CN107325307A - 一种聚乳酸复合生物膜及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚乳酸复合生物膜及其制备方法和用途，该聚乳酸复合生物膜的材质为聚乳酸和胶原，其中聚乳酸和胶原的质量比为1~9：1~9；聚乳酸复合生物膜的厚度为0.05~0.2mm，厚度精度控制在±0.02mm，比表面积为0.001~0.01m2/g，上面有最大孔径≤10μm的微孔，拉伸强度≥3MPa。该聚乳酸复合生物膜由聚乳酸和胶原为材质得到，同时克服了胶原降解速度快及降解时间不稳定，吸收快的缺点和聚乳酸黏附性差的缺点，是一种新型的防粘连膜，其具有独特的微孔结构，较大的比表面积和柔软的质地，不仅可以促进细胞的粘附和增殖，同时又能防止粘连同时不阻碍营养物质的传输。

Description

一种聚乳酸复合生物膜及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及生物膜技术领域，具体说是一种聚乳酸复合生物膜及其制备方法和用途。
背景技术
牙科手术中常需要应用引导骨再生术 (GBR, Guided Bone Regeneration)，胶原是细胞外基质的一种成分，已经广泛应用于引导骨再生术中。胶原膜有较好的生物相容性，能促进成骨细胞增殖、黏附、迁移和分化，并具有阻挡成纤维细胞快速入侵骨组织生长位点、隔开软组织与硬组织的生长等屏障功能。然而目前使用的胶原膜降解吸收较快、强度差，成本高，并且容易引起一些炎症和产生一定的细胞毒性。
外科手术后组织粘连是有手术史以来国内外亟待解决的重要医学难题之一。在外科领域开展的手术中，绝大多数都涉及到防止组织之间粘连的问题。术后粘连可以引起严重的并发症，如腹部、盆腔等均可引起粘连性肠梗阻，甲状腺手术后引起喉返神经损伤以及因盆腔组织粘连而导致的女性不育症，60%的手术患者需要采取一定的防粘连措施。然而目前使用的。聚乳酸生物膜的主要成分为聚乳酸及其共聚物，用于手术部位可以满足临床对预防组织粘连的要求，但是目前使用的聚乳酸生物膜普遍存在与机体的粘附性差，不易固定难于操作，限制了聚乳酸生物膜的广泛应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种聚乳酸复合生物膜及其制备方法和用途。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种聚乳酸复合生物膜，该聚乳酸复合生物膜的材质为聚乳酸和胶原，其中聚乳酸和胶原的质量比为1~9：1~9；聚乳酸复合生物膜的厚度为0.05~0.2mm，厚度精度控制在±0.02mm，比表面积为0.001~0.01m2/g，上面有最大孔径≤10μm的微孔，拉伸强度≥3MPa。
优选的，聚乳酸为外消旋聚乳酸或左旋聚乳酸，特性粘数[η]为30mL/g～200mL/g，重均分子量Mw为20000～300000；分子量分布为1.0～2.5。
优选的，胶原为I 型胶原或II型胶原。
本发明还包括聚乳酸复合生物膜的制备方法，包括以下步骤：
①将聚乳酸和胶原溶解于有机溶剂中，得到混合溶液；
②将步骤①所得混合溶液通过静电纺丝法或冻干法得到复合生物膜；
③将步骤②所得复合生物膜在交联剂溶液的作用下交联14~40小时，得到聚乳酸复合生物膜；所述交联剂溶液为1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和/或N羟基琥珀酰亚胺溶于水、乙酸乙酯或乙醇中的至少一种中得到，交联剂溶液的浓度为0.001~0.1g/mL。
优选的制备方法，静电纺丝法中纺丝液的供给流量为0.3~15毫升/小时，电压为10~25KW，接收距离为5~25cm，纺丝温度为20~50℃，纺丝速度为2~6m/min，烘干温度为20~50℃。
优选的制备方法，冻干法的具体操作过程包括脱泡、涂膜、预冷冻和冷冻干燥；其中预冷冻的温度为-25℃~-200℃，预冷冻时间为0.5~5小时；冷冻干燥曲线为先将温度设定为-40℃保持3小时，再以10℃/小时的升温速度升温至0℃，然后以20℃/小时的升温速度升温至30℃并保持3小时。
