CN1259110C - 生物衍生材料制作方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物衍生材料的制作方法及其装置。采用微电脑控制电机，带动清洗笼在放有处理介质的清洗槽中使之依次按顺时针和逆时针双向旋转，充分搅动清洗笼中的生物组织/器官和处理介质的混合物；处理介质用于生物组织的脱脂、脱细胞、脱蛋白或脱钙；采用温控器控制容器中混合物的温度，恒温处理保证生物组织在处理过程中保留一些生物活性物质；处理后的介质经分液、沉淀后有效去除脂肪和蛋白质。整个处理系统可在动态、恒温条件下，获得处理彻底、充分、具有组织/器官基本结构、基本去除抗原性、产品标准化并保留一定生物活性的生物衍生材料。
Description
技术领域 本发明涉及生物衍生材料制作系统，特别是保留一定生物组织基本结构，基本除去抗原性的生物衍生材料的制作方法及其装置。
技术背景 因疾病、创伤而致的组织/器官缺损病人越来越多，已成为最常见的临床问题，是致残和死亡的重要原因。在现有技术中组织/器官缺损常用替换植入方法治疗。现有的替换物包括异种、同种异体、自体组织/器官和人工材料。异种组织移植引起相当快速的排斥反应，用于临床还需时日；同种异体组织移植排斥反应不可避免，且组织有限，不便于批量生产；自体组织移植会造成供区疼痛、感染、损伤及所能提供的组织来源有限，不可能产业化；传统的人工材料植入体内后引起异物反应，继发感染、裸露及愈合不良等，这就使得科学工作者去寻求更加理想的组织替代物。随着新的医用生物材料的不断开发，给临床组织/器官缺损的治疗带来了新的希望。临床上要求组织/器官替代物具备以下条件：要有良好的生物相容性，永久性替代物不应有磨损；暂时性替代物应具有组织再生引导性/诱导性，要求具有材料降解与组织再生同步、理想的表面特性及较高的孔隙率；替代物与宿主组织的力学性能相匹配。但从临床试验的结果来看，单纯的无机材料具有易碎、力学性能不匹配及愈合延迟等缺点；单纯的有机材料替代物存在力学强度差，降解产物堆积引起酸性环境不易于组织愈合等缺点；无机材料与有机材料的复合，受到目前材料制作工艺水平的限制，难以达到临床需要的替代物；用于修复软组织及器官缺损的人工合成材料替代物很欠缺。
生物衍生材料是利用生物组织/器官，经过特殊处理，去掉其抗原性，保留其基本结构及部分生物活性的一类材料。这类材料不但克服了人工材料的现有缺点、满足临床应用，而且来源不受限、制作简单、便于批量生产，是目前较为理想的生物材料(Dahms SE，Pieiechota HJ，Dahiya R，etal.Composition and biomechanical properties of the bladder acelluarmatrix graft：comparative analysis in rat，pig and human.BritishJournal of Urology(1998).82.411-419)。但现有的生物衍生材料制作方法存在以下缺点：(1)组织/器官与处理介质进行静态处理，使得处理介质不易渗入，处理时混合不均匀、不充分，在组织/器官本体内残留下本该去除的成份，影响了制作的生物衍生材料的性能。(2)在组织/器官的处理过程中，未能充分保证恒温(37℃)状态，使得组织/器官的生物活性损失太多，保存下来的生物活性物质减少，不利于生物衍生材料发挥应有的组织诱导作用。(3)在生物衍生材料制作过程中，没有充分考虑处理介质中去除成份的饱和问题，这样，造成了处理的生物衍生材料本体内始终残存了要去除的成份，使生物衍生材料处理不彻底、不充分。(4)现有的生物衍生材料处理方法，其处理时间靠人工方法粗略控制，处理介质占生物组织/器官的比例也是人为的，使其每次处理时工艺流程的控制参数有很大的差异，难以控制处理的生物衍生材料的质量，不利于实现产品制作的标准化。
