CN111407925A - 仿生组织引导膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种仿生组织引导膜及其制备方法。该方法包括以下步骤：将明胶、天然生物多糖和溶剂混合，形成溶液C；其中明胶为海洋源性明胶、猪明胶、牛明胶、鸡明胶中的一种或多种；将溶液C倒入模具中，静置，然后在湿室中进行预交联，得到预交联物；干燥预交联物，形成干燥膜；将干燥膜置于放有无水乙醇的密闭容器中，在非直接接触的乙醇蒸汽状态下进行再次交联，然后脱模，得到仿生组织引导膜。本发明以明胶和天然生物多糖作为原料，有利于新生组织的再生诱导。同时，所得组织再生引导膜为可降解材料。且上述天然高分子生物材料的分子内、分子间相互穿插交联形成高强度多网络结构，在提高材料功能活性的同时又可显著提高材料的力学强度。

Description

仿生组织引导膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及医用材料技术领域，具体而言，涉及一种仿生组织引导膜及其制备方法。

背景技术

软组织损伤是临床常见问题，可以采用仿生组织引导膜促进软组织损伤修复。常用的引导膜产品的材料主要为天然高分子材料、有机高分子材料或二者复合形成，天然高分子材料如壳聚糖、海藻酸、胶原等，有机高分子材料有聚乳酸、聚乙醇酸、聚氨酯等。引导膜产品的剂型多为海绵、薄膜或水凝胶。

然而，尽管天然高分子材料促进组织修复的活性较强，但其力学性能不佳；有机高分子材料的力学性能虽然优越，但功能活性不强。

基于以上原因，有必要提供一种生物活性较好且力学性能较佳的仿生组织引导膜。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种仿生组织引导膜及其制备方法，以解决现有技术中仿生组织引导膜无法兼顾生物活性和力学性能的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种仿生组织引导膜的制备方法，其包括以下步骤：将明胶、天然生物多糖和溶剂混合，形成溶液C；其中明胶为海洋源性明胶、猪明胶、牛明胶、鸡明胶中的一种或多种；将溶液C倒入模具中，静置，然后在湿室中进行预交联，得到预交联物；干燥预交联物，形成干燥膜；将干燥膜置于放有无水乙醇的密闭容器中，在非直接接触的乙醇蒸汽状态下进行再次交联，然后脱模，得到仿生组织引导膜。

进一步地，海洋源性明胶选自鱼皮明胶、鱼鳞明胶、鱼骨明胶、鱼鳔明胶、鱼肉明胶中的一种或多种；猪明胶选自猪皮明胶和/或猪骨明胶；牛明胶选自牛皮明胶和/或牛骨明胶；鸡明胶选自鸡皮明胶和/或鸡骨明胶。

进一步地，天然生物多糖选自果胶及其衍生物、水溶性壳聚糖及其衍生物、海藻酸钠及其衍生物、透明质酸钠及其衍生物、琼脂糖及其衍生物、卡拉胶及其衍生物、岩藻多糖及其衍生物、水溶性淀粉及其衍生物、水溶性纤维素及其衍生物中的一种或几种。

进一步地，配置溶液C的步骤包括：将明胶溶于第一溶剂，形成溶液A；将天然生物多糖溶于第二溶剂，形成溶液B；将溶液A与溶液B混合，得到溶液C。

进一步地，溶液A中，每100毫升第一溶剂对应2～10克的明胶；溶液B中，每100毫升第二溶剂对应2～10克的天然生物多糖；溶液A与溶液B的体积比为(2～5):1。

进一步地，溶液A中还包括第一增塑剂，溶液B中还包括第二增塑剂，第一增塑剂和第二增塑剂分别独立地选自甘油、柠檬酸及柠檬酸钠中的一种或多种。

进一步地，溶液A中，第一增塑剂与第一溶剂的重量比为(15～30):100；溶液B中，第二增塑剂与第二溶剂的重量比为(15～30):100。

进一步地，预交联过程中，采用的交联温度为4～15℃，交联时间为0.5～2h；优选地，再次交联过程中，交联时间为1～3h。

进一步地，干燥过程中，干燥温度为40～50℃。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述制备方法制备的仿生组织引导膜。