优选的制备方法，有机溶剂为丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、去离子水、1,4-二氧六环、六氟异丙醇、乙醇、甲醇、二甲基亚砜、乙酸、乙酸乙酯或三氟乙酸中的至少一种。
优选的制备方法，包括以下步骤：
①将聚乳酸加入二氯甲烷和氯仿的混合溶剂中，将胶原和乙酸混合,将两溶液混合均匀，室温下磁力搅拌使其完全溶解，得到均一透明的混合溶液；其中聚乳酸和胶原和混合溶剂的质量体积比为5g:1g:500ml；二氯甲烷和氯仿的体积比为9:1；
②将步骤①所得混合溶液装入注射器中，喷头装置上选用19G针头，调节电压为20KV，流速为2.5ml/h，纺丝温度为25℃，针尖与接收板的距离为13cm，纺丝速度为 3m/min，烘干温度为30℃，连续电纺5h后，从铝箔上剥离，得到复合生物膜；
③将步骤②所得复合生物膜在交联剂溶液的作用下交联40小时，得到聚乳酸复合生物膜；所述交联剂溶液为1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N羟基琥珀酰亚胺溶于水中所得，交联剂溶液的浓度为0.1g/mL。
本发明还包括聚乳酸复合生物膜的用途，用于医用材料和生物材料中，作为种植牙及牙周骨缺损保护膜、术后防粘连膜、鼻中隔补膜、鼓膜修复膜、生物脑膜补片、人造皮肤、引导骨再生术及引导组织再生术的生物膜。
聚乳酸有三种立体构型：聚右旋乳酸(PDLA)，聚左旋乳酸(PLLA)和聚消旋乳酸(PDLLA)。PDLA和PLLA是两种具有光学活性的有规立体构型聚合物，25℃时比旋光度分别为+157°，-157°。Tg、Tm分别为58℃和215℃，熔融或溶液中均可结晶、结晶度可达60％左右。PDLLA是无定形非晶态材料，Tg为58℃，无熔融温度。本发明中所述聚乳酸包括外消旋聚乳酸(PDLLA)或左旋聚乳酸(PLLA)。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明提供了一种聚乳酸复合生物膜及其制备方法和用途，该聚乳酸复合生物膜由聚乳酸和胶原为材质得到，同时克服了胶原降解速度快和降解时间不稳定，吸收快的缺点和聚乳酸黏附性差的缺点，是一种新型的防粘连膜，其具有独特的微孔结构，较大的比表面积和柔软的质地，不仅可以促进细胞的粘附和增殖，同时又能防止粘连同时不阻碍营养物质的传输；
本发明的聚乳酸复合生物膜兼具有聚乳酸和胶原的优点，降解时间可控，降解产物可完全吸收，无体内残留，具有良好的生物相容性能够避免积液和积血现象，具有显著的口腔隔离和防粘连效果；本发明的聚乳酸复合生物膜采用1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和/或N羟基琥珀酰亚胺中的一种或两种为交联剂，使得生物膜具有较大的力学强度和柔韧性，并且解决了现有的聚乳酸生物膜与机体粘附性差，不易固定的问题，能够有效地防止临床预防组织粘连的要求。
本发明的制备方法采用静电纺丝技术或冷冻法可以设计出合适的孔径和直径的纳米材料，采用本发明的制备方法所得的纤维是纳米级，比传统的方法得到的无纺布直径小几个数量级，得到的聚乳酸复合生物膜的膜片具有孔隙率高、比表面积大，纤维精细度与均一度高、长径比大的优点，更有利于体内营养物质的交换，避免积血和积液现象，起到更好的口腔隔离和防粘连效果。
附图说明
图1为实施例1的聚乳酸复合生物膜的电镜照片；图中为放大1500倍观察到的聚乳酸复合生物膜，该膜的白色线为纤维，黑色区域为孔，可以看出孔径小于10um，纤维直径为100-500nm。
具体实施方式
实施例1
一种聚乳酸复合生物膜，其中聚乳酸和胶原的质量比为5：1；采用静电纺丝法制备，聚乳酸复合生物膜的厚度为0.05mm，厚度精度控制在±0.02mm，比表面积为0.001m2/g，上面有最大孔径≤10μm的微孔，拉伸强度≥3MPa。
实施例2
一种聚乳酸复合生物膜，其中聚乳酸和胶原的质量比为8：1；采用静电纺丝法制备，聚乳酸复合生物膜的厚度为0.1mm，厚度精度控制在±0.02mm，比表面积为0.01m2/g，上面有最大孔径≤10μm的微孔，拉伸强度≥3MPa。
实施例3
