CN107412862B - 一种多孔人工神经支架及其制备方法 - Google Patents

一种多孔人工神经支架及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于医用生物材料技术领域，具体涉及一种多孔人工神经支架及其制备方法。本发明利用冷冻干燥法制备乳酸‑羟基乙酸共聚物/细菌纤维素人工神经支架，首先将一定量的细菌纤维素晶须和乳酸‑羟基乙酸共聚物溶于有机溶剂中，然后浇铸至四氟乙烯模具中，经冷冻干燥后得到乳酸‑羟基乙酸共聚物/细菌纤维素人工神经支架。本发明制备所得人工神经支架具有良好的生物相容性、亲水性能和较高的孔隙率，能够满足神经修复需要，细菌纤维素可以很好地促进神经细胞粘附和增殖，有利于神经损伤修复。所述人工神经支架可以替代自体神经移植的方法，将受损两端神经进行桥接，从而修复神经缺损。

Description

一种多孔人工神经支架及其制备方法
技术领域
本发明属于医用生物材料技术领域，具体涉及一种多孔人工神经支架及其制备方法。
背景技术
神经损伤问题在近几年中愈发的突出，给个人和家庭带来了不可估量的损失和伤害，神经损伤主要由于意外事故或者突发疾病所引起，损伤程度有轻重程度之分，轻者可由自体神经移植修复，神经损伤过于严重损伤长度范围太长的话，自体移植由于其自身的来源有限，自体神经移植由于“拆东墙补西墙”容易造成其他未损伤部位的伤害，影响别的部位神经功能，因此选择一种可替代自体移植修复神经损伤的方法就显得尤为的重要，人工神经支架因微环境可控，降解时间可控，愈发的吸引广大研究工作者的注意。
人工神经支架自研究以来，经历了以下三个阶段：第一阶段，人们尝试使用生物移植体，采用自体的静脉管、羊膜等来桥接缺损神经，主要是因为这些生物移植体含有基底膜与雪旺细胞基底膜相似。第二阶段使用不可降解材料如聚乙烯，聚氯乙烯等，人为的为神经再生提供一个微环境，修复完成后需要二次手术将材料取出，容易造成二次伤害。第三阶段采用可降解材料，为神经再生提供一个暂时的微环境，待神经修复完成后自行降解，降解产物可以被人体吸收，或者排出体外。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，目的在于提供一种冷冻干燥法制备的多孔人工神经支架及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种多孔人工神经支架的制备方法，包括如下步骤：
(1)细菌纤维素的纯化：将细菌纤维素剪成小片状后浸入碱溶液中进行煮沸处理，然后离心、洗涤至中性，得到纯化的细菌纤维素；
(2)细菌纤维素的水解：将步骤(1)所得纯化的细菌纤维素放入酸性溶液中进行水解，向水解产物中加入去离子水稀释、离心，然后调节pH直至中性，将所得产物进行多次透析，再经冷冻干燥后获得细菌纤维素晶须；
(3)将乳酸-羟基乙酸共聚物溶于有机溶剂中，电磁搅拌至充分溶解，再向其中加入步骤(2)所述细菌纤维素晶须，进行超声分散、搅拌后得到均一的溶液；
(4)将步骤(3)所得均一的溶液浇铸到模具中，先进行低温冷冻后进行冷冻干燥，冷冻干燥结束后，得到多孔人工神经支架。
按上述方案，步骤(1)所述煮沸的温度为90℃～100℃，时间为30min～60min。
按上述方案，步骤(1)中所述碱溶液为1wt％NaOH溶液；步骤(2)中所述酸性溶液为60wt％硫酸溶液。
按上述方案，步骤(2)中所述水解的温度为10℃～80℃，时间为0.5～6h。
按上述方案，步骤(3)中所述细菌纤维素晶须和乳酸-羟基乙酸共聚物的质量比为1:100～15:100。
按上述方案，步骤(3)所述均一的溶液中，细菌纤维素晶须的质量浓度为1％～20％。
按上述方案，所述乳酸-羟基乙酸共聚物的分子量为50000～100000Da，所述细菌纤维素的分子量为50000～100000Da。
按上述方案，步骤(3)所述超声分散的超声频率为20KHz，超声时间为20～120min。
按上述方案，步骤(4)所述低温冷冻的温度为-80℃，时间为1～4h，
按上述方案，步骤(4)所述冷冻干燥的时间为12～36h。
上述制备方法制备得到乳酸-羟基乙酸共聚物/细菌纤维素人工神经支架。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过溶液冷冻干燥法制备得到人工神经支架，所述人工神经支架具有一定的网状结构，具有较高的孔隙率，具有一定的仿生性能，有利于神经细胞的增殖和迁移；具有一定的力学性能，能够很好地维持支架基本形状，有利于保护神经支架的内部微环境，保持支架内部结构不受周围组织的影响。
(2)本发明所述乳酸-羟基乙酸共聚物/细菌纤维素人工神经支架具有优越的生物相容性、一定的力学性能和良好的细胞亲和性，能够满足神经修复的基本要求，细菌纤维素晶须的加入进一步提高了神经支架的细胞相容性，其网状结构便于神经细胞的增殖和迁移，促进受损神经的修复；
