制造过程，相比现有的人造生物膜大幅降低其制造成本的同时，细胞培养能力优秀且具有生物相容性的利用蚕茧的人造生物膜及其制造方法。此外，还提供一种人造生物膜的抗张强度和延伸率优秀的利用蚕茧的生物膜及其制造方法。

Description

利用蚕茧的人造生物膜及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种利用蚕茧的人造生物膜及其制造方法，尤其是一种具有生物相容性且细胞培养能力优秀的利用蚕茧的生物膜及其制造方法。
此外，还涉及一种生物膜的抗张强度和延伸率优秀的利用蚕茧的生物膜及其制造方法。
背景技术
在作为医用材料使用的各类原材料中，动物源性胶原蛋白的生物亲和性及组织相容性非常优秀。此外，还具有止血作用和能够在生体内完全分解吸收等优良的特性。
上述胶原蛋白是利用酸解法、碱裂解法、中性水解法、酶解法等方法从动物的皮肤、骨骼、软骨、筋腱、脏器等各种器官的结缔组织中萃取并提纯制得。
目前所使用的医用萃取胶原蛋白为单体或低聚物分子级别，以粉末状或液状保存。
因为上述萃取胶原蛋白是胶原蛋白分子被分解成单体或低聚物程度的状态，所以在与水、体液或血液等接触时将迅速进入溶胶状态。
因此，为了在将上述胶原蛋白作为医用材料适用到生体时使其具有一定的硬度，会在利用胶原蛋白包裹如尼龙、硅树脂等合成高分子材料的表面的状态下使用。此外，为了能够在将萃取胶原蛋白的移植物适用到生体之后的一定期间内保持原有形状，通常对其进行使用交联剂的化学交联处理或利用电子射线、紫外线等放射线或热等的物理交联处理。
对于这种将胶原蛋白和合成高分子材料进行组合的材料，因为合成高分子材料在生体内作为异物的残留而很有可能导致形成肉芽、发炎等副作用，所以这种材料并不能适用于所有细胞或脏器。
此外，即使是对胶原蛋白材料进行交联处理，其胶原蛋白材料的物理特性尤其是抗张强度基本不会得到提升，所以无法通过加工将其作为需要进行缝合的医用材料使用。
此外，当使用戊二醛或环氧树脂等交联剂时，不仅会导致交联剂本身对生体的毒性作用，还会导致胶原蛋白原本具有的生物化学特性尤其是细胞增殖促进效果的降低。
此外，通过物理交联处理无法确保足够的物理特性，且采取物理交联处理方式时还很难控制胶原蛋白在生体内的吸收速度。
此外，在因为各类疾病或外伤等原因而对大脑或各类脏器进行外科手术之后封闭手术创口时，经常需要重新缝合所切开的硬脑膜、心包膜、胸膜、腹膜或浆膜等使其封闭，但是因为缝合部位的收缩或一部分膜的切除，经常会出现无法完全封闭手术创口而在膜中形成缺损部分的情况。
如果不对上述缺损部分进行有效的处理，则可能会因为大脑、心脏、肺、肠等脏器从膜的缺损部分突出而导致重大疾病，或因为脏器或脏器的周边部分被暴露于水或空气中而导致手术创口无法愈合的问题。
所以，目前作为对上述缺损部分进行补足用的医用替代膜，使用从尸体采集的冻干人硬脑膜、膨体聚四氟乙烯(EPTFE)、聚丙烯网膜、特氟龙(Teflon)片、涤纶(Dacron)片等。
但是，在使用上述人硬脑膜时可能会造成所补足的人硬脑膜和脑实质组织之间的粘连并因此导致术后癫痫症状，尤其是上述EPTFE因为无法在生体内分解而作为异物残留，很有可能导致感染现象发生。此外，当与生体组织接触时还经常会导致如组织细胞的脂肪变异等术后并发症。
因此，目前正在积极开发既能够维持其生物化学特性又能够确保其可执行缝合的物理特性，同时还能够在适用到生体之后的一定期间内保持其原有形状的生物膜用原材料的开发。
