專利名稱：植物源性蛋白三維支架材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種生物醫(yī)學工程技術(shù)領(lǐng)域的生物醫(yī)用材料，具體涉及一種植物源性蛋白三維支架材料。
背景技術(shù)：
組織工程支架材料是生物醫(yī)學領(lǐng)域組織工程研究的重點之一。生物材料是種子細胞形成組織之前賴以生存和依附的三維支架，它能將細胞固定于一定位置，為其生長、繁殖、新陳代謝及細胞外基質(zhì)分泌等生理活動提供場所，并引導再生組織基本形狀。作為組織工程的支架材料應具備如下特點①良好生物相容性及組織相容性利于細胞粘附與增殖，無細胞毒性，無免疫原性，不引起炎癥反應；②生物可降解性可完全降解，產(chǎn)物無毒，降解速率與組織形成速率基本一致；③具有可塑性及一定機械強度，能維持特定的大小和形狀，可引導組織再生；④一定的孔隙率及適當大小的孔徑，細胞能均勻分布在材料表面及內(nèi)部；⑤無毒、無不良反應，性質(zhì)穩(wěn)定，易貯存、易消毒等。
生物材料的力學性能是組織工程，特別是硬組織工程中的重要因素之一。目前，天然生物材料已受到廣泛的研究，包括甲殼素、纖維蛋白、膠原蛋白、殼聚糖等。這些材料共同特點就是可降解，生物相容性好，但力學強度不足，從而限制了它們的發(fā)展。玉米醇溶蛋白是玉米的主要儲藏蛋白，占玉米中蛋白的45％-50％。玉米醇溶蛋白可以加工成樹脂，具有良好的熱塑性、堅韌性、疏水性、降解性和抗菌性等。玉米醇溶蛋白已被研究用于醫(yī)用粘合劑，生物可降解塑料，口香糖，可食用抗?jié)袷称钒b，酸敏感藥物釋放體系，微球，微囊化殺蟲劑，口服藥物掩味劑，生物學實驗條帶和創(chuàng)傷敷料等許多方面。研究表明玉米醇溶蛋白具有良好的生物可降解性和生物相容性，是一種可應用于組織工程的新型天然聚合物。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號為CN1555892A的專利，該專利將植物源性醇溶蛋白與食鹽等致孔劑混合，在一定溫度和濕度的條件下自然成型，或經(jīng)模壓成型、水煮除去致孔劑后冷凍干燥而制得。盡管上述方法可以獲得具有一定力學強度和孔隙特性的支架，但其力學性能較差，壓縮模量僅幾十MPa，而且材料脆性大，無法得到拉伸性能和彎曲性能。因此，上述方法制備的植物源性蛋白三維支架在組織工程中的應用受到限制，不適用于承力部位，特別是骨組織工程的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種植物源性蛋白三維支架材料。使其具有較高力學強度和良好孔隙特性，該植物源性蛋白三維支架材料含有一種或幾種脂肪酸，其壓縮強度、拉伸強度和三點彎曲強度及相應模量在正常人體骨的力學強度范圍內(nèi)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，本發(fā)明各組分及其重量百分比為植物源性醇溶蛋白25.4％-82.5％，脂肪酸2.9％-35.1％，致孔劑6.5％-68.0％。脂肪酸與植物源性醇溶蛋白按比例混合后，再加入致孔劑，即得到本發(fā)明的材料，經(jīng)模壓成型，然后加固成型，采用水浴瀝濾除去致孔劑后冷凍干燥而制得具有高力學強度和孔隙率的三維支架。
所述的植物源性醇溶蛋白，是米、小麥、大麥、裸麥、燕麥或玉米的醇溶性蛋白。推薦使用玉米醇溶蛋白。
所述的脂肪酸，包括硬脂酸、棕櫚酸等飽和脂肪酸，以及油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸。
所述的致孔劑，為甘露醇、山梨醇、葡萄糖、乳糖和麥芽糖中的任何一種。