本发明提供了一种仿生组织引导膜的制备方法，其以明胶和天然生物多糖作为原料，明胶为海洋源性明胶、猪明胶、牛明胶、鸡明胶中的一种或多种，这些原料均为天然高分子生物材料，具有与细胞外基质相似的结构，生物安全性高，可仿生细胞外微环境，有利于新生组织的再生诱导，保证了引导膜具有良好的生物活性。同时，所得组织再生引导膜为可降解材料，无需二次取出。在制备过程中，先将明胶和天然生物多糖形成的溶液C在模具中进行预交联，然后干燥，最后再无水乙醇的密闭容器中进行非直接接触式蒸汽交联。这样的交联过程能够使上述天然高分子生物材料的分子内、分子间相互穿插交联形成高强度多网络结构，在提高材料功能活性的同时又可显著提高材料的力学强度，膜的持水性好，可提供有效的结构维持和组织隔离作用，降低粘连等风险，可用于多种软组织的损伤修复。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例1制备的仿生组织引导膜的SEM照片；

图2示出了根据本发明实施例1制备的仿生组织引导膜的体外细胞实验结果；以及

图3示出了根据本发明实施例1制备的仿生组织引导膜的力学性能检测结果。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术部分所描述的，现有技术中的仿生组织引导膜存在无法兼顾生物活性和力学性能的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种仿生组织引导膜的制备方法，其包括以下步骤：将明胶、天然生物多糖和溶剂混合，形成溶液C；其中明胶为海洋源性明胶、猪明胶、牛明胶、鸡明胶中的一种或多种；将溶液C倒入模具中，静置，然后在湿室中进行预交联，得到预交联物；干燥预交联物，形成干燥膜；将干燥膜置于放有无水乙醇的密闭容器中，在非直接接触的乙醇蒸汽状态下进行再次交联，然后脱模，得到仿生组织引导膜。

上述制备方法以明胶和天然生物多糖作为原料，明胶为海洋源性明胶、猪明胶、牛明胶、鸡明胶中的一种或多种，这些原料均为天然高分子生物材料，具有与细胞外基质相似的结构，生物安全性高，可仿生细胞外微环境，有利于新生组织的再生诱导，保证了引导膜具有良好的生物活性。同时，所得组织再生引导膜为可降解材料，无需二次取出。在制备过程中，先将明胶和天然生物多糖形成的溶液C在模具中进行预交联，然后干燥，最后再无水乙醇的密闭容器中进行非直接接触式蒸汽交联。这样的交联过程能够使上述天然高分子生物材料的分子内、分子间相互穿插交联形成高强度多网络结构，在提高材料功能活性的同时又可显著提高材料的力学强度，膜的持水性好，可提供有效的结构维持和组织隔离作用，降低粘连等风险，可用于多种软组织的损伤修复。

需说明的是，上述“非直接接触”是指干燥膜不与密闭容器中的无水乙醇液体直接接触，而是在乙醇蒸汽下将干燥膜与乙醇蒸汽接触并进行蒸汽交联。

在一种优选的实施方式中，海洋源性明胶包括但不限于鱼皮明胶、鱼鳞明胶、鱼骨明胶、鱼鳔明胶、鱼肉明胶中的一种或多种；猪明胶选自猪皮明胶和/或猪骨明胶；牛明胶选自牛皮明胶和/或牛骨明胶；鸡明胶选自鸡皮明胶和/或鸡骨明胶。

在一种优选的实施方式中，天然生物多糖选自果胶及其衍生物、水溶性壳聚糖及其衍生物、海藻酸钠及其衍生物、透明质酸钠及其衍生物、琼脂糖及其衍生物、卡拉胶及其衍生物、岩藻多糖及其衍生物、水溶性淀粉及其衍生物、水溶性纤维素及其衍生物中的一种或几种。上述天然生物多糖与上述明胶配合，能够进一步提高仿生组织引导膜的生物活性，且分子之间形成的交联网络具有更高的强度，有利于进一步提高引导膜的力学性能。

为了使各天然生物高分子更充分的分散和相容，在一种优选的实施方式中，上述配置溶液C的步骤包括：将明胶溶于第一溶剂，形成溶液A；将天然生物多糖溶于第二溶剂，形成溶液B；将溶液A与溶液B混合，得到溶液C。

更优选地，溶液A中，每100毫升第一溶剂对应2～10克的明胶；溶液B中，每100毫升第二溶剂对应2～10克的天然生物多糖；溶液A与溶液B的体积比为(2～5):1。这样，明胶的多糖能够更充分的溶解分散，使后续交联过程中形成更完整的穿插网络。同时，也有利于避免过多溶剂造成的干燥负担过重。且将明胶和多糖的用量控制在上述范围内，还有利于进一步促进引导膜的生物活性，使其具有更好的仿生修复功能。

为了提高引导膜的塑性，在一种优选的实施方式中，溶液A中还包括第一增塑剂，溶液B中还包括第二增塑剂，第一增塑剂和第二增塑剂分别独立地选自甘油、柠檬酸及柠檬酸钠中的一种或多种。更优选地，溶液A中，第一增塑剂与第一溶剂的重量比为(15～30):100；溶液B中，第二增塑剂与第二溶剂的重量比为(15～30):100。