相关先行技术包括大韩民国公开专利第10-2002-0036225号(公开日期：2002年05月16日，名称：皮肤疾病保护及治疗用生物膜)和大韩民国注册专利第10-1280722号(注册日期：2013年06月25日，名称：由胶原蛋白制成的薄膜多房性结构体和包含该结构体的组织再生材料及其制造方法)等。
专利内容
本发明的目的在于提供一种能够借助于相对简单的制造过程，相比现有的人造生物膜大幅降低其制造成本的同时，细胞培养能力优秀且具有生物相容性的利用蚕茧的人造生物膜及其制造方法。
此外，提供一种具有作为生物膜的优秀的抗张强度和延伸率的利用蚕茧的人造生物膜及其制造方法。
本发明所实现的技术课题并不局限于上述技术课题，具有本发明所属技术领域之一般知识的人员将能够通过下述说明进一步明确理解未被提及的其他技术课题。
为了实现上述目的，适用本发明的利用蚕茧的人造生物膜的特征在于：通过将截面大于第1厚度的蚕茧平面分割成两个以上的适当形态而制造出蚕茧片。
本发明的特征在于：通过将上述第1厚度的上述蚕茧片的厚度再次分割成两个以上的小于第1厚度的第2厚度而制造出上述蚕茧片。
本发明的特征在于：上述对厚度进行分割所得的上述第2厚度的蚕茧片为上述蚕茧片的内皮或中皮或外皮。
本发明的特征在于：上述蚕茧片经过灭菌处理或包装。
适用本发明的利用蚕茧的人造生物膜制造方法的特征在于，包括：步骤1，通过将截面大于第1厚度的蚕茧平面分割成两个以上的适当形态而制造出上述第1厚度的蚕茧片。
本发明的特征在于，包括：步骤2，通过将在上述步骤1中所制造出的上述第1厚度的蚕茧片的厚度分割成一个以上而制造出其厚度小于上述第1厚度的第2厚度的蚕茧片。
本发明的特征在于，包括：步骤3，对在上述步骤2中制造出的上述第2厚度的蚕茧片进行包装。
本发明的特征在于，还包括：在上述各个步骤之前或之后进行至少一次以上的灭菌处理的步骤。
本发明的特征在于：上述第2步骤中的上述第2厚度的蚕茧片为内皮或中皮或外皮。
适用本发明的人造生物膜具有优秀的生物膜所必须的物理特性即抗张强度和延伸率，细胞培养能力优秀且具有生物相容性。同时，因为制造过程简单，所以相比现有的人造生物膜能够大幅降低其制造成本。
附图说明
图1是适用本发明之实施例的利用蚕茧的人造生物膜的制造过程示意图。
图2是适用本发明之变形例的利用蚕茧的人造生物膜的制造过程示意图。
图3是在适用本发明的人造生物膜中所使用的蚕茧的形态示意图。
图4是适用本发明的利用蚕茧的人造生物膜的机械物理特性(抗张强度)示意图。
图5是适用本发明的利用蚕茧的人造生物膜的细胞培养能力示意图。
具体实施方式
除非另有说明，本说明书中所记载的术语、技术等的含义与本发明所属技术领域中通常使用的含义相同。下面，将对本发明进行详细说明。
生物膜是指细胞膜或细胞器膜，即，作为与外部环境之间的壁垒，能够防止核酸、蛋白质、其他生体物质向外部扩散，形成独立的环境，维持正常的生命活动。此外，通过包裹细胞避免其受到外部环境的影响，并在细胞质和外部环境之间起到物质输送通道的作用。
因此，生物膜应在具有可执行缝合的物理特性的同时，还应能够在适用到生体之后的一定期间内保持其原有形状。此外，应使用能够防止术后的手术创口的粘连、防止感染、不会造成组织变异、具有再生促进作用等特性的原材料。
作为人造生物膜，通常使用人造神经管、人造脊髓、人造食道、人造器官、人造血管、人造阀、替代硬脑膜、人造尔摩等人造医用替代膜。
