CN114870082A - 一种高强度复合胶原膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度复合胶原，所述高强度复合胶原膜包含10～80wt％的胶原蛋白和20～90wt％的磷酸钙纳米簇。本发明还提供了一种高强度复合胶原膜的制备方法：(1)将磷酸钙纳米簇与胶原的乙酸溶液混合后的混合胶原溶液进行凝胶，得到胶块；(2)将所述胶块清洗和干燥后得到复合胶原膜。本发明还提供了一种高强度复合胶原膜在组织工程或生物医用材料上的应用。使用该制备方法制备出的复合胶原膜具有较高的抗拉伸强度，能够进行缝合操作等，可作为生物医用材料应用于引导组织再生等领域。

Description

一种高强度复合胶原膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物材料领域，具体涉及一种高强度复合胶原膜及其制备方法和应用。
背景技术
胶原是动物体内大量存在的一类蛋白质，广泛存在于体表到机体的大部分组织中。胶原的存在使得动物组织具有一定的结构和机械性能，如张力、拉力等以达到支撑、保护的功能。
利用胶原制备的胶原膜具有良好的生物相容性，在临床上具有广泛的应用，尤其在口腔医学、骨科医学、运动医学等领域，用于口腔、骨、软骨等组织的创伤治疗、术后修复等，能够有效促进成骨细胞的粘附、增殖、迁移与分化，并且阻隔组织与外界接触形成屏障。
然而，现有以胶原为基础制备的胶原膜强度较低，这大大影响了胶原膜的使用范围和效果。有研究者使用高温、紫外线、射线、化学改性等方法对胶原膜进行处理，但这些方法繁琐复杂，对胶原膜的机械强度提升有限，并且过多的掺杂物会影响胶原膜的生物相容性，不利于医学应用和降低成本。如公开号为CN113527747A的中国专利公开了一种改性的胶原膜的制备方法，包括以下步骤：(1)配制胶原溶液，风干得到胶原膜；(2)将胶原膜用超纯水反复冲洗后浸泡生理盐水，多次换水，直至浸泡后的生理盐水pH保持不变，得到复水溶胀后的胶原膜；(3)将步骤(2)得到的复水溶胀后的胶原膜浸于活化多炔基交联剂的溶液中进行交联反应得到改性交联胶原膜。如公开号为CN107513173A的中国专利公开了一种有机硅改性胶原膜的制备方法，该方法是先将动物胶原用醋酸溶液完全溶解并配制成胶原蛋白溶液，脱除气泡后流延成膜、干燥得白色透明胶原膜，然后再在常温下，将制得的胶原膜置于无机碱溶液中并加入有机硅就进行反应，结束后冲洗表面、干燥即得改性的胶原膜。
因此，制备一种高强度的胶原膜是有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度复合胶原膜及其制备方法和应用，该复合胶原膜具有较高的抗拉强度，制备的高强度复合胶原膜材料可以应用于组织工程和生物医学材料领域。
本发明采用的技术方案如下：
一种高强度复合胶原膜，所述高强度复合胶原膜包含10～80wt％的胶原蛋白和20～90wt％的磷酸钙纳米簇。
优选的，所述高强度复合胶原膜包括24.22～78.05wt％的胶原蛋白和21.95～75.78wt％的磷酸钙纳米簇。
进一步优选的，所述高强度复合胶原膜包括31～37wt％的胶原蛋白和63～69wt％的磷酸钙纳米簇。
所述磷酸钙纳米簇的尺寸为0.9～2nm。
在本发明中，所述高强度是指在拉伸力学测试结果中所表现出来的高强度(>50MPa)。
本发明还提供了一种高强度复合胶原膜材料的制备方法，所述制备方法为：
(1)将磷酸钙纳米簇与胶原(胶原蛋白)的乙酸溶液混合后的混合胶原溶液进行凝胶，得到胶块；
(2)将所述胶块清洗和干燥后得到复合胶原膜。
所述磷酸钙纳米簇的制备方法为：
将钙盐作为钙源、将三乙胺作为稳定剂、磷酸作为磷源，分别加至有机溶剂中制备得到磷酸钙团簇前驱体，使用水清洗磷酸钙团簇前驱体后得到磷酸钙团簇。
所述有机溶剂中钙盐的浓度为0.01～0.5mol/L，钙盐与磷酸的摩尔比为0.3～1.7，三乙胺浓度为0.01～10mol/L。
优选的，钙盐浓度为0.05～0.3mol/L，钙盐与磷酸的摩尔比在1.2～1.68，三乙胺浓度为0.1～6mol/L。
步骤(1)中所述将混合胶原溶液进行凝胶得到胶块的方法为：将所述混合胶原溶液在氨气气氛下交联30～360分钟后，移至37℃下恒温凝胶6～12小时，得到胶块。
步骤(2)中所述的干燥的方式为通风干燥或冷冻干燥。
本发明通过上述方法制得的高强度复合胶原膜为透明或半透明状，内部致密，吸水不溶胀，具有水稳定性。该高强度复合胶原膜可用于口腔种植体治疗、口腔牙周治疗、骨缺损、硬脑膜缺损等用于诱导牙周组织或骨再生领域。
本发明可以制备出高强度的复合胶原膜，其在厚度很薄(<0.1mm)的同时具有较高的抗拉伸强度，允许进行缝合操作；同时，其主要成分均为哺乳动物体内多种组织内含有的成分，不会带来免疫和毒性风险，可以实现多个适应症的治疗用途，利于大范围推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的高强度复合胶原膜的光学图片；
图2为本发明实施例1制备的高强度复合胶原膜的扫描电镜图；
图3为本发明实施例1制备的高强度复合胶原膜的拉伸测试结果。
具体实施方式
以下实施例，进一步详细说明本发明的具体技术方案，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
配制氯化钙的乙醇溶液，将1.11g氯化钙溶解在80mL乙醇中，加入9.5mL三乙胺，搅拌30分钟随后缓慢滴加磷酸的乙醇溶液(350μL磷酸分散于10mL乙醇)，搅拌30分钟得到磷酸钙团簇前驱体；通过离心得到白色胶状沉淀，反复用少量水清洗三次，离心得到磷酸钙团簇胶体，再分散后的磷酸钙团簇尺寸为0.9～2nm。
取0.5g上述磷酸钙团簇胶体，与5mL胶原的乙酸溶液(3mg/mL)充分混合，将混合溶液放置在氨气氛围下交联200分钟，得到凝胶后转移至37℃恒温箱凝胶8小时，得到复合胶块；用清水充分清洗复合胶块，风干后得到复合胶原膜。其中，本实施例中的胶原来自于gibco的I型鼠尾胶原。
本实施例制备得到的复合胶原膜包括31wt％的胶原蛋白和69wt％的磷酸钙纳米簇。
所得胶原膜的光学图片如图1所示，可见其为半透明膜。
利用扫描电镜观察其表面和截面，结果如图2所示，可以看到其表面光滑，内部均匀致密。
对薄膜进行拉伸测试，结果如图3所示，其断裂时的应变为4.67％，韧性较好，拉伸强度为191.31Mpa，机械性能好。
实施例2
配制氯化钙的乙醇溶液，将2.22g氯化钙溶解在80mL乙醇中，加入9.5mL三乙胺，搅拌30分钟随后缓慢滴加磷酸的乙醇溶液(700μL磷酸分散于10mL乙醇)，搅拌30分钟得到磷酸钙团簇前驱体；通过离心得到白色胶状沉淀，反复用少量水清洗三次，离心得到磷酸钙团簇胶体，再分散后的磷酸钙团簇尺寸为0.9～2nm。
取0.3g上述磷酸钙团簇胶体，与6mL胶原的乙酸溶液(3mg/mL)充分混合，将混合溶液放置在氨气氛围下交联200分钟，得到凝胶后转移至37℃恒温箱凝胶8小时，得到复合胶块；用清水充分清洗复合胶块，冷冻干燥后得到复合胶原膜。
本实施例制备得到的复合胶原膜包括54wt％的胶原蛋白和45wt％的磷酸钙纳米簇。
对薄膜进行拉伸测试，其断裂时的应变为7.07％，韧性较好，拉伸强度为103.95Mpa，机械性能好。
实施例3
配制硝酸钙的乙醇溶液，将1.64g硝酸钙溶解在80mL乙醇中，加入9.5mL三乙胺，搅拌30分钟随后缓慢滴加磷酸的乙醇溶液(700μL磷酸分散于10mL乙醇)，搅拌30分钟得到磷酸钙团簇前驱体；通过离心得到白色胶状沉淀，反复用少量水清洗三次，离心得到磷酸钙团簇胶体，再分散后的磷酸钙团簇尺寸为0.9～2nm。
取0.6g上述磷酸钙团簇胶体，与6mL胶原的乙酸溶液(3mg/mL)充分混合，将混合溶液放置在氨气氛围下交联200分钟，得到凝胶后转移至37℃恒温箱凝胶8小时，得到复合胶块；用清水充分清洗复合胶块，风干后得到复合胶原膜。
本实施例制备得到的复合胶原膜包括37wt％的胶原蛋白和63wt％的磷酸钙纳米簇。
对薄膜进行拉伸测试，其断裂时的应变为3.05％，韧性较好，拉伸强度为162.48Mpa，机械性能好。

