CN110585486B - 羊膜复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种羊膜复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将羊膜材料置于多巴胺碱性溶液中进行浸泡处理，得到多巴胺修饰羊膜材料；将所述多巴胺修饰羊膜材料置于水、引发剂、交联剂和水凝胶单体有机物的混合液中进行聚合反应，得到所述羊膜复合材料。本发明的制备方法以具有良好生物相容性的多巴胺作为修饰粘结剂将水凝胶与羊膜材料复合，聚多巴胺和水凝胶形成一种双网络结构，可以有效地提高羊膜材料的机械性能以及亲水性和生物相容性，而且通过控制多巴胺和水凝胶单体有机物的使用量能够方便地控制水凝胶的厚度。

Description

羊膜复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物材料技术领域，特别是涉及一种羊膜复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
羊膜是胎盘的最内层，与人眼结膜组织结构相似，含有眼表上皮细胞，包括结膜细胞和角膜上皮细胞生长所需要的物质，其光滑，无血管、神经及淋巴，具有一定的弹性。因此，羊膜在医学领域中最开始是用于眼科中的眼表疾病，但随着生物技术的发展，发现羊膜具有抗炎、抗菌和抑制新生血管形成等特性，在生物工程材料方面具有重要的临床应用。大量的临床试验表明，羊膜可以抑制白细胞介素的分泌、调整炎症驱化因子表达、诱导多核白细胞凋亡等。Robson等报道了羊膜用于烧伤病人皮肤移植，发现羊膜的效果与同系皮质相同，移植效果较异体皮质更好。此外，发现羊膜并不能直接杀灭细菌，其抗感染作用是通过封闭创口完成的，羊膜移植的特点是可以显著减轻疼痛，并可快速粘附于创面。但羊膜的厚度约为0.02mm～0.5mm，在使用过程中使用的处理后的羊膜样品更薄，导致其在使用过程中本身的力学性能比较差，限制了羊膜的应用。
发明内容
基于此，有必要提供一种力学性能较好的羊膜复合材料的制备方法。
一种羊膜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将羊膜材料置于多巴胺碱性溶液中进行浸泡处理，得到多巴胺修饰羊膜材料；
将所述多巴胺修饰羊膜材料置于水、引发剂、交联剂和水凝胶单体有机物的混合液中进行聚合反应，得到所述羊膜复合材料。
本发明的制备方法以具有良好生物相容性的多巴胺作为修饰粘结剂将水凝胶与羊膜材料复合，聚多巴胺和水凝胶形成一种双网络结构，可以有效地提高羊膜材料的机械性能以及亲水性和生物相容性，而且通过控制多巴胺和水凝胶单体有机物的使用量能够方便地控制水凝胶的厚度。具体通过将羊膜材料置于多巴胺碱性溶液中，使多巴胺在羊膜上聚合，得到表面具有聚多巴胺层的羊膜材料，然后将该表面具有聚多巴胺层的羊膜材料置于水中并加入引发剂、交联剂和水凝胶单体有机物，使水凝胶单体分子在聚多巴胺层的表面原位聚合形成水凝胶层，从而得到由羊膜、聚多巴胺层和水凝胶层构成的羊膜复合材料。羊膜作为优异的生物功能材料具有其他生物材料无法比拟的生物相容性优势，由于其本身属于胎膜中的结构膜，具有抗菌抗炎等特性。此外，羊膜具有上皮层、基底膜、致密层、纤维母细胞层、海绵层五层，可以根据不同的使用情况选择不同的处理方式得到需要的羊膜功能层。多巴胺和水凝胶都是生物相容性良好的有机物，经研究发现多巴胺在碱性条件下可以高效地在羊膜表面沉积和聚合形成聚多巴胺，从而可在聚多巴胺的网络结构中引入水凝胶，进而有效形成双网络结构，提高羊膜材料的机械性能。同时，水凝胶具有优异的亲水特性和生物相容性等特性，通过具有良好生物相容性的水凝胶对羊膜材料进行修饰，不仅提高了羊膜材料的机械性能，在使用过程中表层的水凝胶结构还能赋予羊膜复合材料在生物功能材料领域更广的应用。
在其中一个实施例中，所述多巴胺碱性溶液中多巴胺的浓度为1mg/mL～10mg/mL，所述浸泡处理的时间为12小时～48小时。
在其中一个实施例中，在所述混合液中，所述水凝胶单体有机物的浓度为1mg/mL～10mg/mL，所述聚合反应的时间为12小时～48小时。
在其中一个实施例中，所述引发剂为过硫酸铵和硫酸钾中的一种或多种，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺。