本發(fā)明添加脂肪酸改善支架材料的性能，脂肪酸是一種優(yōu)良的塑化劑，它們可以滲透到植物源性醇溶蛋白大分子分開的鏈之間，在較高的濕度和溫度條件下通過降低醇溶蛋白分子的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度。一方面，它們減少植物源性蛋白分子鏈間的摩擦力，從而使得大分子間的運動易于發(fā)生，使得醇溶蛋白分子間的相互作用增強；另一方面，在較高的濕度和溫度條件下脂肪酸(塑化劑)與植物源性醇溶蛋白分子間發(fā)生劇烈的相互作用。因此，在除去致孔劑后形成了具有良好力學性能的多孔支架。本發(fā)明所用材料的原料來源廣泛、價格低廉、工藝要求低，適合作為生物醫(yī)用材料。
本發(fā)明添加脂肪酸后的支架材料的力學性能得到明顯改善，與對照組(不添加脂肪酸)相比大大增加。用本發(fā)明制備的植物源性蛋白三維支架的最大壓縮強度和模量達到151.3MPa和937MPa，最大彎曲強度和模量達到45.1MPa和和876MPa；拉伸強度和模量分別為11.4MPa和1240MPa?？紫堵首罡哌_到82.5％。不添加脂肪酸的支架的最大壓縮強度和模量為46.6MPa和1021MPa，但材料脆性大，未獲得其相應拉伸性能和彎曲性能的結(jié)果。
具體實施例方式
實施例一本發(fā)明植物源性蛋白三維支架材料各組分及其重量百分比為植物源性醇溶蛋白82.5％，油酸8.3％，甘露醇9.2％。所述的植物源性醇溶蛋白是一種來源于玉米的醇溶性蛋白。將上述組分混勻，模壓成型，然后將制備好的樣品放于相對濕度95-100％、37-40℃條件下成型21-28天。在支架成型后，將支架放于50-55℃水浴中，使致甘露醇溶解于水中而從支架中去除，每隔兩小時更換一次水，瀝濾時間72小時。再經(jīng)真空冷凍干燥12小時即可制得醇溶蛋白多孔支架。制備好的樣品采用Zwick材料萬能試驗機進行力學性能測試和采用氣體排出法進行孔隙率測試。支架的壓縮強度和模量分別達到83.3MPa和877MPa；彎曲強度和模量分別達到19.7MPa和529MPa；拉伸強度和模量分別為5.2MPa和468MPa。支架的孔隙率達到28.0％。
實施例二本發(fā)明植物源性蛋白三維支架材料各組分及其重量百分比為植物源性醇溶蛋白65.5％，油酸6.5％，山梨醇28.0％。所述的植物源性醇溶蛋白是一種來源于燕麥的醇溶性蛋白。將上述組分混勻，模壓成型，然后將制備好的樣品放于相對濕度95-100％、37-40℃條件下成型21-28天。在支架成型后，將支架放于50-55℃水浴中，使致山梨醇溶解于水中而從支架中去除，每隔兩小時更換一次水，瀝濾時間60小時。再經(jīng)真空冷凍干燥10小時即可制得醇溶蛋白多孔支架。制備好的樣品采用Zwick材料萬能試驗機進行力學性能測試和采用氣體排出法進行孔隙率測試。支架的壓縮強度和模量分別達到15.3MPa和339MPa；彎曲強度和模量分別達到6.2MPa和308MPa；拉伸強度和模量分別為1.6MPa和378MPa。支架的孔隙率達到53.5％。
實施例三本發(fā)明植物源性蛋白三維支架材料各組分及其重量百分比為植物源性醇溶蛋白29.1％，亞油酸2.9％，乳糖68.0％。所述的植物源性醇溶蛋白是一種來源于大麥的醇溶性蛋白。將上述組分混勻，模壓成型，然后將制備好的樣品放于相對濕度95-100％、37-40℃條件下成型21-28天。在支架成型后，將支架放于50-55℃水浴中，使致乳糖溶解于水中而從支架中去除，每隔兩小時更換一次水，瀝濾時間48小時。再經(jīng)真空冷凍干燥8小時即可制得醇溶蛋白多孔支架。制備好的樣品采用Zwick材料萬能試驗機進行力學性能測試和采用氣體排出法進行孔隙率測試。支架的壓縮強度和模量分別達到3.9MPa和27MPa；彎曲強度和模量分別達到1.3MPa和19MPa；拉伸強度和模量分別為0.5MPa和9MPa。支架的孔隙率達到82.5％。