但是，目前为止被广泛使用的人造生物膜为了使其配备如上所述的特性而需要经过如多种物理交联处理等与处理过程，在长期植入到人体时可能会导致对生体造成毒性或在生体内部作为异物残留等问题。此外，为了使其配备如上所述的特性而进行的与处理过程及药品处理等会导致产品成本的大幅上升，因此很难普遍使用。
因此，本发明人制造出了一种能够借助于相对简单的制造过程，相比现有的人造生物膜大幅降低其制造成本的同时，细胞培养能力优秀且具有生物相容性的利用蚕茧的人造生物膜及其制造方法。
下面，将结合图1对适用本发明的利用蚕茧的人造生物膜的制造方法进行详细说明。
1.步骤1：制造第1厚度的蚕茧片
如图1A所示，准备第1厚度截面的蚕茧10。
蚕茧是指蚕通过吐丝围绕自己的身体制成的壳，通常用作丝绸的原料。本发明能够通过再利用上述闲置资源即蚕茧创造出全新的高附加价值，并起到提升养蚕农户收入的效果。
上述蚕茧是蚕在吞食干净桑叶的同时自然制成，没有任何毒性，非常适合于作为环保原材料使用。
因此，在本发明中选择蚕茧10作为人造生物膜的原材料，上述所准备的蚕茧10将通过如图1B至1E所示的制造步骤被平面分割成两个以上的适当形态，并制造出上述第1厚度的蚕茧片。
具体来讲，如图1B所示，沿着切开线一11将椭圆形蚕茧11切成两半。被切成两半的蚕茧呈半椭圆形，接下来如图1C所示，打开上述已切开的蚕茧使其内表面13外露。
接下来，切开半椭圆形蚕茧的边缘，使上述打开后的蚕茧内表面13能够形成如图1D所示的展开状态，然后制造出如图1E所示的第1厚度的蚕茧片20。
通过本发明制造的人造生物膜并不要求形成平坦的表面。即，因为切开后的蚕茧的形状为曲面形状，所以在需要时可以直接利用上述曲面形状制造人造生物膜。在实际制作过程中如果为了制造出较小的人造生物膜而截取较小面积的蚕茧片时，所形成的蚕茧片的表面会相对平滑，但是当从蚕茧截取较大面积的人造生物膜时，也可能会形成一定程度的曲面形状。
作为变形例的图2图示了在本发明中用于制造第1厚度截面的蚕茧片的另一种制造方法。具体来讲，如图2B、2C所示，为了使所准备的椭圆形蚕茧10的内表面13外露，沿着切开线二15和切开线三17切开之后将其打开。接下来如图2D所示，直接以曲线形状将其展开之后制造出如图2E所示的第1厚度的蚕茧片20。
图1及图2中所公开的蚕茧片的制造方法仅为说明性的实施例，并不是对从蚕茧中截取出蚕茧片的方法做出的限定。即，能够按照上述图1及图2中公开的方法切开所准备的蚕茧并截取出第1厚度的蚕茧片，也能够按照其他方法和顺序通过适当的截取操作制造出蚕茧片。
2.步骤2：制造第2厚度的蚕茧片(人造生物膜)
在上述步骤1中所制造出的上述第1厚度的蚕茧片20是由多层层叠构成，从中截取任意截面层都能够将其作为人造生物膜使用。
因此，为了能够将在步骤1中所制造出的上述第1厚度的蚕茧片20作为人造生物膜使用，将其厚度分割成一个以上的适当的厚度，制造出第2厚度的蚕茧片30。此时，通过厚度分割形成的上述第2厚度小于第1厚度。
通过如上所述的方式制造出的蚕茧片30能够直接以制造后的状态作为人造生物膜适用于任意用途。在必要时，还能够额外进行杀菌处理和药品处理。
具体来讲，根据不同的品种，蚕茧的截面厚度可能是0.3～1.0mm之间的各种厚度。
