CN106730019A - 一种复合支架材料及其制备 - Google Patents

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陆尔松
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徐文海
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Abstract

本发明属于组织工程材料领域，特别涉及一种复合支架材料及其制备，根据羧甲基壳聚糖、透明质酸、丝素蛋白和碳纳米管溶液正、负电荷的相互作用复合，制得的复合物结合各原料的优点，具有优异的低抗原性、低刺激性和低细胞毒性，以及促进细胞生长及力学性能，冻干得到的产物为三维多孔结构，孔隙多，比表面积大，可进一步搭载药物或者细胞生长因子，达到缓释的效果。

Description

一种复合支架材料及其制备
技术领域
本发明属于组织工程材料领域，特别涉及一种复合支架材料及其制备。
背景技术
羧甲基壳聚糖是一种水溶性壳聚糖衍生物，具备有抗菌、抗病毒等作用，生物相容性好，是一种两性聚电解质。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。而作为碳材料的一种，碳纳米管也具备优良的生物相容性。一般来讲，单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，其表面要纯净一些，而多壁碳纳米管表面要活泼得多，结合有大量的表面基团，如羧基等。碳纳米管具有良好的力学性能，抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。
透明质酸是一种酸性粘多糖，以其独特的分子结构和理化性质在机体内显示出多种重要的生理功能，如润滑关节，调节血管壁的通透性，调节蛋白质，水电解质扩散及运转，促进创伤愈合等。尤为重要的是，透明质酸具有特殊的保水作用，是目前发现的自然界中保湿性最好的物质，被称为理想的天然保湿因子。透明质酸是一种多功能基质，透明质酸广泛分布于人体各部位。其中皮肤也含有大量的透明质酸。人类皮肤成熟和老化过程也随着透明质酸的含量和新陈代谢而变化，它可以改善皮肤营养代谢，使皮肤柔嫩、光滑、去皱、增加弹性、防止衰老，在保湿的同时又是良好的透皮吸收促进剂。与其他营养成分配合使用，可以起到促进营养吸收的更理想效果。
丝素蛋白，是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，含量约占蚕丝的70%～80%，具备良好的柔韧性、透气透湿性、缓释性及生物相容性。
生物支架是指在组织工程中，为细胞生长输送营养及排泄代谢产物的三维多孔结构的细胞载体。因此支架材料通常要求具备良好的生物相容性、三维多孔结构和一定的力学性能。
现有技术中的生物支架材料分为天然材料及人工合成材料，天然材料往往具有优良的生物相容性，但力学性能往往有所欠缺，而人工合成材料生物相容性欠佳，或者不具备相适应的力学性能。
发明内容
本发明是解决现有技术中生物支架材料生物相容性不好，力学性能不佳的技术的问题，提供一种兼具优异生物相容性、三维多孔结构和力学性能的复合支架材料。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种复合支架材料，由以下重量份的原料组成：
羧甲基壳聚糖：10-30份；
透明质酸：10-30份；
丝素蛋白：30-65份；
碳纳米管：4-10份。
优选地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径为20-40 nm，长度为2-5微米。
羧甲基壳聚糖是一种水溶性壳聚糖衍生物，具备有抗菌、抗病毒等作用，生物相容性好，是一种两性聚电解质；透明质酸在维持组织形态和保持组织抗压缩性及张力方面具有重要作用，还对细胞具有多种作用，如保护细胞，影响细胞移动、增殖和分化，影响细胞的吞噬功能，屏蔽细胞膜上的机械感受器等；丝素蛋白对细胞的粘附性较强，具备优异的生物降解性能、生物相容性、低抗原性、低刺激性和低细胞毒性；多壁碳纳米管具备优异的力学性能和生物相容性；羧甲基壳聚糖、透明质酸、丝素蛋白和少量碳纳米管复合，制得的复合材料集合了其优点，具有优异的低抗原性、低刺激性和低细胞毒性，以及促进细胞增值分化性能及力学性能。
优选地，所述的复合支架材料由以下重量份的原料组成：
羧甲基壳聚糖：20份；
透明质酸：20份；
丝素蛋白：54份；
碳纳米管：6份。
一种复合支架材料的制备方法，包括以下步骤：
A.将羧甲基壳聚糖溶解于超纯水中，制得羧甲基壳聚糖水溶液；
B.将透明质酸溶解于超纯水中，制得透明质酸水溶液；
C.将丝素蛋白溶解于超纯水中，制得丝素蛋白水溶液；
D.将多壁碳纳米管加入15 mg/mL 十六烷基三甲基溴化铵溶液中，混合均匀后，超声4小时，多壁碳纳米管浓度为2-5 mg/mL；
E.将步骤A、B、C、D制得的溶液混合均匀，超声3小时；
F.将海藻酸钠溶液加入步骤E的混合溶液中，室温条件下搅拌12小时；
G.将步骤F制得的混合溶液冷冻干燥，制得复合支架材料。
羧甲基壳聚糖在水溶液中产生大量带正电荷的伯氨基，透明质酸溶解于水后带有负电荷，丝素蛋白溶解于水后带负电荷，碳纳米管表面吸附十六烷基三甲基溴化铵带正电荷，海藻酸钠溶解于水后形成大量带负电荷的羧基，溶液混合后，由于正、负电荷相互作用形成凝胶，不需要苛刻的反应条件和额外的交联剂。
优选地，所述步骤F中海藻酸钠溶液的质量浓度为5-10%，体积为混合溶液30%-50%。
