專利名稱：氧化細菌纖維素微米-納米組織工程支架材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氧化細菌纖維素微米-納米組織工程支架材料及制備方法，屬于生物 醫(yī)學材料領域。
背景技術：
近年來，隨著納米技術及組織工程技術的發(fā)展，組織工程支架材料也取得了較快的進 步。傳統(tǒng)的組織工程支架材料要求有50-200 nm的孔隙，作為細胞生長的空間。如今的納 米科學技術提升了人類的認知水平和研究尺度，就對組織工程支架提出了新的要求--構建 的組織工程支架材料不僅要在微米尺度上調控，還應該具有納米精細結構。這是因為體內 天然細胞外基質(ECM)是三維納米纖維結構，ECM中存在納米尺度的孔、纖維和隆起； 此外，細胞表面受體為納米結構，細胞表面功能結構域的尺度亦為納米級；許多生物功能 分子、ECM組分和細胞的相互作用都發(fā)生在納米級別(即分子水平)，發(fā)生在納米尺度的 這些相互作用直接影響細胞的行為與功能。從生物學的觀點來看，幾乎所有的人體組織和 器官都具有納米纖維的形式和結構，如骨骼、膠原質、軟骨和皮膚等。具有三維納米纖維 結構的支架可以最大限度的模仿天然細胞外基質的結構，進而具備生物功能實現(xiàn)與肌體組 織的完全整合。因此，仿生組織工程支架的設計與構建開始要求由納米纖維實現(xiàn)。
當前的納米組織工程支架制備技術主要有相分離、靜電紡絲和生物合成，但是這些技 術獲得的納米支架材料都缺少微米空間，本發(fā)明基于生物合成的細菌纖維素納米支架進行 修飾，獲得同時具有微米孔隙和納米纖維的組織工程支架材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種氧化細菌纖維素微米-納米組織工程支架材料及制備方 法，達到微米孔隙與納米纖維共存，接近仿生組織工程支架材料的設計要求。本發(fā)明制備 方法相對容易，成本低。在微米-納米結構制備過程中，無特殊設備要求。
本發(fā)明提供的一種氧化細菌纖維素微米-納米組織工程支架材料是以木醋桿菌、高碘 酸鈉和NaC102為原料制備，步驟是首先用木醋桿菌在文獻[Wan YZ， Hong L, Jia S R， et al. Synthesis and characterization of hydroxyapatite-bacterial cellulose nanocomposites， Composites Science and Technology, 2006, 66:1825-1832]描述的液態(tài)培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經過堿 純化處理得到細菌纖維素膜，細菌纖維素膜用高碘酸鈉氧化得到氧化細菌纖維素支架，然 后與NaC102反應，清洗，冷凍干燥；
細菌纖維素膜與高碘酸鈉的質量比2-4:1。氧化細菌纖維素與NaCK)2的質量比5-10:1。
本發(fā)明提供的一種氧化細菌纖維素微米-納米組織工程支架材料制備方法包括的步
驟
1) 將細菌纖維素膜浸泡在pH=l-5的HC1/KC1緩沖溶液中24-48 h，加入高碘酸鈉， 用鹽酸調pH值l-5，避光條件下，攪拌、加熱升溫至35-55 'C反應2-12 h。取出試樣，在 0.1 mol/L乙二醇溶液浸泡，直至除去過量的I(V。用水清洗試樣，冷凍，干燥，獲得選擇 性氧化的細菌纖維素支架。
2) 將獲得的氧化細菌纖維素支架放入質量濃度為0.3mol/L的NaC102溶液中，并用 鹽酸調節(jié)pH值在2-6，在室溫下攪拌避光反應48-72 h。取出試樣，光照分解氧化劑，用 水清洗試樣，直至去除氧化劑，冷凍干燥，獲得具有微米-納米結構的氧化細菌纖維素組 織工程支架。
本發(fā)明提供的氧化細菌纖維素微米-納米組織工程支架材料的制備方法，采用了兩次 選擇性氧化的化學修飾加冷凍干燥制備了微米-納米組織工程支架材料。制得的支架材料 具有微米-納米孔架結構。修飾前細菌纖維素水凝膠冷凍干燥后缺少微米孔隙，化學修飾 后氧化細菌纖維素冷凍干燥后獲得了 50-200pm的孔隙，而且微米孔隙內部含有納米纖維。
本發(fā)明采用先進的化學修飾加冷凍干燥技術較好地制備了微米孔隙和納米纖維共存 的組織工程支架材料，對進一步作為仿生組織工程支架材料的應用具有重大意義。實現(xiàn)了 微米孔隙與納米纖維共存，接近仿生組織工程支架材料的設計要求。制備方法相對容易， 成本低。在微米-納米結構制備過程中，無特殊設備要求。


圖1為微米-納米組織工程支架材料微觀形貌照片。 圖2為氧化細菌纖維素支架材料的紅外光譜。
具體實施方式
實施例1
寸吏用木酉昔桿菌在文獻[Wan Y Z, Hong L， Jia S R， et al. Synthesis and characterization of hydroxyapatite-bacterial cellulose nanocomposites, Composites Science and Technology, 2006, 66:1825-1832]描述的液態(tài)培養(yǎng)基中靜態(tài)培養(yǎng)7天取出，經過NaOH純化處理，并清洗至中 性，得到細菌纖維素膜。