在一种优选的实施方式中，预交联过程中，采用的交联温度为4～15℃，交联时间为0.5～2h；优选地，再次交联过程中，交联时间为1～3h。在该工艺条件下进行预交联和再次交联，能够形成更完整的分子内、分子间交联网络，有利于进一步提高引导膜的力学性能。

在一种优选的实施方式中，干燥过程中，干燥温度为40～50℃。干燥过程优选采用真空干燥。

更优选地，为了避免气泡影响引导膜的性能，配置好溶液A、溶液B及溶液C之后，分别对各溶液进行脱泡处理。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述制备方法制备的仿生组织引导膜。该仿生组织引导膜价格低廉且生物安全性、相容性和力学性能等良好，可有效促进软组织修复，其具有很强力学性能，可长时间提供组织有效的结构维持和组织隔离作用。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1

溶液A制备：牛骨明胶(约230bloom)，适宜溶剂为：去离子水：甘油：柠檬酸钠＝100：10：5(w/w)，组份A以适宜溶剂配制成浓度为5％(w/v)的均一溶液，脱泡后，备用。

溶液B制备：羧甲基壳聚糖，分子量约为300KDa；果胶(购自阿拉丁，半乳糖醛酸(干基计)≥74.0％)。羧甲基壳聚糖与果胶的质量为比9：1。适宜溶剂为：去离子水：甘油：柠檬酸钠＝100：10：5(w/w)。组份B以适宜溶剂配制成浓度为2％(w/v)的均一溶液，脱泡后，备用。

溶液C配制：取组份A、B搅拌混合，超声脱泡后得溶液C。其中，溶液A、B的比例3：1(v/v)。

倒模：先将所得溶液C小心倒入模具，4℃静置1h，再将再湿室中室温交联1～3h；

干燥成型：将上述模具置于50℃真空干燥。

再交联：将上述模具置于放有无水乙醇的密闭容器中，非直接接触蒸气交联2h；可得所述具有增强型仿生组织引导膜。

实施例2

溶液A制备：所用明胶为罗非鱼鳞明胶(约200bloom)，其他同实施例1。

溶液B制备：海藻酸钠，分子量约为200KDa；果胶(购自阿拉丁，半乳糖醛酸(干基计)≥74.0％)。海藻酸钠与果胶的质量为比9：1。其他同实施例1。

溶液C配制：A、B的比例1：1(v/v)，其他同实施例1。

倒模：先将所得溶液C小心倒入模具，4℃静置2h，再将再湿室中室温交联2h；

干燥成型：将上述模具置于40℃真空干燥。

再交联：将上述模具置于放有无水乙醇的密闭容器中，非直接接触蒸气交联3h；可得所述具有增强型仿生组织引导膜。

实施例3

溶液A制备：适宜溶剂为：去离子水：甘油：柠檬酸钠＝100：20：10(w/w)，其他同实施例1。

溶液B制备：羧甲基壳聚糖，分子量约为300KDa；海藻酸钠，分子量约为200KDa；果胶(购自阿拉丁，半乳糖醛酸(干基计)≥74.0％)。羧甲基壳聚糖、海藻酸钠与果胶的质量为比6：3：1。适宜溶剂为：去离子水：甘油：柠檬酸钠＝100：20：10(w/w)。组份B以适宜溶剂配制成浓度为2％(w/v)的均一溶液，脱泡后，备用。

溶液C配制：同实施例2。

倒模：同实施例2。

干燥成型：同实施例2。

再交联：同实施例2。

实施例4

溶液A制备：罗非鱼皮明胶(约200bloom)，适宜溶剂为：去离子水：甘油：柠檬酸钠＝100：10：5(w/w)，组份A以适宜溶剂配制成浓度为10％(w/v)的均一溶液，脱泡后，备用。