實施例四本發(fā)明植物源性蛋白三維支架材料各組分及其重量百分比為植物源性醇溶蛋白76.2％，亞油酸15.3％，葡萄糖8.5％。所述的植物源性醇溶蛋白是一種來源于米的醇溶性蛋白。將上述組分混勻，模壓成型，然后將制備好的樣品放于相對濕度95-100％、37-40℃條件下成型21-28天。在支架成型后，將支架放于50-55℃水浴中，使致葡萄糖溶解于水中而從支架中去除，每隔兩小時更換一次水，瀝濾時間72小時。再經(jīng)真空冷凍干燥12小時即可制得醇溶蛋白多孔支架。制備好的樣品采用Zwick材料萬能試驗機進行力學性能測試和采用氣體排出法進行孔隙率測試。支架的壓縮強度和模量分別達到121.3MPa和937MPa；彎曲強度和模量分別達到35.2MPa和876MPa；拉伸強度和模量分別為7.4MPa和1240MPa。支架的孔隙率達到25.0％。
實施例五本發(fā)明植物源性蛋白三維支架材料各組分及其重量百分比為植物源性醇溶蛋白61.4％，油酸12.3％，甘露醇26.3％。所述的植物源性醇溶蛋白是一種來源于玉米的醇溶性蛋白。將上述組分混勻，模壓成型，然后將制備好的樣品放于相對濕度95-100％、37-40℃條件下成型21-28天。在支架成型后，將支架放于50-55℃水浴中，使致甘露醇溶解于水中而從支架中去除，每隔兩小時更換一次水，瀝濾時間60小時。再經(jīng)真空冷凍干燥10小時即可制得醇溶蛋白多孔支架。制備好的樣品采用Zwick材料萬能試驗機進行力學性能測試和采用氣體排出法進行孔隙率測試。支架的壓縮強度和模量分別達到51.8MPa和587MPa；彎曲強度和模量分別達到18.2MPa和521MPa；拉伸強度和模量分別為4.1MPa和762MPa。支架的孔隙率達到41.5％。
實施例六本發(fā)明植物源性蛋白三維支架材料各組分及其重量百分比為植物源性醇溶蛋白28.7％，棕櫚酸4.3％，甘露醇67.0％。所述的植物源性醇溶蛋白是一種來源于燕麥的醇溶性蛋白。將上述組分混勻，模壓成型，然后將制備好的樣品放于相對濕度95-100％、37-40℃條件下成型21-28天。在支架成型后，將支架放于50-55℃水浴中，使致甘露醇溶解于水中而從支架中去除，每隔兩小時更換一次水，瀝濾時間48小時。再經(jīng)真空冷凍干燥8小時即可制得醇溶蛋白多孔支架。制備好的樣品采用Zwick材料萬能試驗機進行力學性能測試和采用氣體排出法進行孔隙率測試。支架的壓縮強度和模量分別達到4.9MPa和19MPa；彎曲強度和模量分別達到1.6MPa和17MPa；拉伸強度和模量分別為0.5MPa和14MPa。支架的孔隙率達到81.5％。
實施例七本發(fā)明植物源性蛋白三維支架材料各組分及其重量百分比為植物源性醇溶蛋白58.4％，硬脂酸35.1％，麥芽糖6.5％。所述的植物源性醇溶蛋白是一種來源于小麥的醇溶性蛋白。將上述組分混勻，模壓成型，然后將制備好的樣品放于相對濕度95-100％、37-40℃條件下成型21-28天。在支架成型后，將支架放于50-55℃水浴中，使致麥芽糖溶解于水中而從支架中去除，每隔兩小時更換一次水，瀝濾時間72小時。再經(jīng)真空冷凍干燥12小時即可制得醇溶蛋白多孔支架。制備好的樣品采用Zwick材料萬能試驗機進行力學性能測試和采用氣體排出法進行孔隙率測試。支架的壓縮強度和模量分別達到12.7MPa和249MPa；彎曲強度和模量分別達到5.1MPa和196MPa；拉伸強度和模量分別為1.4MPa和208MPa。支架的孔隙率達到18.5％。