在其中一个实施例中，在所述混合液中，所述引发剂的质量百分比为1％～10％，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分比为1％～10％，所述四甲基乙二胺的体积百分比为0.015％～0.05％。
在其中一个实施例中，所述水凝胶单体有机物为丙烯酰胺、丙烯酸和乙烯醇中的一种或多种。
在其中一个实施例中，在将羊膜材料置于多巴胺碱性溶液中进行浸泡处理的步骤之前，还包括以下步骤：将冷冻干燥保存的羊膜材料置于水中浸泡6小时～12小时。
在其中一个实施例中，所述多巴胺碱性溶液中的碱性物质为Tris盐酸盐、氨水和氢氧化钠中的一种或多种。
本发明还提供了一种羊膜复合材料，包括羊膜基体、设于所述羊膜基体表面的聚多巴胺层以及设于所述聚多巴胺层上的水凝胶层。
本发明还提供了一种所述羊膜复合材料在制备临床医学产品中的应用。
附图说明
图1为经冷冻干燥后的普通羊膜的SEM图；
图2为实施例1制备的羊膜复合材料的SEM图；
图3为实施例1制备的羊膜复合材料和普通羊膜的应力应变曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例的一种羊膜复合材料的制备方法，包括以下步骤S1～S2：
S1、将羊膜材料置于多巴胺碱性溶液中进行浸泡处理，得到多巴胺修饰羊膜材料。
S2、将多巴胺修饰羊膜材料置于水、引发剂、交联剂和水凝胶单体有机物的混合液中进行聚合反应，得到羊膜复合材料。
本发明的制备方法以具有良好生物相容性的多巴胺作为修饰粘结剂将水凝胶与羊膜材料复合，聚多巴胺和水凝胶形成一种双网络结构，可以有效地提高羊膜材料的机械性能以及亲水性和生物相容性，而且通过控制多巴胺和水凝胶单体有机物的使用量能够方便地控制水凝胶的厚度(2μm～5μm)。具体通过将羊膜材料置于多巴胺碱性溶液中，使多巴胺在羊膜上聚合，得到表面具有聚多巴胺层的羊膜材料，然后将该表面具有聚多巴胺层的羊膜材料置于水中并加入引发剂、交联剂和水凝胶单体有机物，使水凝胶单体分子在聚多巴胺层的表面原位聚合形成水凝胶层，从而得到由羊膜、聚多巴胺层和水凝胶层构成的羊膜复合材料。羊膜作为优异的生物功能材料具有其他生物材料无法比拟的生物相容性优势，由于其本身属于胎膜中的结构膜，具有抗菌抗炎等特性。此外，羊膜具有上皮层、基底膜、致密层、纤维母细胞层、海绵层五层，可以根据不同的使用情况选择不同的处理方式得到需要的羊膜功能层。多巴胺和水凝胶都是生物相容性良好的有机物，经研究发现多巴胺在碱性条件下可以高效地在羊膜表面沉积和聚合形成聚多巴胺，从而可在聚多巴胺的网络结构中引入水凝胶，进而有效形成双网络结构，提高羊膜材料的机械性能。同时，水凝胶具有优异的亲水特性和生物相容性等特性，通过具有良好生物相容性的水凝胶对羊膜材料进行修饰，不仅提高了羊膜材料的机械性能，在使用过程中表层的水凝胶结构还能赋予羊膜复合材料在生物功能材料领域更广的应用。
在一个具体示例中，多巴胺碱性溶液中多巴胺的浓度为1mg/mL～10mg/mL，浸泡处理的时间为12小时～48小时，可以更有效地在羊膜材料表面形成聚多巴胺层。
在一个具体示例中，在上述混合液中，水凝胶单体有机物的浓度为1mg/mL～10mg/mL，聚合反应的时间为12小时～48小时，可以更有效地在聚多巴胺层上原位聚合形成水凝胶层。
在一个具体示例中，引发剂为过硫酸铵和硫酸钾中的一种或多种，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺。
在一个具体示例中，在上述混合液中，引发剂的质量百分比为1％～10％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分比为1％～10％，四甲基乙二胺的体积百分比为0.015％～0.05％。
在一个具体示例中，水凝胶单体有机物为丙烯酰胺、丙烯酸和乙烯醇中的一种或多种。
在一个具体示例中，在将羊膜材料置于多巴胺碱性溶液中进行浸泡处理的步骤之前，制备方法还包括以下步骤：将冷冻干燥保存的羊膜材料置于水中浸泡6小时～12小时。一般将羊膜从胎膜上剥离取下后，会经消毒杀菌并冷冻干燥以备用，通过把羊膜样品置于水中充分浸泡，从而可保证羊膜恢复原始的形貌结构和活性。可以理解，当羊膜材料是新取下而未经冷冻干燥时，则可以省去该步骤。
在一个具体示例中，多巴胺碱性溶液中的碱性物质为Tris盐酸盐、氨水和氢氧化钠中的一种或多种，但不限于此，能够使溶液呈碱性条件即可。