发明内容 本发明的目的在于提供一种结构简单、使用方便，由微电脑控制工作时间、旋转速度，由温控仪控制温度，在动态、恒度条件下，获得处理彻底、充分、具有组织/器官基本结构、去除抗原性的生物衍生材料的方法及其装置。
本发明的制作方法是将生物组织/器官去除不需要的部分组织后置于本设计的装置中加入处理介质进行处理，处理过程包括：(1)去除脂肪；(2)去除脂蛋白和糖蛋白；(3)去除组织中的细胞；(4)去除细胞内外抗原性蛋白质，从而得到：具有组织/器官基本结构、去除抗原性的生物衍生材料，
上述生物组织/器官包括：(1)软组织，包括动物神经、肌腱、韧带、皮肤、血管、心包、心瓣膜、膀胱、大肠或小肠；(2)硬组织，包括动物骨、软骨或牙齿；上述的处理介质包括：(1)生化试剂，包括过氧化氢、胰蛋白酶、胶原蛋白酶、Triton X-100、叠氮化钠或/和食品清洗剂；(2)有机溶剂，包括三氯甲烷、甲醇、乙醇或/和石油醚；(3)盐，包括硫酸铵、氯化铵或/和碳酸钠。
生物衍生材料处理工艺条件：(1)成形加工：在室温下用砂线切割机和手术器械，并用生理盐水冲洗，处理时间为2.0～4.0小时；(2)脱脂清洗：在37℃下在清洗槽内用10％～30％的过氧化氢，处理24～48小时；用石油醚在37℃下萃取脂肪3次，每隔24小时更换过氧化氢一次；在室温下用旋转清洗笼甩干过氧化氢，得到脱脂生物组织；(3)漂洗：在室温下在清洗槽内用去离子水漂洗3次；(4)脱蛋白清洗：在37℃下用氯仿-甲醇3∶1，处理12-72小时；在37℃下用硫酸铵4mol/L，pH7.0盐析含蛋白和脂肪的处理介质，去除蛋白和脂肪3次；在室温下用旋转清洗笼甩干氯仿-甲醇3次，得到脱脂、脱蛋白生物组织；(5)漂洗：在室温下，在清洗槽内使用去离子水漂洗3次；(6)冷冻干燥：在-35℃条件下在冷冻干燥机中干燥48～72小时。
本发明生物衍生材料的制作装置，其结构包括控制部分和机械部分：(1)控制部分包括转速控制和温度控制两部分，转速控制包括微电脑控制的电机、面板控制电路和显示屏，可设定：旋转清洗笼旋转方向可变、旋转时间和转速的可调，所有参数可预设；温度控制部分由温控仪、固态继电器和电加热管三部分组成。在清洗槽外侧底端设有电加热管，通过温控仪设定温度，由热电偶采样温度信号与之比较，由温控仪控制固态继电器的开关，以此达到控制温度升、降，从而保证温度调整范围：室温至39℃，±1℃恒温。(2)机械部分包括由微电脑，变速电机，通过驱动轮和转轴带动旋转清洗笼旋转；旋转清洗笼两端用定滑轮固定于清洗槽中，旋转清洗笼活动盖打开后，可将待处理的生物组织及器官置于其中，清洗过程中清洗液与生物组织或器官充分接触，旋转清洗笼上设有手柄，可将其取出清洗槽，清洗槽的上盖用密封条密封，并设有观察窗，便于观察旋转清洗笼工作状态，处理后，处理介质中的脂肪和蛋白质通过加液漏斗和加液阀门加入分馏介质或沉析剂后，进行分离，分离后的废液通过排水阀门导入废液槽中。旋转清洗笼的侧面孔径为2mm-6mm，保证笼内、外处理介质进出自如，同时保证笼内组织器官不漏出。
具体工作如下：在旋转清洗笼内装入处理介质和小块生物组织/器官，在电机控制下保证处理介质随旋转清洗笼旋转。清洗槽上盖与清洗槽用密封条封紧，上盖设有观察窗和控制面板，可设定电机的转速、旋转时间、并带动清洗笼沿顺时针或反时针双向旋转，温度控制保证处理介质处于恒温状态37℃。处理介质中所含脂肪、蛋白质经分液、沉淀净化后，可保证获得处理彻底的生物衍生材料。加液漏斗用于加入处理介质、分离液或沉析液。废液导入废液槽经处理后去除。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)由微电脑控制电机驱动旋转清洗笼双向旋转，使组织/器官与处理介质进行动态处理，保证处理介质易于渗入，处理时混合均匀、充分，保证了的生物衍生材料处理的均匀性。