將10 g細菌纖維素膜浸泡在pH=l的HC1/KC1緩沖溶液中48 h。將浸泡后的細菌纖維 素水凝膠和高碘酸鈉按照質量比2:1的比例加入反應器中，加入100mLpH-l的鹽酸，避 光條件下，攪拌、加熱，升溫至55'C，反應12h。待反應完畢，取出試樣，加入200mL 濃度為O.l mol/L乙二醇溶液浸泡，直至除去過量的I04-。用去離子水多次清洗試樣，直 至用碘化鉀淀粉試紙測試出無氧化劑殘留時即可。取上述獲得的氧化纖維素試樣5 g，加入3gNaC102溶解在去離子水中，并加入鹽酸 調節(jié)pH值至5，在室溫下攪拌，避光反應72 h。取出試樣，光照分解氧化劑，用去離子 水多次清洗試樣，直至用碘化鉀淀粉試紙測試無氧化劑殘留時即可。冷凍干燥試樣獲得即 可具有微米-納米結構的氧化細菌纖維素組織工程支架，其微米孔徑在50pm附近。測試結 果見圖1和圖2。圖l微米-納米組織工程支架材料微觀形貌照片，(a)微米孔，(b)微米孔 內含納米纖維。
實施例2
使用木醋桿菌在文獻[Wan Y Z， Hong L， Jia S R， et al. Synthesis and characterization of hydroxyapatite-bacterial cellulose nanocomposites, Composites Science and Technology, 2006， 66:1825-1832]描述的液態(tài)培養(yǎng)基中靜態(tài)培養(yǎng)7天取出，經過NaOH純化處理，并清洗至中 性，得到細菌纖維素膜。
將50 g細菌纖維素膜浸泡在O.lmol/L高碘酸鈉溶液中，用鹽酸調節(jié)至pH=2避光條件 下，攪拌、加熱，升溫至35。C，反應48h。待反應完畢，取出試樣，加入200mL濃度為 0.1 mol/L乙二醇溶液浸泡，直至除去過量的IO"用去離子水多次清洗試樣，直至用碘化 鉀淀粉試紙測試出無氧化劑殘留時即可。
取出上述獲得的氧化纖維素試樣，加入0.3mol/LNaClO2溶液中，并加入鹽酸調節(jié)pH 值至4，在室溫下攪拌2h，靜置反應72h。取出試樣，光照分解氧化劑，用去離子水多次 清洗試樣，直至用碘化鉀淀粉試紙測試無氧化劑殘留時即可。冷凍干燥試樣獲得即可具有 微米-納米結構的氧化細菌纖維素組織工程支架，其微米孔徑在100^irn附近。
權利要求
1、一種氧化細菌纖維素微米-納米組織工程支架材料，其特征在于它是以木醋桿菌、高碘酸鈉和NaClO2為原料制備，步驟是首先用木醋桿菌在液態(tài)培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經過堿純化處理得到細菌纖維素膜，細菌纖維素膜用高碘酸鈉氧化得到氧化細菌纖維素支架，然后與NaClO2反應，清洗，冷凍干燥；細菌纖維素膜與高碘酸鈉的質量比2-4∶1；細菌纖維素膜與NaClO2的質量比5-10∶1。
2、 按照權利要求1所述的組織工程支架材料，其特征在于該組織工程支架材料的孔 隙為50-200拜。
3、 一種權利要求1所述的氧化細菌纖維素微米-納米組織工程支架材料制備方法，其 特征在于包括的步驟1) 將細菌纖維素膜浸泡在pH-l-5的HCiyKCl緩沖溶液中24-48 h,加入高碘酸鈉， 用鹽酸調pH值l-5，避光條件下，攪拌、加熱升溫至35-55 'C反應2-12 h,取出試樣，在 0.1mol/L乙二醇溶液浸泡，直至除去過量的I(V,用水清洗試樣，冷凍，干燥，獲得選擇 性氧化的細菌纖維素支架；2) 將獲得的氧化細菌纖維素膜放入質量濃度為0.3mol/L的NaC102溶液中，并用鹽 酸調節(jié)pH值在2-6，在室溫下攪拌避光反應48-72 h,取出試樣，光照分解氧化劑，用水 清洗試樣，直至去除氧化劑，冷凍干燥，獲得具有微米-納米結構的氧化細菌纖維素組織 工程支架。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化細菌纖維素微米-納米組織工程支架材料及制備方法，它是以木醋桿菌、高碘酸鈉和NaClO₂為原料制備，步驟是首先用木醋桿菌在液態(tài)培養(yǎng)基中培養(yǎng)，經過堿純化處理得到細菌纖維素膜，細菌纖維素膜用高碘酸鈉氧化得到氧化細菌纖維素支架，然后與NaClO₂反應，清洗，冷凍干燥；本發(fā)明具有50-200μm的孔隙結構，而且微米孔隙內部含有納米纖維。本發(fā)明制備方法相對容易，成本低，對進一步作為仿生組織工程支架材料的應用具有重大意義。
文檔編號A61L27/00GK101584879SQ200910069309
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權日2009年6月18日
發(fā)明者萬怡灶, 芳 何, 建 李, 羅紅林, 遠 黃 申請人:天津大學