Claims (8)

1.一种高强度复合胶原膜，其特征在于，所述高强度复合胶原膜包含10～80wt％的胶原蛋白和20～90wt％的磷酸钙纳米簇。
2.根据权利要求1所述的高强度复合胶原膜，其特征在于，所述磷酸钙纳米簇的尺寸为0.9～2nm。
3.一种权利要求1～2任一所述的高强度复合胶原膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
(1)将磷酸钙纳米簇与胶原的乙酸溶液混合后的混合胶原溶液进行凝胶，得到胶块；
(2)将所述胶块清洗和干燥后得到复合胶原膜。
4.根据权利要求3所述高强度复合胶原膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述磷酸钙纳米簇的制备方法为：将三乙胺作为稳定剂、将钙盐作为钙源、磷酸作为磷源加至有机溶剂中制备得到磷酸钙团簇前驱体，使用水清洗磷酸钙团簇前驱体后得到磷酸钙团簇。
5.根据权利要求3所述高强度复合胶原膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述将混合胶原溶液进行凝胶得到胶块的方法为：将所述混合胶原溶液在氨气气氛下交联30～360分钟后，移至37℃下恒温凝胶6～12小时，得到胶块。
6.根据权利要求3所述高强度复合胶原膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的干燥的方式为通风干燥或冷冻干燥。
7.一种权利要求1～6任一所述的高强度复合胶原膜在组织工程或生物医用材料上的应用。
8.一种权利要求1～6任一所述的高强度复合胶原膜在制备治疗口腔种植体、腔牙周、骨缺损或硬脑膜缺损药物中的应用。
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