(2)在组织/器官的处理过程中，温控仪保证处理介质的恒温状态，使得处理的组织/器官的生物活性损失减少，保存下来更多的生物活性物质，以利于制作的生物衍生材料发挥应有的组织诱导作用。
(3)在生物衍生材料制作过程中，充分考虑到处理介质中去除成份的饱和问题，在清洗槽内通过分馏或沉淀的方法，有效去除处理介质中的脂肪、蛋白质成份，这样，保证了处理的生物衍生材料本体内不残存要去除的成份，使生物衍生材料处理彻底、充分。
(3)本发明采用了自动控制的处理方法，其处理条件可精确控制，处理介质占生物组织/器官的比例也可确定，使其每次处理时工艺流程的控制参数基本相同，便于控制处理的生物衍生材料的质量，利于实现产品制作的标准化。
以下是本发明的附图图面说明：
图1是本发明制作装置的结构主视图。
图2是本发明制作装置的结构俯视图。
图3是本发明制作装置清洗笼和清洗槽的左视图。
图4是本发明制作装置旋转清洗笼的结构示意图。
图5是本发明生物衍生材料处理工艺流程图。
图6是本发明生物衍生材料脱脂清洗工艺流程图。
图7是本发明生物衍生材料脱蛋白清洗工艺流程图。
图8是本发明转速控制电路原理框图。
图9是本发明温度控制电路原理框图。
具体实施方式 本发明以下将结合实施例和附图作进一步详述：
实施例1.一种生物衍生材料制作方法：是将生物组织/器官去除不需要的部分组织后置于本设计的装置中加入处理介质进行处理，处理过程包括：1.去除脂肪；2.去除脂蛋白和糖蛋白；3.去除组织中的细胞；4.去除细胞内外抗原性蛋白质，从而得到：具有组织/器官基本结构、去除抗原性的生物衍生材料，
上述生物组织/器官包括：1.软组织，包括动物神经、肌腱、韧带、皮肤、血管、心包、心瓣膜、膀胱、大肠或小肠；2.硬组织，包括动物骨、软骨或牙齿；
上述的处理介质包括：1.生化试剂，包括过氧化氢、胰蛋白酶、胶原蛋白酶、Triton X-100、叠氮化钠或/和食品清洗剂；2.有机溶剂，包括三氯甲烷、甲醇、乙醇或/和石油醚；3.盐，包括硫酸铵、氯化铵或/和碳酸钠。
生物衍生材料处理、脱脂清洗、脱蛋白清洗的工艺条件分别列表如下(参见说书附图5、6、7)：
表1生物衍生材料处理工艺条件
| 工序 | 设备或溶液 | 处理温度(℃) | 处理时间(h) |
| 成形加工脱脂清洗漂洗脱蛋白清洗漂洗冷冻干燥 | 砂线切割机和手术器械生理盐水循环冲洗动态清洗槽及过氧化氢(10％～30％)动态清洗槽及去离子水动态清洗槽及氯仿-甲醇(3∶1)动态清洗槽及去离子水冷冻干燥机 | 室温37室温37室温-35 | 4-624-483次12-723次48-72 |
表2生物衍生材料脱脂清洗工艺条件
| 工序 | 设备或溶液 | 处理温度(℃) | 处理时间(h) |
| 动态清洗萃取 | 动态清洗槽及过氧化氢(10％～30％)石油醚 | 3737 | 24-483次 |
表3生物衍生材料脱蛋白清洗工艺条件
| 工序 | 设备或溶液 | 处理温度(℃) | 处理时间(h) |
| 动态清洗沉析 | 动态清洗槽及氯仿-甲醇(3∶1)沉析剂 | 3737 | 36-483次 |