一种聚乳酸复合生物膜，其中聚乳酸和胶原的质量比为3：2；聚乳酸为外消旋聚乳酸，特性粘数[η]为100mL/g，重均分子量Mw为300000；分子量分布为2.0；采用冷冻干燥法制备，聚乳酸复合生物膜的厚度为0.2mm，厚度精度控制在±0.02mm，比表面积为0.005m2/g，上面有最大孔径≤10μm的微孔，拉伸强度≥3MPa。
实施例4
一种聚乳酸复合生物膜，其中聚乳酸和胶原的质量比为1：3；外消旋聚乳酸的特性粘数[η]为30mL/g，重均分子量Mw为20000；分子量分布为1.0；聚乳酸复合生物膜的厚度为0.15mm，厚度精度控制在±0.02mm，比表面积为0.008m2/g，上面有最大孔径≤10μm的微孔，拉伸强度≥3MPa。
实施例5
实施例1的聚乳酸复合生物膜的制备方法，包括以下步骤：
①将5g聚乳酸加入20ml二氯甲烷和氯仿的混合溶剂中，将1g胶原和480ml乙酸混合,将两溶液混合均匀，室温下磁力搅拌使其完全溶解，得到均一透明的混合溶液；二氯甲烷和氯仿的体积比为9:1；
②将步骤①所得混合溶液装入注射器中，喷头装置上选用19G针头，调节电压为20KV，流速为2.5ml/h，纺丝温度为25℃，针尖与接收板的距离为13cm，纺丝速度为 3m/min，烘干温度为30℃，连续电纺5h后，从铝箔上剥离，得到复合生物膜；
③将步骤②所得复合生物膜在交联剂溶液的作用下交联40小时，得到聚乳酸复合生物膜；所述交联剂溶液为1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N羟基琥珀酰亚胺溶于水中所得，交联剂溶液的浓度为0.1g/mL。
实施例6
实施例2的聚乳酸复合生物膜的制备方法，包括以下步骤：
①将8g聚乳酸加入40ml二氯甲烷和氯仿的混合溶剂中，将1g胶原和460ml乙酸混合,将两溶液混合均匀，室温下磁力搅拌使其完全溶解，得到均一透明的混合溶液；二氯甲烷和氯仿的体积比为9:1；
②将步骤①所得混合溶液通过静电纺丝法得到复合生物膜；在静电纺丝法中各参数的设定如下：纺丝液的供给流量为15毫升/小时，电压为25KW，接收距离为25cm，纺丝温度为50℃，纺丝速度为6m/min，烘干温度为50℃；
③将步骤②所得复合生物膜在交联剂溶液的作用下交联30小时，得到聚乳酸复合生物膜；所述交联剂溶液为1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N羟基琥珀酰亚胺溶于水中得到，交联剂溶液的浓度为0.005g/mL。
实施例7
实施例3的聚乳酸复合生物膜的制备方法，包括以下步骤：
①将3g聚乳酸加入20ml氯仿和1,4-二氧六环的混合溶剂中，将2g胶原和480ml乙酸混合,将两溶液混合均匀，室温下磁力搅拌使其完全溶解，得到均一透明的混合溶液；氯仿和1,4-二氧六环的体积比为1:5；
②将步骤①所得混合溶液通过冻干法得到复合生物膜；冻干法的具体操作过程包括脱泡、涂膜、预冷冻和冷冻干燥；其中预冷冻的温度为-20℃，预冷冻时间为0.5小时；冷冻干燥曲线为先将温度设定为-40℃保持3小时，再以10℃/小时的升温速度升温至0℃，然后以20℃/小时的升温速度升温至30℃并保持3小时。
③将步骤②所得复合生物膜在交联剂溶液的作用下交联14小时，得到聚乳酸复合生物膜；所述交联剂溶液为1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N羟基琥珀酰亚胺溶于水中，交联剂溶液的浓度为0.1g/mL。
实施例8
实施例4的聚乳酸复合生物膜的制备方法，包括以下步骤：
①将1g聚乳酸加入10ml氯仿和1,4-二氧六环的混合溶剂中，将3g胶原和490ml乙酸混合,将两溶液混合均匀，室温下磁力搅拌使其完全溶解，得到均一透明的混合溶液；氯仿和1,4-二氧六环的体积比为1:5；
②将步骤①所得混合溶液通过冻干法得到复合生物膜；冻干法的具体操作过程包括脱泡、涂膜、预冷冻和冷冻干燥；其中预冷冻的温度为-100℃，预冷冻时间为2小时；冷冻干燥曲线为先将温度设定为-40℃保持3小时，再以10℃/小时的升温速度升温至0℃，然后以20℃/小时的升温速度升温至30℃并保持3小时。