(3)本发明所述人工神经支架的所有材料均为可降解材料，其降解产物均可以被机体所吸收，或者被机体排出体外，不需要二次手术取出，有利于减轻患者痛苦。
(4)本发明所述人工神经支架的制备方法简单，成本低廉，制备效率较高，具有巨大的潜在应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例中水解前细菌纤维素的SEM平面照片(1μm)。
图2是本发明实施例中水解后细菌纤维素的SEM平面照片(1μm)。
图3是本发明实施例所制备的细菌纤维素/乳酸-羟基乙酸支架扫描电子显微镜(SEM)平面照片(1μm)。
图4是本发明实施例所制备的细菌纤维素/乳酸-羟基乙酸支架扫描电子显微镜(SEM)断面照片(20μm)。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，所述乳酸-羟基乙酸共聚物的分子量为50000～100000Da，所述细菌纤维素的分子量50000～100000Da。
实施例1
使用电子天平，称取一定量的细菌纤维素，配置1L1％NaOH水溶液，用磁力搅拌器加热至90℃，将细菌纤维素剪成小块状浸入其中，煮沸30min，利用搅拌机切割分散约5min，在1000rpm下离心10min后弃上清液，去离子水洗涤至中性，加入60wt％的硫酸溶液，在恒温加热磁力搅拌器中水浴50℃下进行水解3h，向水解产物中加入去离子水进行稀释，稀释后溶液在2000rpm下离心10min，弃掉上清液，加入适量NaOH溶液调节pH值至中性，装入透析袋中，用超纯水透析3天，期间每隔4h换一次水，-80℃冰箱中冷冻1h，再放入冷冻干燥机中冷冻干燥，获得细菌纤维素晶须(BC)。取1.0gPLGA溶解于10mL二氧六环中，磁力搅拌约1h直到PLGA完全溶解，然后加入0.01g细菌纤维素晶须BC，20KHz超声频率超声分散40min，搅拌10min，将均一的溶液，浇铸至预先设置好的模具中，放入-80℃冰箱内冷冻2h，冷冻时注意模具水平放置，再冷冻干燥24h后，即得到多孔人工神经支架。
实施例2
使用电子天平，称取一定量的细菌纤维素，配置1L1％NaOH水溶液，用磁力搅拌器加热至90℃，将细菌纤维素剪成小块状浸入其中，煮沸30min，利用搅拌机切割分散约5min，在1000rpm下离心10min后弃上清液，去离子水洗涤至中性，加入60wt％的硫酸溶液，在恒温加热磁力搅拌器中水浴50℃下进行水解2h，向水解产物中加入去离子水进行稀释，稀释后溶液在2000rpm下离心10min，弃掉上清液，加入适量NaOH溶液调节pH值至中性，装入透析袋中，用超纯水透析3天，期间每隔4h换一次水，-80℃冰箱中冷冻1h，再放入冷冻干燥机中冷冻干燥，获得细菌纤维素晶须(BC)。取1.0gPLGA溶解于10mL二氧六环中，磁力搅拌约1h直到PLGA完全溶解，然后加入0.03g细菌纤维素晶须(BC)，20KHz超声频率超声分散40min，搅拌10min，将均一的溶液，浇铸至预先设置好的模具中，放入-80℃冰箱内冷冻2h，冷冻时注意模具水平放置，再冷冻干燥24h后，即得到多孔人工神经支架。
实施例3
使用电子天平，称取一定量的细菌纤维素，配置1L1％NaOH水溶液，用磁力搅拌器加热至90℃，将细菌纤维素剪成小块状浸入其中，煮沸30min，利用搅拌机切割分散约5min，在1000rpm下离心10min后弃上清液，去离子水洗涤至中性，加入60wt％的硫酸溶液，在恒温加热磁力搅拌器中水浴50℃下进行水解，向水解产物中加入去离子水进行稀释，稀释后溶液在2000rpm下离心10min，弃掉上清液，加入适量NaOH溶液调节pH值至中性，装入透析袋中，用超纯水透析3天，期间每隔4h换一次水，-80℃冰箱中冷冻1h，再放入冷冻干燥机中冷冻干燥，获得细菌纤维素晶须(BC)。取1.0gPLGA溶解于10mL二氧六环中，磁力搅拌约1h直到PLGA完全溶解，然后加入0.05g细菌纤维素晶须(BC)，超声分散40min，搅拌10min，将均一的溶液，浇铸至预先设置好的模具中，放入-80℃冰箱内冷冻2h，冷冻时注意模具水平放置，再冷冻干燥24h后，即得到多孔人工神经支架。
实施例4
使用电子天平，称取一定量的细菌纤维素，配置1L1％NaOH水溶液，用磁力搅拌器加热至90℃，将细菌纤维素剪成小块状浸入其中，煮沸30min，利用搅拌机切割分散约5min，在1000rpm下离心10min后弃上清液，去离子水洗涤至中性，加入60wt％的硫酸溶液，在恒温加热磁力搅拌器中水浴50℃下进行水解，向水解产物中加入去离子水进行稀释，稀释后溶液在2000rpm下离心10min，弃掉上清液，加入适量NaOH溶液调节pH值至中性，装入透析袋中，用超纯水透析3天，期间每隔4h换一次水，-80℃冰箱中冷冻1h，再放入冷冻干燥机中冷冻干燥，获得细菌纤维素晶须(BC)。取1.0gPLGA溶解于10mL二氧六环中，磁力搅拌约1h直到PLGA完全溶解，然后加入0.1g细菌纤维素晶须(BC)，超声分散40min，搅拌10min，将均一的溶液，浇铸至预先设置好的模具中，放入-80℃冰箱内冷冻2h，冷冻时注意模具水平放置，再冷冻干燥24h后，即得到多孔人工神经支架。