实施例2.参见说明书附图1-4、8和9，一种生物衍生材料制作装置，其结构包括控制部分和机械部分：1.控制部分包括转速控制和温度控制两部分：(1)转速控制部分是由微处理器控制旋转清洗笼电机的旋转方向、旋转时间和转速，键盘通过键盘监控接口向微处理器给出各种参数的指令，并在液晶显示器上显示，控制部分可设定以下参数：旋转清洗笼旋转方向、旋转时间和转速的可调，所有参数可预设。(2)温度控制部分包括：由温控仪19和固态继电器20和电加热管21三部分组成，在清洗槽外侧底端设有电加热管，通过温控仪设定温度，由热电偶采样温度信号与之比较，由温控仪控制固态继电器的开关，以此达到控制温度升、降，从而保证温度调整范围：室温至39℃，±1℃恒温。2.机械部分包括由微电脑1控制变速电机2，通过驱动轮3和转轴4带动旋转清洗笼5旋转；旋转清洗笼两端用定滑轮6固定于清洗槽7中，旋转清洗笼活动盖8打开后，可将待处理的生物组织或器官9置于其中，清洗过程中清洗液10与生物组织和器官充分接触，旋转清洗笼上设有手柄11，可将其取出清洗槽，清洗槽的上盖12上设有观察窗13，便于观察旋转清洗笼工作状态，上盖与清洗槽用密封条14密封，处理介质中的脂肪和蛋白质通过加液漏斗15和加液阀门16加入分馏介质或沉析剂后，进行分离，处理后的废液通过出水阀门17导入废液槽18中。旋转清洗笼的侧面孔径为2mm-6mm，保证笼内、外处理介质进出自如，同时保证笼内组织器官不漏出。
实施例3：部分脱蛋白生物衍生骨的制作。取新鲜屠宰的猪肋骨2千克，剖开后去除软组织和骨髓，加工成2-5厘米的长节。置于生物衍生材料制作系统清洗槽中，用含食品清洗剂10％生理盐水液4升动态清洗1小时，去除表面脂肪和其它杂质；用30％过氧化氢4升于37℃条件下动态循环处理48小时，脱去肋骨中的脂肪，用石油醚分离脂肪；用生理盐水液清洗3次；然后加入氯仿-甲醇(3∶1)4升于37℃条件下动态循环处理72小时，部分脱蛋白，用硫酸铵去除氯仿-甲醇中的蛋白质；用生理盐水液清洗3次；最后获得部分脱蛋白生物衍生骨，经冻干封存后储于低温冰箱中。
实施例4：生物衍生脱钙骨的制作。取新鲜屠宰的猪肋骨2千克，剖开后去除软组织和骨髓，加工成2-5厘米的长段。置于生物衍生材料制作系统清洗槽中，用含食品清洗剂10％生理盐水液4升动态清洗1小时，去除表面脂肪和其它杂质；用30％过氧化氢4升于37℃条件下动态循环处理48小时，脱去肋骨中的脂肪，用石油醚分离脂肪；用生理盐水液清洗3次；然后加入0.6M盐酸4升于室温下动态循环脱钙60小时，用碳酸钠沉淀钙盐；入乙醇中动态清洗4小时，除去残余过氧化氢；用氯仿-甲醇(3∶1)4升于37℃条件下动态循环处理24小时，部分脱蛋白，用硫酸铵去除氯仿-甲醇中的蛋白质；最后获得生物衍生脱钙骨，经冻干封存后储于低温冰箱中。
实施例5：生物衍生肌腱的制作。取新鲜屠宰的猪踢腱0.5千克，去除表面腱膜，制成4厘米的长段。置于生物衍生材料制作系统清洗槽中，用含食品清洗剂10％生理盐水液1升动态清洗1小时，去除表面脂肪和其它杂质；用10％过氧化氢1升于37℃条件下动态循环处理12小时，脱去踢腱中的脂肪，用石油醚分离脂肪；用生理盐水液清洗3次；然后加入氯仿-甲醇(3∶1)1升于37℃条件下动态循环处理24小时，进一步脱去踢腱中的细胞和脂肪，用生理盐水液清洗3次；最后获得生物衍生肌腱，经冻干封存后储于低温冰箱中。
实施例6：生物衍生膀胱的制作。取新鲜屠宰的猪膀胱一个，从中纬线剖开，取上半部分，撕掉粘膜后，将其置于生物衍生材料制作系统清洗槽中。先用含食品清洗剂10％生理盐水液1升动态清洗1小时，去除表面脂肪和其它杂质；用1升10mmol/L生理盐水(含0.1％叠氮化钠)于37℃条件下动态循环处理16小时，溶解基质中的部分细胞；用生理盐水液清洗3次；然后用含1mol/LNaCl和DNA酶的溶液于37℃条件下动态循环处理24小时，进一步溶解细胞并去除所有细胞内成份；接着用含4％脱氧胆酸钠(含0.1％叠氮化钠)溶液继续动态循环处理12小时，以去除细胞膜脂双层及胞内膜脂。最后用生理盐水液清洗3次，获得生物衍生膀胱，经冻干封存后储于低温冰箱中。