本发明原则上能够使用任意类型的蚕茧。但是在适用本发明的实施例中，选用截面的厚度为0.5～0.8mm的蚕茧。此外在本发明中，对于蚕茧内皮、中皮及外皮的区分进行如下定义。首先，将从蚕茧的外部表面到蚕茧截面厚度的约25％的部分定义为外皮。接下来，将从蚕茧的内部表面到蚕茧截面厚度的约15％的部分定义为内皮。最后，将剩余的60％即从外部表面开始去除外皮及从内部表面开始去除内皮之后的部分定义为中皮。上述截面厚度相关的数值如图3所示，是通过各个部分(内皮、中皮、外皮)保持其各自特征的边界值得到确认。即，从蚕茧的外部表面到截面厚度约25％的蚕茧片为外皮，其特征在于具有较高的延伸率；从外皮后开始到截面厚度约60％的部分为中皮，其特征在于因为孔隙率较高而具有较高的细胞生长能力；而最后剩余的截面厚度的约15％的部分为内皮，其特征在于具有平滑的表面和较高的抗张强度。
虽然根据蚕茧的截面厚度而有一定的差异，但是对蚕茧片进行平面分割时，最多能够轻松地剥离出约16层左右。根据人造生物膜的类型或用途，可以对其厚度进行调整以实现适当的强度或延伸率。实际上，利用截面厚度为0.5～0.8mm的蚕茧最终分割出的人造生物膜的厚度约为0.01mm至0.7mm、通过上述方法生成的上述蚕茧片30，能够按照人造生物膜的不同用途，选用符合各自特性的蚕茧片。
如图4所示，外皮35因为其延伸率高于内皮31及中皮33，能够较好地适用于需要较强弹性的生物膜。外皮的延伸率最高而内皮的延伸率最低。
此外，内皮31因为表面平滑不易粘连且抗张强度最高，能够较好地适用于需要较强强度的生物膜。内皮的抗张强度最高而外皮的抗张强度最低。
此外，中皮33因为孔隙率较高而具有较高的细胞生长能力，能够较好地适用于需要快速治愈缺损部位的生物膜。
下面将通过实施例及试验例对本发明进行更为详细的说明，但这些实施例及试验例仅用于说明的目的，并不是对本发明的保护范围做出的限制。
<实施例1>制造适用本发明的人造生物膜1
准备好蚕茧10，在切开所准备的上述蚕茧的适当部分之后将其打开使内表面外露。
接下来对其进行整平处理，将曲面状态的内部调整到平面形态。
接下来截取制造出长方形形状的蚕茧片20。
对于通过如上所述的方式制造出的上述截取出的蚕茧片20，剥离出了0.07mm厚度的最内侧面13部分即内皮。
接下来对剥离出的内皮部分进行灭菌处理，从而制造出适用本发明的人造生物膜1。
<实施例2>制造适用本发明的人造生物膜2
准备好在上述实施例1中剥离出内皮之后的剩余的蚕茧片。
从上述所准备的蚕茧片中，剥离出0.07mm厚度的与上述剥离出内皮的部分相反的最外侧部分即外皮。
接下来对剥离出的外皮部分进行灭菌处理，从而制造出适用本发明的人造生物膜2。
<实施例3>制造适用本发明的人造生物膜3
在上述实施例2中剥离出外皮和内皮之后的剩余部分即中皮中，以0.07mm厚度依次剥离之后进行灭菌处理，从而制造出适用本发明的人造生物膜3。
<试验例1>适用本发明的人造生物膜中所使用的蚕茧的形态确认
1.试验方法
为了对通过实施例1至实施例3得到的适用本发明的人造生物膜中所使用的蚕茧的各层形态进行观察，在利用扫描式电子显微镜(SEM)进行放大拍摄的同时进行肉眼观察，其结果如图3所示。
2.试验结果
通过图3可以发现，根据蚕茧不同的层，构成内皮(实施例1，A)、中皮(实施例3，B)、外皮(实施例2，C)的蚕丝厚度和空隙形态等均呈现出一定的形态差异，内皮在肉眼观察时也能够发现其表面更加平滑。这表示内皮、中皮、外皮能够分别适用于不同用途的生物膜。