图1是本发明实施例中细菌纤维素水解前的SEM平面照片(1μm)；图2是本发明实施例中细菌纤维素水解后的SEM平面照片(1μm)；图3是本发明实施例所制备的细菌纤维素/乳酸-羟基乙酸支架扫描电子显微镜(SEM)平面照片(1μm)；图4是本发明实施例所制备的细菌纤维素/乳酸-羟基乙酸支架扫描电子显微镜(SEM)断面照片(20μm)。从图中可以看出：图1细菌纤维素未水解前呈网状结构，网状结构不能很好地分散到PLGA溶液中，对材料的均匀性有影响，而且对性能的提升也有限。因此，希望通过水解的方法破坏纤维素的网络结构，而将纤维素晶须加入其中，可以预计，这样的方法可以更好的改善PLGA材料的性能。图2为水解后的细菌纤维素晶须，将网状的细菌纤维素水解成较为短小的结构，水解为数段的纤维素链段，可以较好地分散到PLGA溶液中。图3为将水解后的纤维素晶须加入到PLGA后分散冷冻干燥得到的薄膜结构平面，其表面较为归整均匀，没有明显的团聚现象。图4表明PLGA和细菌纤维素复合薄膜导管的断面具有较多的孔洞存在，具有较高的孔隙率。
对本发明制备所得多孔人工神经支架进行亲水性能测试、孔隙率测试和力学强度测试，结果如下表1～3。表1～3的结果表明：本发明制备所得人工神经支架具有较高的孔隙率，具有一定的力学性能，能够很好地维持支架基本形状，有利于保护神经支架的内部微环境，保持支架内部结构不受周围组织的影响；具有优越的生物相容性和良好的细胞亲和性，能够满足神经修复的基本要求。
表1 亲水性能测试
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
角度/°(n＝5) 84.5 80.46 77.4 74.4
表2 孔隙率测试
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
孔隙率/％(n＝5) 59.7 64.3 69.6 73.1
表3 各实施例的力学强度测试
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
强度/Mp(n＝5) 3.2 3.6 3.9 3.7
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多孔人工神经支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）细菌纤维素的纯化：将细菌纤维素剪成小片状后浸入碱溶液中进行煮沸处理，然后离心、洗涤至中性，得到纯化的细菌纤维素；
（2）细菌纤维素的水解：将步骤（1）所得纯化的细菌纤维素放入酸性溶液中进行水解，向水解产物中加入去离子水稀释、离心，然后调节pH直至中性，将所得产物进行多次透析，再经冷冻干燥后获得细菌纤维素晶须；
（3）将乳酸-羟基乙酸共聚物溶于有机溶剂二氧六环中，电磁搅拌至充分溶解，再向其中加入步骤（2）所得细菌纤维素晶须，进行超声分散、搅拌后得到均一的溶液；所述细菌纤维素晶须和乳酸-羟基乙酸共聚物的质量比为1:100~15：100；所述均一的溶液中细菌纤维素晶须的质量浓度为1%~20%；
将步骤（3）所得均一的溶液浇铸到模具中，先进行低温冷冻后进行冷冻干燥，冷冻干燥结束后，得到多孔人工神经支架；
所述乳酸-羟基乙酸共聚物的分子量为50000~100000Da，所述细菌纤维素分子量50000~100000Da；所述低温冷冻的温度为-80℃，时间为1h~4h；所述冷冻干燥的时间为12h~36h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述煮沸的温度为90℃~100℃，煮沸的时间为30min~60min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述水解的温度为10℃~80℃，水解的时间为0.5h~6h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述超声分散的超声频率为20KHz，超声时间为20min~120min。
5.权利要求1~4任一所述制备方法制备得到的乳酸-羟基乙酸共聚物/细菌纤维素人工神经支架。
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