溶液B制备：同实施例1。

溶液C配制：同实施例2。

倒模：同实施例2；

干燥成型：同实施例2。

再交联：同实施例2。

实施例5

溶液A制备：组份A以适宜溶剂配制成浓度为2％(w/v)的均一溶液，脱泡后，备用。其他同实施例1。

溶液B制备：组份B以适宜溶剂配制成浓度为10％(w/v)的均一溶液，脱泡后，备用。其他同实施例1。

溶液C配制：溶液A、B的比例5：1(v/v)。其他同实施例1。

倒模：同实施例1；

干燥成型：同实施例1。

再交联：同实施例1。

实施例6

溶液A制备：组份A以适宜溶剂配制成浓度为10％(w/v)的均一溶液，脱泡后，备用。其他同实施例1。

溶液B制备：组份B以适宜溶剂配制成浓度为2％(w/v)的均一溶液，脱泡后，备用。其他同实施例1。

溶液C配制：溶液A、B的比例2：1(v/v)。其他同实施例1。

倒模：同实施例1；

干燥成型：同实施例1。

再交联：同实施例1。

实施例7

溶液A制备：溶液A中还加入了甘油作为增塑剂，且100g溶剂中含有15g甘油。

溶液B制备：溶液B中还加入了柠檬酸作为增塑剂，且100h溶剂中含有15g柠檬酸。其他同实施例1。

溶液C配制：同实施例1。

倒模：同实施例1；

干燥成型：同实施例1。

再交联：同实施例1。

1、交联网络结构证明；

以实施例1所得增强型仿生组织引导膜为例，冻干后进行扫描电镜观察，结果显示其为多孔结构(见图1)。实施例2至7中所得增强型仿生组织引导膜也为多孔结构。

2、生物功能性、软组织再生引导能力的验证；

以实施例1所得增强型仿生组织引导膜为例，经无菌处理后，接种皮肤成纤维细胞，分别于接种后1、3天检测细胞增殖率，实验设置对照组(仅添加正常培养基)和本发明实施例组。结果证实，本发明实施例具有良好的细胞相容性，并且可显著促进皮肤成纤维细胞的增殖(见图2)。经检测，采用实施例2至7中制备的增强型仿生组织引导膜后，皮肤成纤维细胞的增殖率也均高于对照组。

3、力学性能验证。

以实施例1所得材料为例，将所得牙周组织再生引导膜裁切成4mm×75mm哑铃型长条，于室温、相对湿度65％环境中调湿36h至恒重，根据国家标准GB/T 1040规定的方法测定拉伸强度及断裂伸长率，拉伸速度为1mm/s。结果证实，本发明制备的增强型仿生组织引导膜具有很高的力学强度，拉伸强度高达3.02Mpa、断裂伸长率约为75.35％(见图3)。经检测，实施例2至7中制备的增强型仿生组织引导膜也具有较高的力学强度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿生组织引导膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将明胶、天然生物多糖和溶剂混合，形成溶液C；其中所述明胶为海洋源性明胶、猪明胶、牛明胶、鸡明胶中的一种或多种；

将所述溶液C倒入模具中，静置，然后在湿室中进行预交联，得到预交联物；

干燥所述预交联物，形成干燥膜；

将所述干燥膜置于放有无水乙醇的密闭容器中，在非直接接触的乙醇蒸汽状态下进行再次交联，然后脱模，得到所述仿生组织引导膜。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述海洋源性明胶选自鱼皮明胶、鱼鳞明胶、鱼骨明胶、鱼鳔明胶、鱼肉明胶中的一种或多种；所述猪明胶选自猪皮明胶和/或猪骨明胶；所述牛明胶选自牛皮明胶和/或牛骨明胶；所述鸡明胶选自鸡皮明胶和/或鸡骨明胶。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述天然生物多糖选自果胶及其衍生物、水溶性壳聚糖及其衍生物、海藻酸钠及其衍生物、透明质酸钠及其衍生物、琼脂糖及其衍生物、卡拉胶及其衍生物、岩藻多糖及其衍生物、水溶性淀粉及其衍生物、水溶性纤维素及其衍生物中的一种或几种。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，配置所述溶液C的步骤包括：

将所述明胶溶于第一溶剂，形成溶液A；

将所述天然生物多糖溶于第二溶剂，形成溶液B；

将所述溶液A与所述溶液B混合，得到所述溶液C。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溶液A中，每100毫升所述第一溶剂对应2～10克的所述明胶；所述溶液B中，每100毫升所述第二溶剂对应2～10克的所述天然生物多糖；所述溶液A与所述溶液B的体积比为(2～5):1。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溶液A中还包括第一增塑剂，所述溶液B中还包括第二增塑剂，所述第一增塑剂和所述第二增塑剂分别独立地选自甘油、柠檬酸及柠檬酸钠中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述溶液A中，所述第一增塑剂与所述第一溶剂的重量比为(15～30):100；所述溶液B中，所述第二增塑剂与所述第二溶剂的重量比为(15～30):100。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述预交联过程中，采用的交联温度为4～15℃，交联时间为0.5～2h；优选地，所述再次交联过程中，交联时间为1～3h。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述干燥过程中，干燥温度为40～50℃。

10.一种权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备的仿生组织引导膜。

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