换言之，如图3所示，内皮因为其表面平滑而具有防水效果，能够较好地适用于需要不易粘连的特性的生物膜，而中皮因为孔隙率较高而具有较高的细胞生长能力，能够较好地适用于需要快速治愈缺损部位的生物膜。
<试验例2>适用本发明的利用蚕茧的人造生物膜之各个蚕茧层的机械物理特性的 测定
1.试验方法
为了对通过实施例1至实施例3得到的适用本发明的利用蚕茧的人造生物膜之各个蚕茧层的机械物理特性进行测定，利用万能试验机(universal testing machine，DAEYEONG，韩国制造)进行了抗张试验。
所制作的分析用试料大小为2.5×0.07(长×宽)mm，以标距长度10mm、10mm/分钟的速度对所制作的膜进行拉伸测定。
其结果如图4(测定单位压力(strain,mm)下的拉伸强度(stress,MPa))及下述表1所示。
2.试验结果
【表1】
抗张强度(MPa) 延伸率(％)
内皮(实施例1) 60.20±5.3 12.45±1.5
中皮(实施例3) 46.19±2.2 15.05±1.7
外皮(实施例2) 29.36±3.1 18.93±1.3
通过图4及表1可以发现，不同蚕茧层之间的抗张强度和拉伸率也有不同，内皮的抗张强度最高，而外皮的延伸率最高。
换言之，抗张强度较高的内皮能够较好地适用于受到强度影响较多的人造生物膜中。
而延伸率较高的外皮则能够较好地适用于需要具有较好的拉伸特性及弹性的生物膜中。
<试验例3>适用本发明的利用中皮的人造生物膜在不同厚度下的机械物理特性的 测定
1.试验方法
为了对利用中皮的人造生物膜在不同厚度下的机械物理特性进行测定，利用万能试验机(universal testing machine，DAEYEONG，韩国制造)进行了抗张试验。其中，分别对干燥状态的试料和在生理食盐水中浸泡1个小时之后的湿润状态的试料进行了机械物理特性的分析。作为对照组，使用市售的胶原蛋白膜进行了分析。所制作的分析用试料大小为20×2.5(长×宽)mm，以标距长度20mm、10mm/分钟的速度对所制作的膜进行拉伸测定。其结果如下述表2所示。
2.试验结果
【表2】
通过上述表2可以发现，不同厚度的蚕茧之间的抗张强度和延伸率也有不同，厚度越大抗张强度和延伸率就越高，且湿润状态下的抗张强度和延伸率均高于干燥状态。与此相反，市售的人造生物膜即胶原蛋白膜在湿润状态下的抗张强度减少了16倍。这表示相对于湿润状态的胶原蛋白膜，利用蚕茧制成的生物膜的物理特性能够保持更长的时间。
<试验例4>适用本发明的人造生物膜的细胞培养能力测定
1.试验方法
为了对人造生物膜的细胞培养能力进行测定，将取自家鼠的纤维细胞L929在人造生物膜上以37、5％CO2条件进行了培养。作为细胞培养用的培养基，使用了包含10％(v/v)FBS(胎牛血清，GIBCO)和100U链霉素以及100μg/ml的青霉素(GIBCO)的DMEM培养基(杜尔伯科改良伊格尔培养基-高糖，Dulbeccos modified Eagles medium-high glucose，WelGENE，韩国制造)。利用MTT法对人造生物膜的细胞培养能力进行了测定。
其结果如图5(测定内皮、中皮、外皮的细胞生长相对活性(relative activity))所示。
2.试验结果
通过图5可以发现，所有层的蚕茧人造生物膜中的细胞生长都比较优秀，尤其是中皮相对于内皮，其细胞生长增加了4倍。