Claims (2)
1.一种生物衍生材料制作方法：其特征在于：将生物组织/器官去除不需要的部分组织后置于本设计的装置中加入处理介质进行处理，处理过程包括：(1)去除脂肪；(2)去除脂蛋白和糖蛋白；(3)去除组织中的细胞；(4)去除细胞内外抗原性蛋白质，从而得到：具有组织/器官基本结构、去除抗原性的生物衍生材料，
1.1上述生物组织/器官包括：
1.1.1软组织，包括动物神经、肌腱、韧带、皮肤、血管、心包、心瓣膜、膀胱、大肠或小肠；
1.1.2硬组织，包括动物骨、软骨或牙齿；
1.2上述的处理介质包括：
1.2.1生化试剂，包括过氧化氢、胰蛋白酶、胶原蛋白酶、Triton X-100、叠氮化钠或/和食品清洗剂；
1.2.2有机溶剂，包括三氯甲烷、甲醇、乙醇或/和石油醚；
1.2.3盐，包括硫酸铵、氯化铵或/和碳酸钠；
1.3生物衍生材料处理工艺条件：
1.3.1成形加工：在室温下用砂线切割机和手术器械，并用生理盐水冲洗，时间为2.0～4.0小时；
1.3.2脱脂清洗：在37℃下在清洗槽内用10％-30％的过氧化氢动态清洗24～48小时；
1.3.2.1用石油醚在37℃下萃取脂肪3次，每隔24小时更换过氧化氢一次；
1.3.2.2在室温下用旋转清洗笼甩干过氧化氢，得到脱脂生物组织；
1.3.3漂洗：在室温下在清洗槽内用去离子水漂洗3次；
1.3.4脱蛋白清洗：在37℃下用氯仿-甲醇3∶1，处理12-72小时；
1.3.4.1在37℃下用硫酸铵4mol/L，pH7.0盐析含蛋白和脂肪的处理介质，去除蛋白和脂肪3次；
1.3.4.2在室温下用旋转清洗笼甩干氯仿-甲醇3次，得到脱脂、脱蛋白生物组织；
1.3.5漂洗：在室温下，在清洗槽内使用去离子水漂洗3次；
1.3.6冷冻干燥：在-35℃条件下在冷冻干燥机中干燥48～72小时。
2.实施权利要求1的生物衍生材料制作装置，其结构的特征在于：包括控制部分和机械部分：
2.1控制部分包括转速控制和温度控制两部分，
2.1.1转速控制部分是由微处理器控制旋转清洗笼电机的旋转方向、旋转时间和转速，键盘通过键盘监控接口向微处理器给出各种参数的指令，并在液晶显示器上显示；
2.1.2旋转清洗笼旋转方向可变、旋转时间和转速可调，
2.1.3旋转清洗笼旋转方向、旋转时间和转速可预设；
2.2温度控制部分包括：由温控仪〔19〕和固态继电器〔20〕和电加热管〔21〕三部分组成，在清洗槽外侧底端设有电加热管，通过温控仪设定温度，由热电偶采样温度信号与之比较，由温控仪控制固态继电器的开关，以此达到控制温度升、降，从而保证温度调整范围：室温至39℃，±1℃恒温；
2.3机械部分包括由微电脑〔1〕控制变速电机〔2〕，通过驱动轮〔3〕和转轴〔4〕带动旋转清洗笼〔5〕旋转；旋转清洗笼两端用定滑轮〔6〕固定于清洗槽〔7〕中，旋转清洗笼活动盖〔8〕打开后，可将待处理的生物组织或器官〔9〕置于其中，清洗过程中清洗液〔10〕与生物组织和器官充分接触，旋转清洗笼上设有手柄〔11〕，可将其取出清洗槽，清洗槽的上盖〔12〕上设有观察窗〔13〕，便于观察旋转清洗笼工作状态，上盖与清洗槽用密封条〔14〕密封，处理介质中的脂肪和蛋白质，通过加液漏斗〔15〕和加液阀门〔16〕加入分馏介质或沉析剂后，进行分离，分离后的废液通过出水阀门〔17〕导入废液槽〔18〕中；
2.3.1旋转清洗笼的侧面孔径为2mm-6mm，保证笼内、外处理介质进出自如，同时保证笼内组织器官不漏出。
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