③将步骤②所得复合生物膜在交联剂溶液的作用下交联35小时，得到聚乳酸复合生物膜；所述交联剂溶液为1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N羟基琥珀酰亚胺溶于水中得到，交联剂溶液的浓度为0.05g/mL。
聚乳酸生物膜的性能测试方法
尺寸：用通用量具或专用量具测量，厚度按照GB/T 6672-2001规定的方法测量。
孔径：按照HY/T 039-1995中8.1规定的方法测定。
所述聚乳酸复合生物膜的厚度可根据涂膜器的厚度调节，为0.05~0.2mm，厚度精度控制在±0.02mm，比表面积为0.001~0.01m2/g，上面有最大孔径≤10μm的微孔，拉伸强度≥3MPa。
本发明所述的聚乳酸复合生物膜的降解吸收时间主要由聚乳酸的分子量大小决定，可以根据聚乳酸的分子量大小（20000-300000）等参数设计临床降解时间，可在体内维持膜形态的时间控制在1~6个月，其中聚乳酸分子量与降解吸收时间关系对照表见表1。
表1 聚乳酸分子量与降解吸收时间关系对照表
动物实验
⒈将实施例1所得的样品用于比格犬牙科骨缺损试验
取健康成年Beagle犬，雌雄兼有，15只，体重大约13.0±1.0kg，随机分5组，每组3只。所有Beagle犬均单笼圈养，定时、定量摄食，自由饮水，采取术前适应性喂养，术前一周洁牙。
实验动物静脉注射麻醉后，拔除双侧下颌第二前磨牙。
待拔牙窝愈合后（2~4周），切开牙龈组织，暴露牙槽骨，用骨钻在牙槽骨上制备基本一致的骨缺损（长3mm，宽4mm，深5mm），填充骨粉后，将聚乳酸复合生物膜覆盖于骨粉及牙槽骨上方（光滑面向下，微尖端面向上），最后将牙龈覆盖于膜上，对齐后轻微按压固定。
每组动物右侧为实验侧，在填充骨粉后覆盖聚乳酸复合生物膜；左侧作为空白对照侧，在填充骨粉骨粉后，直接进行牙龈缝合。
术后 1~3天 给予肌肉注射青霉素（80万 U/d）预防感染。动物饲流食１周，半流食２周，防止咬硬物。
试验期间每天进行肉眼观察，观察是否出现伤口裂开、感染及膜暴露等。
经X射线及病理切边观察并记录。
实验结果：
1、所有创口均愈合良好，无感染、血肿或坏死现象发生。
2、实验侧在术后1个月，隔离膜仍保持完整，与深面组织稍有粘连，缺损区有新骨样组织形成；术后2个月，隔离膜逐渐吸收变薄、破碎，缺损区大部分为新生骨组织充填；术后3个月，隔离膜已完全被吸收，缺损区完全为新生骨组织充填。
空白对照侧在术后2周，缺损区黏膜稍显内陷，其内主要为纤维结缔组织充填；术后1个月，缺损区底部有新生骨组织形成，近牙槽嵴顶主要为纤维结缔组织；术后4个月，缺损区逐渐为新生骨组织充填，近牙槽嵴顶仍可见部分纤维结缔组织，说明实验侧样品，起到了隔离软组织侵入缺损区的作用，有利于促进新生骨组织生长。
观察结果显示，该膜1个月前处于完整状态，于3个月时完全降解为乳酸，经体内新陈代谢后变成CO2和H2O排出体外。
⒉将实施例3的聚乳酸复合生物膜用于比格犬牙科胫骨干骺端骨缺损
实验动物同上，15只，随机分为5组，每组3只。 所有 beagle 犬均单笼圈养，定时、定量摄食，自由饮水。
在犬双侧后肢胫骨区剃毛，常规消毒，实验动物静脉注射麻醉后，全层切开黏骨膜，翻瓣，暴露胫骨干骺端（干骺线以下），同时去除该区骨膜，用直径6mm的环形取骨钻，每侧各制备4个直径6mm、深5mm的骨缺损，不打穿髓腔，每个骨缺损之间间隔为1cm，制造骨缺损时予生理盐水冲洗降温。
每组动物右侧为实验侧，在填充骨粉后覆盖聚乳酸复合生物膜；左侧作为空白对照侧，在填充骨粉骨粉后，直接进行软组织缝合。完成后，双侧均石膏固定。
术后 1~3天 给予肌肉注射青霉素（80万 U/d）预防感染。
试验期间每天进行肉眼观察，观察是否出现伤口裂开、感染及膜暴露等。
经X射线及病理切边观察并记录。
实验结果：
1、所有创口均愈合良好，无感染、血肿或坏死现象发生，说明实验侧聚乳酸复合生物膜起到了很好的隔离作用。
2、实验侧在术后4个月，隔离膜仍保持完整，与软组织稍有粘连，缺损区有新生骨组织形成；术后6个月，隔离膜逐渐吸收变薄、破碎，缺损区大部分为新生骨组织充填；术后8个月，隔离膜已完全被吸收，缺损区完全为新生骨组织充填，试验期间未发现因为骨缺损而造成的病理性骨折。