换言之，相对于内皮，中皮能够较好地适用于需要良好的细胞生长能力的生物膜中。此外，作为对照组对市售的胶原蛋白膜进行比较可以发现，相对于胶原蛋白膜的细胞生长能力，适用本发明的蚕茧人造生物膜的细胞生长能力有显著的提升。
上面着重对适用本发明的较佳实施例及试验例进行了说明，具有本发明所属技术领域之一般知识的人员能够在本发明的技术范围之内，实现与上述本发明的详细说明不同形态的实施例及试验例。本发明的本质性技术范围由权利要求书决定，与其同等范围内的所有差异均包含于本发明的范围内。
【符号说明】
10：蚕茧
11：切开线一
13：内表面
15：切开线二
17：切开线三
20：第1厚度的蚕茧片
30：第2厚度的蚕茧片
31：内皮
33：中皮
35：外皮

Claims (16)

1.一种利用蚕茧的人造生物膜，其特征在于：
通过将截面大于第1厚度的蚕茧平面分割成两个以上的适当形态而制造出上述蚕茧片。
2.根据权利要求1所述的利用蚕茧的人造生物膜，其特征在于：
通过将上述第1厚度的上述蚕茧片的厚度再次分割成两个以上的小于第1厚度的第2厚度而制造出上述蚕茧片。
3.根据权利要求2所述的利用蚕茧的人造生物膜，其特征在于：
上述对厚度进行分割所得的上述第2厚度的蚕茧片为上述蚕茧片的内皮。
4.根据权利要求2所述的利用蚕茧的人造生物膜，其特征在于：
上述对厚度进行分割所得的上述第2厚度的蚕茧片为上述蚕茧片的中皮。
5.根据权利要求2所述的利用蚕茧的人造生物膜，其特征在于：
上述对厚度进行分割所得的上述第2厚度的蚕茧片为上述蚕茧片的外皮。
6.根据权利要求3所述的利用蚕茧的人造生物膜，其特征在于：
上述蚕茧片经过灭菌处理。
7.根据权利要求4所述的利用蚕茧的人造生物膜，其特征在于：
上述蚕茧片经过灭菌处理。
8.根据权利要求5所述的利用蚕茧的人造生物膜，其特征在于：
上述蚕茧片经过灭菌处理。
9.根据权利要求6至权利要求8中的某一项所述的利用蚕茧的人造生物膜，其特征在于：
上述蚕茧片经过包装处理。
10.一种利用蚕茧的人造生物膜制造方法，其特征在于，包括：
步骤1，通过将截面大于第1厚度的蚕茧平面分割成两个以上的适当形态而制造出上述第1厚度的蚕茧片。
11.根据权利要求10所述的利用蚕茧的人造生物膜制造方法，其特征在于，包括：
步骤2，通过将在上述步骤1中所制造出的上述第1厚度的蚕茧片的厚度分割成一个以上而制造出其厚度小于上述第1厚度的第2厚度的蚕茧片。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的利用蚕茧的人造生物膜制造方法，其特征在于，包括：
步骤3，对在上述步骤2中制造出的上述第2厚度的蚕茧片进行包装。
13.根据权利要求10或权利要求11所述的利用蚕茧的人造生物膜制造方法，其特征在于，还包括：
在上述各个步骤之前或之后进行至少一次以上的灭菌处理的步骤。
14.根据权利要求12所述的利用蚕茧的人造生物膜制造方法，其特征在于，包括：
上述第2步骤中的上述第2厚度的蚕茧片为内皮。
15.根据权利要求12所述的利用蚕茧的人造生物膜制造方法，其特征在于，包括：
上述第2步骤中的上述第2厚度的蚕茧片为中皮。
16.根据权利要求12所述的利用蚕茧的人造生物膜制造方法，其特征在于，包括：
上述第2步骤中的上述第2厚度的蚕茧片为外皮。
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