實施例八本發(fā)明植物源性蛋白三維支架材料各組分及其重量百分比為植物源性醇溶蛋白49.3％，油酸29.6％，山梨醇21.1％。所述的植物源性醇溶蛋白是一種來源于裸麥的醇溶性蛋白。將上述組分混勻，模壓成型，然后將制備好的樣品放于相對濕度95-100％、37-40℃條件下成型21-28天。在支架成型后，將支架放于50-55℃水浴中，使致山梨醇溶解于水中而從支架中去除，每隔兩小時更換一次水，瀝濾時間72小時。再經(jīng)真空冷凍干燥10小時即可制得醇溶蛋白多孔支架。制備好的樣品采用Zwick材料萬能試驗機進行力學性能測試和采用氣體排出法進行孔隙率測試。支架的壓縮強度和模量分別達到15.3MPa和223MPa；彎曲強度和模量分別達到4.5MPa和131MPa；拉伸強度和模量分別為1.7MPa和213MPa。支架的孔隙率達到49.5％。
實施例九本發(fā)明植物源性蛋白三維支架材料各組分及其重量百分比為植物源性醇溶蛋白25.4％，棕櫚酸15.3％，甘露醇59.3％。所述的植物源性醇溶蛋白是一種來源于玉米的醇溶性蛋白。將上述組分混勻，模壓成型，然后將制備好的樣品放于相對濕度95-100％、37-40℃條件下成型21-28天。在支架成型后，將支架放于50-55℃水浴中，使致甘露醇溶解于水中而從支架中去除，每隔兩小時更換一次水，瀝濾時間48小時。再經(jīng)真空冷凍干燥8小時即可制得醇溶蛋白多孔支架。制備好的樣品采用Zwick材料萬能試驗機進行力學性能測試和采用氣體排出法進行孔隙率測試。支架的壓縮強度和模量分別達到8.9MPa和159MPa；彎曲強度和模量分別達到3.6MPa和97MPa；拉伸強度和模量分別為1.5MPa和114MPa。支架的孔隙率達到61.5％。
權(quán)利要求
1.一種植物源性蛋白三維支架材料，其特征在于，各組分及其重量百分比為植物源性醇溶蛋白25.4％-82.5％，脂肪酸2.9％-35.1％，致孔劑6.5％-68.0％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物源性蛋白三維支架材料，其特征是，所述的植物源性醇溶蛋白，是米、小麥、大麥、裸麥、燕麥或玉米的醇溶性蛋白。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的植物源性蛋白三維支架材料，其特征是，所述的植物源性醇溶蛋白，為玉米醇溶蛋白。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物源性蛋白三維支架材料，其特征是，所述的脂肪酸，為硬脂酸、棕櫚酸、油酸和亞油酸中的任何一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物源性蛋白三維支架材料，其特征是，所述的致孔劑，為甘露醇、山梨醇、葡萄糖、乳糖和麥芽糖中的任何一種。
全文摘要
一種生物醫(yī)學工程領(lǐng)域的植物源性蛋白三維支架材料，各組分及其重量百分比為含有植物源性醇溶蛋白25.4％－82.5％，脂肪酸2.9％－35.1％，致孔劑6.5％－68.0％。脂肪酸與植物源性醇溶蛋白按比例混合后，再加入致孔劑，經(jīng)模壓成型，然后加固成型，采用水浴瀝濾除去致孔劑后冷凍干燥而制得具有高力學強度和孔隙率的三維支架。用本發(fā)明材料制備的植物源性蛋白三維支架的最大壓縮強度和模量達到151.3MPa和937MPa，最大彎曲強度和模量達到45.1MPa和876MPa；拉伸強度和模量分別為11.4MPa和1240MPa?？紫堵首罡哌_到82.5％。
文檔編號A61L31/04GK1775307SQ20051011099
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者王瑾曄, 龔生舉 申請人:上海交通大學