空白对照侧在术后1个月，缺损区黏膜稍显内陷，其内主要为纤维结缔组织充填；术后2个月，缺损区底部有新生骨组织形成，缺损区顶部主要为纤维结缔组织；术后3、6个月，缺损区逐渐为新生骨组织充填，缺损区顶部仍可见部分纤维结缔组织。说明实验侧聚乳酸复合生物膜，起到了隔离软组织侵入缺损区的作用，有利于促进新生骨组织生长。

Claims (9)

1.一种聚乳酸复合生物膜，其特征在于：该聚乳酸复合生物膜的材质为聚乳酸和胶原，其中聚乳酸和胶原的质量比为1~9：1~9；聚乳酸复合生物膜的厚度为0.05~0.2mm，厚度精度控制在±0.02mm，比表面积为0.001~0.01m2/g，上面有最大孔径≤10μm的微孔，拉伸强度≥3MPa。
2.根据权利要求1所述的一种聚乳酸复合生物膜，其特征在于：聚乳酸为外消旋聚乳酸或左旋聚乳酸，特性粘数[η]为30mL/g～200mL/g，重均分子量Mw为20000～300000；分子量分布为1.0～2.5。
3.根据权利要求1所述的一种聚乳酸复合生物膜，其特征在于：胶原为I 型胶原或II型胶原。
4.权利要求1所述的聚乳酸复合生物膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
①将聚乳酸和胶原溶解于有机溶剂中，得到混合溶液；
②将步骤①所得混合溶液通过静电纺丝法或冻干法得到复合生物膜；
③将步骤②所得复合生物膜在交联剂溶液的作用下交联14~40小时，得到聚乳酸复合生物膜；所述交联剂溶液为1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和/或N羟基琥珀酰亚胺溶于水、乙酸乙酯或乙醇中的至少一种中得到，交联剂溶液的浓度为0.001~0.1g/mL。
5.根据权利要求4所述的聚乳酸复合生物膜的制备方法，其特征在于：步骤②中静电纺丝法中，纺丝液的供给流量为0.3~15毫升/小时，电压为10~25KW，接收距离为5~25cm，纺丝温度为20~50℃，纺丝速度为2~6m/min，烘干温度为20~50℃。
6.根据权利要求4所述的聚乳酸复合生物膜的制备方法，其特征在于：冻干法的具体操作过程包括脱泡、涂膜、预冷冻和冷冻干燥；其中预冷冻的温度为-25℃~-200℃，预冷冻时间为0.5~5小时；冷冻干燥曲线为先将温度设定为-40℃保持3小时，再以10℃/小时的升温速度升温至0℃，然后以20℃/小时的升温速度升温至30℃并保持3小时。
7.根据权利要求4~6所述的聚乳酸复合生物膜的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、去离子水、1,4-二氧六环、六氟异丙醇、乙醇、甲醇、二甲基亚砜、乙酸、乙酸乙酯或三氟乙酸中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的聚乳酸复合生物膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
①将聚乳酸加入二氯甲烷和氯仿的混合溶剂中，将胶原和乙酸混合,将两溶液混合均匀，室温下磁力搅拌使其完全溶解，得到均一透明的混合溶液；其中聚乳酸和胶原和混合溶剂的质量体积比为5g:1g:500ml；二氯甲烷和氯仿的体积比为9:1；
②将步骤①所得混合溶液装入注射器中，喷头装置上选用19G针头，调节电压为20KV，流速为2.5ml/h，纺丝温度为25℃，针尖与接收板的距离为13cm，纺丝速度为 3m/min，烘干温度为30℃，连续电纺5h后，从铝箔上剥离，得到复合生物膜；
③将步骤②所得复合生物膜在交联剂溶液的作用下交联40小时，得到聚乳酸复合生物膜；所述交联剂溶液为1-(3-二甲基氨丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N羟基琥珀酰亚胺溶于水中所得，交联剂溶液的浓度为0.1g/mL。
9.权利要求1所述的聚乳酸复合生物膜的用途，其特征在于：用于医用材料和生物材料中，作为种植牙及牙周骨缺损保护膜、术后防粘连膜、鼻中隔补膜、鼓膜修复膜、生物脑膜补片、人造皮肤、引导骨再生术及引导组织再生术的生物膜。
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