本发明一实施例的羊膜复合材料，可采用上述任一所述的制备方法制得。该羊膜复合材料包括羊膜基体、设于羊膜基体表面的聚多巴胺层以及设于聚多巴胺层上的水凝胶层。其中，水凝胶层利用上述含有水、引发剂、交联剂和水凝胶单体有机物的混合液聚合而成。
本实施例的羊膜复合材料以多巴胺作为修饰粘结剂将水凝胶与羊膜材料复合，聚多巴胺层和水凝胶层形成一种双网络结构，可以有效地提高羊膜材料的机械性能。同时，水凝胶具有优异的亲水特性和生物相容性等特性，通过具有良好生物相容性的水凝胶对羊膜材料进行修饰，不仅提高了羊膜材料的机械性能，在使用过程中表层的水凝胶结构还能赋予羊膜复合材料在生物功能材料领域更广的应用。例如，采用该羊膜复合材料可以制备生物相容性载体制品，应用于眼角膜移植、妇科手术或人体植入物包裹薄膜等临床医学领域。
以下为具体实施例。
实施例1
按羊膜取样规范操作，将羊膜从胎膜上剥离，再分别用高温高压灭菌锅和紫外灭菌处理后冷冻干燥备用。经灭菌处理、冷冻干燥后的羊膜的SEM图如图1所示，放大倍数为1000倍，其表面是较为致密的纤维蛋白结构，有一些孔隙和裂缝。
将冷冻干燥的羊膜根据需要切割成一定尺寸，然后浸入蒸馏水中充分浸润8小时恢复原来的结构和活性。称取一定量的多巴胺和氢氧化钠配制成100mL浓度为1mg/mL的多巴胺碱性溶液，再将羊膜浸渍在多巴胺碱性溶液中，持续搅拌12小时后，得到羊膜/聚多巴胺复合膜。然后在装有羊膜的多巴胺碱性溶液中加入引发剂过硫酸铵(质量百分比1％)和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(质量百分比1％)、四甲基乙二胺(15μL)。搅拌均匀后再加入丙烯酰胺至浓度为1mg/mL，持续搅拌反应12小时，使丙烯酰胺在羊膜表面的聚多巴胺层上原位聚合成水凝胶，然后取出用蒸馏水洗净并冷冻干燥得到羊膜复合材料，水凝胶层的厚度约为2μm，聚多巴胺层的厚度约为1μm。
实施例1制备的羊膜复合材料的SEM图如图2所示，放大倍数为500倍，证明通过此方法在羊膜表面形成了聚多巴胺和聚丙烯酰胺的双网络结构，表面具有一定的孔洞。实施例1制备的羊膜复合材料和普通羊膜的应力应变曲线如图3所示，通过将修饰了聚多巴胺-聚丙烯酰胺的羊膜复合材料和未修饰的普通羊膜对比，发现羊膜复合材料的机械性能明显比普通羊膜好，证明修饰的聚多巴胺-聚丙烯酰胺双网络结构可以有效增加羊膜材料的机械性能。
对比例1
按羊膜取样规范操作，将羊膜从胎膜上剥离，再分别用高温高压灭菌锅和紫外灭菌处理后冷冻干燥备用。
将冷冻干燥的羊膜根据需要切割成一定尺寸，然后浸入蒸馏水中充分浸润8小时恢复原来的结构和活性。称取一定量的多巴胺和氢氧化钠配制成100mL浓度为1mg/mL的多巴胺碱性溶液，再将羊膜浸渍在多巴胺碱性溶液中，持续搅拌12小时后，得到羊膜/聚多巴胺复合膜，但机械性能较差。
对比例2
按羊膜取样规范操作，将羊膜从胎膜上剥离，再分别用高温高压灭菌锅和紫外灭菌处理后冷冻干燥备用。
将冷冻干燥的羊膜根据需要切割成一定尺寸，然后浸入蒸馏水中充分浸润8小时恢复原来的结构和活性。然后在装有羊膜的水中加入引发剂过硫酸铵(质量百分比1％)和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(质量百分比1％)、四甲基乙二胺(15μL)。搅拌均匀后再加入丙烯酰胺至浓度为1mg/mL，持续搅拌反应12小时，使丙烯酰胺在羊膜表面聚合成水凝胶，然后取出用蒸馏水洗净并冷冻干燥得到羊膜/聚丙烯酰胺水凝胶复合膜，但机械性能较差。
实施例2
按羊膜取样规范操作，将羊膜从胎膜上剥离，再分别用高温高压灭菌锅和紫外灭菌处理后冷冻干燥备用。
将冷冻干燥的羊膜根据需要切割成一定尺寸，然后浸入蒸馏水中充分浸润8小时恢复原来的结构和活性。称取一定量的多巴胺和氢氧化钠配制成100mL浓度为10mg/mL的多巴胺碱性溶液，再将羊膜浸渍在多巴胺碱性溶液中，持续搅拌12小时后，得到羊膜/聚多巴胺复合膜。然后在装有羊膜的多巴胺碱性溶液中加入引发剂过硫酸铵(质量百分比5％)和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(质量百分比5％)、四甲基乙二胺(50μL)。搅拌均匀后再加入丙烯酰胺至浓度为10mg/mL，持续搅拌反应12小时，使丙烯酰胺在羊膜表面的聚多巴胺层上原位聚合成水凝胶，然后取出用蒸馏水洗净并冷冻干燥得到羊膜复合材料，水凝胶层的厚度约为3μm，聚多巴胺层的厚度约为1μm。
实施例3
按羊膜取样规范操作，将羊膜从胎膜上剥离，再分别用高温高压灭菌锅和紫外灭菌处理后冷冻干燥备用。