优选地，所述步骤G的冻干条件为：真空条件下，温度为-120℃--80℃，干燥时间6-12小时。冻干后，所得产物为三维多孔结构，孔隙多，比表面积大，可进一步搭载药物或者细胞生长因子，达到缓释的效果。
相对于现有技术，本发明的优点如下，本发明的复合支架材料根据羧甲基壳聚糖、透明质酸、丝素蛋白和碳纳米管溶液正、负电荷的相互作用复合，制得复合物结合各原料的优点，具有优异的低抗原性、低刺激性和低细胞毒性，以及促进细胞生长及力学性能，冻干得到的产物为三维多孔结构，孔隙多，比表面积大，可进一步搭载药物或者细胞生长因子，达到缓释的效果。
具体实施方式
实施例1：
一种复合支架材料，由以下重量份的原料组成：
羧甲基壳聚糖：10-30份；
透明质酸：10-30份；
丝素蛋白：30-65份；
碳纳米管：4-10份。
优选地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径为20-40 nm，长度为2-5微米。
羧甲基壳聚糖是一种水溶性壳聚糖衍生物，具备有抗菌、抗病毒等作用，生物相容性好，是一种两性聚电解质；透明质酸在维持组织形态和保持组织抗压缩性及张力方面具有重要作用，还对细胞具有多种作用，如保护细胞，影响细胞移动、增殖和分化，影响细胞的吞噬功能，屏蔽细胞膜上的机械感受器等；丝素蛋白对细胞的粘附性较强，具备优异的生物降解性能、生物相容性、低抗原性、低刺激性和低细胞毒性；多壁碳纳米管具备优异的力学性能和生物相容性；羧甲基壳聚糖、透明质酸、丝素蛋白和少量碳纳米管复合，制得的复合材料集合了其优点，具有优异的低抗原性、低刺激性和低细胞毒性，以及促进细胞增值分化性能及力学性能。
实施例2：
一种复合支架材料由以下重量份的原料组成：
羧甲基壳聚糖：20份；
透明质酸：20份；
丝素蛋白：54份；
碳纳米管：6份。
实施例3：
一种复合支架材料的制备方法，包括以下步骤：
A.将羧甲基壳聚糖溶解于超纯水中，制得羧甲基壳聚糖水溶液；
B.将透明质酸溶解于超纯水中，制得透明质酸水溶液；
C.将丝素蛋白溶解于超纯水中，制得丝素蛋白水溶液；
D.将多壁碳纳米管加入15 mg/mL 十六烷基三甲基溴化铵溶液中，混合均匀后，超声4小时，多壁碳纳米管浓度为2-5 mg/mL；
E.将步骤A、B、C、D制得的溶液混合均匀，超声3小时；
F.将海藻酸钠溶液加入步骤E的混合溶液中，室温条件下搅拌12小时；
G.将步骤F制得的混合溶液冷冻干燥，制得复合支架材料。
羧甲基壳聚糖在水溶液中产生大量带正电荷的伯氨基，透明质酸溶解于水后带有负电荷，丝素蛋白溶解于水后带负电荷，碳纳米管表面吸附十六烷基三甲基溴化铵带正电荷，海藻酸钠溶解于水后形成大量带负电荷的羧基，溶液混合后，由于正、负电荷相互作用形成凝胶，不需要苛刻的反应条件和额外的交联剂。
优选地，所述步骤F中海藻酸钠溶液的质量浓度为5-10%，体积为混合溶液30%-50%。
优选地，所述步骤G的冻干条件为：真空条件下，温度为-120℃--80℃，干燥时间6-12小时。冻干后，所得产物为三维多孔结构，孔隙多，比表面积大，可进一步搭载药物或者细胞生长因子，达到缓释的效果。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种复合支架材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：
羧甲基壳聚糖：10-30份；
透明质酸：10-30份；
丝素蛋白：30-65份；
碳纳米管：4-10份。
2.如权利要求1所述的复合支架材料，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径为20-40 nm，长度为2-5微米。
3.如权利要求1所述的复合支架材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：
羧甲基壳聚糖：20份；
透明质酸：20份；
丝素蛋白：54份；
碳纳米管：6份。
4.一种复合支架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.将羧甲基壳聚糖溶解于超纯水中，制得羧甲基壳聚糖水溶液；
B.将透明质酸溶解于超纯水中，制得透明质酸水溶液；
C.将丝素蛋白溶解于超纯水中，制得丝素蛋白水溶液；
D.将多壁碳纳米管加入15 mg/mL 十六烷基三甲基溴化铵溶液中，混合均匀后，超声4小时，多壁碳纳米管浓度为2-5 mg/mL；
E.将步骤A、B、C、D制得的溶液混合均匀，超声3小时；
F.将海藻酸钠溶液加入步骤E的混合溶液中，室温条件下搅拌12小时；
G.将步骤F制得的混合溶液冷冻干燥，制得复合支架材料。
5.如权利要求4所述的复合支架材料的制备方法，其特征在于所述步骤F中海藻酸钠溶液的质量浓度为5-10%，体积为混合溶液30%-50%。
6.如权利要求5所述的复合支架材料的制备方法，其特征在于，所述步骤G的冻干条件为：真空条件下，温度为-120℃--80℃，干燥时间6-12小时。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109651780A (zh) * 2018-11-30 2019-04-19 重庆医科大学附属永川医院 一种复合聚乳酸生物材料及其制备方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104147643A (zh) * 2014-08-06 2014-11-19 江苏双林海洋生物药业有限公司 制备壳聚糖－碳纳米管导电组织工程支架的方法

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