将冷冻干燥的羊膜根据需要切割成一定尺寸，然后浸入蒸馏水中充分浸润8小时恢复原来的结构和活性。称取一定量的多巴胺和氢氧化钠配制成100mL浓度为10mg/mL的多巴胺碱性溶液，再将羊膜浸渍在多巴胺碱性溶液中，持续搅拌48小时后，得到羊膜/聚多巴胺复合膜。然后在装有羊膜的多巴胺碱性溶液中加入引发剂过硫酸铵(质量百分比10％)和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(质量百分比10％)、四甲基乙二胺(50μL)。搅拌均匀后再加入丙烯酰胺至浓度为10mg/mL，持续搅拌反应48小时，使丙烯酰胺在羊膜表面的聚多巴胺层上原位聚合成水凝胶，然后取出用蒸馏水洗净并冷冻干燥得到羊膜复合材料，水凝胶层的厚度约为3.5μm，聚多巴胺层的厚度约为1μm。
实施例4
按羊膜取样规范操作，将羊膜从胎膜上剥离，再分别用高温高压灭菌锅和紫外灭菌处理后冷冻干燥备用。
将冷冻干燥的羊膜根据需要切割成一定尺寸，然后浸入蒸馏水中充分浸润8小时恢复原来的结构和活性。称取一定量的多巴胺和氢氧化钠配制成100mL浓度为1mg/mL的多巴胺碱性溶液，再将羊膜浸渍在多巴胺碱性溶液中，持续搅拌12小时后，得到羊膜/聚多巴胺复合膜。然后在装有羊膜的多巴胺碱性溶液中加入引发剂过硫酸铵(质量百分比1％)和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(质量百分比1％)、四甲基乙二胺(50μL)。搅拌均匀后再加入丙烯酰胺至浓度为1mg/mL，持续搅拌反应12小时，使丙烯酰胺在羊膜表面的聚多巴胺层上原位聚合成水凝胶，然后取出用蒸馏水洗净并冷冻干燥得到羊膜复合材料，水凝胶层的厚度约为2μm，聚多巴胺层的厚度约为0.5μm。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种羊膜复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将羊膜材料置于多巴胺碱性溶液中进行浸泡处理，得到多巴胺修饰羊膜材料；
将所述多巴胺修饰羊膜材料置于水、引发剂、交联剂和水凝胶单体有机物的混合液中进行聚合反应，得到所述羊膜复合材料；所述水凝胶单体有机物为丙烯酰胺、丙烯酸和乙烯醇中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多巴胺碱性溶液中多巴胺的浓度为1mg/mL～10mg/mL，所述浸泡处理的时间为12小时～48小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述混合液中，所述水凝胶单体有机物的浓度为1mg/mL～10mg/mL，所述聚合反应的时间为12小时～48小时。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵和硫酸钾中的一种或多种，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述混合液中，所述引发剂的质量百分比为1％～10％，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分比为1％～10％，所述四甲基乙二胺的体积百分比为0.015％～0.05％。
6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，在将羊膜材料置于多巴胺碱性溶液中进行浸泡处理的步骤之前，还包括以下步骤：将冷冻干燥保存的羊膜材料置于水中浸泡6小时～12小时。
7.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述多巴胺碱性溶液中的碱性物质为Tris盐酸盐、氨水和氢氧化钠中的一种或多种。
8.一种羊膜复合材料，其特征在于，包括羊膜基体、设于所述羊膜基体表面的聚多巴胺层以及设于所述聚多巴胺层上的水凝胶层，所述聚多巴胺层和所述水凝胶层形成双网络结构；所述水凝胶层由水凝胶单体有机物聚合而成，所述水凝胶单体有机物为丙烯酰胺、丙烯酸和乙烯醇中的一种或多种。
9.权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的羊膜复合材料或权利要求8所述的羊膜复合材料在制备临床医学产品中的应用。
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