專利名稱：一種雙醛羧甲基纖維素-膠原冷凍凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料的制備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種具有良好的具有多孔 性、親水性、吸水保水性的雙醛羧甲基纖維素一膠原冷凍凝膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
水凝膠是一種類似生命組織的高分子材料，由在水中不溶解但可溶脹的高分子網(wǎng) 絡(luò)及水組成，因而具有可成型性、吸濕性、成膜性、粘結(jié)性、熱容量大等性能，廣泛應(yīng)用于生 物支架、細(xì)胞培養(yǎng)、藥物控釋、組織工程和創(chuàng)傷、燒傷治療及止血等生物醫(yī)用領(lǐng)域，其中應(yīng)用 于組織工程的水凝膠主要分為兩大類合成高分子水凝膠和天然高分子水凝膠。膠原是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的一種結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，分子中至少應(yīng)該有一個(gè)結(jié)構(gòu)域具有 a-鏈組成的三股螺旋構(gòu)象(即膠原域)。膠原因?yàn)樽陨淼奶厥庑再|(zhì)如低免疫原性、生物相 容性、止血作用、可生物降解性和良好的細(xì)胞基質(zhì)間相互作用，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著十分廣 闊的應(yīng)用前景。但是由于膠原自身機(jī)械性能和可塑性不足；熱穩(wěn)定性差，不能長期保存；對(duì) 生物降解的耐受性較差，在體內(nèi)降解過快，難以與新生組織的生長相匹配，其應(yīng)用范圍因不 能滿足某些生物醫(yī)用材料的功能性需求而受到較大限制。因此，通常使用的膠原基生物材 料都要經(jīng)過物理或化學(xué)方法交聯(lián)改性，以改善膠原的物化和生物學(xué)方面的性能。常見的膠原改性方法主要有物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)。物理交聯(lián)法主要有真空干熱交 聯(lián)、輻射交聯(lián)等。這類方法的特點(diǎn)是在交聯(lián)過程中無需引入其他物質(zhì)，也不會(huì)破壞膠原基材 料的生物相容性，但是單純的物理交聯(lián)達(dá)不到所要求的交聯(lián)度，而且過量或長時(shí)間的紫外 線或、射線輻照(CN1944495A)會(huì)導(dǎo)致膠原構(gòu)象改變甚至使膠原降解?；瘜W(xué)交聯(lián)法應(yīng)用 較多的化學(xué)交聯(lián)劑主要是戊二醛、碳化二亞胺類和雙環(huán)氧類化合物。傳統(tǒng)的純化學(xué)交聯(lián)法 對(duì)于交聯(lián)度的調(diào)控比較困難，不能滿足再生速率不同的各種組織材料的要求，而以戊二醛 (CN1387923A)做交聯(lián)劑改性的膠原不會(huì)改變膠原的基本構(gòu)象及基本生物學(xué)功能，但由于醛 與膠原的反應(yīng)過程可逆，生成schiff堿的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，很容易在體內(nèi)水解產(chǎn)生具有代謝毒 性的游離小分子醛。此外，常用的改性方法還有以膠原與其它天然高分子材料共混進(jìn)行改性，如膠 原一殼聚糖共混(CN1584150A)。雖然共混改性能夠借助氫鍵等次價(jià)鍵改善膠原的強(qiáng)度，并 增添了許多膠原不具有的優(yōu)良性質(zhì)，但是該方法改性的膠原在力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、抗酶降 解性等方面仍然不能滿足組織工程支架的要求。而以膠原與多糖衍生物共混是目前較好的 一種改性方法，如雙醛淀粉一膠原冷凍凝膠(CN101234216A)。雙醛淀粉具有生物可降解性 和低毒性，能夠與膠原發(fā)生交聯(lián)改性，有效的提高了膠原基材料的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，且 使用冷凍凝膠技術(shù)使制備的凝膠具有多孔性，利于細(xì)胞的吸附和生長。不過雙醛淀粉的反 應(yīng)活性偏低，改性時(shí)用量偏大，在一定程度上降低了凝膠的生物相容性。雙醛羧甲基纖維素(CN101250827A)是以羧甲基纖維素鈉為原料，采用高碘酸鹽 制備的新型高分子材料，具有無毒性、生物可降解性和生物相容性等優(yōu)良的生物學(xué)性能，而 且分子結(jié)構(gòu)中含有大量的反應(yīng)基團(tuán)醛基，與膠原的反應(yīng)活性高，因此可以在膠原基材料中
3做交聯(lián)劑。目前為止，尚未有專利和文獻(xiàn)對(duì)雙醛羧甲基纖維素一膠原冷凍凝膠研究的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
單純的膠原凝膠力學(xué)性能差、熱穩(wěn)定性低和抗酶降解性能弱，不能滿足材料的使 用性能，而且傳統(tǒng)改性方法會(huì)降低膠原凝膠生物相容性的特點(diǎn)，為此本發(fā)明提供了一種雙 醛羧甲基纖維素一膠原冷凍凝膠及其制備方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，除特別說明外，所涉及的份數(shù)均為重量份數(shù)，百分 比均為重量百分?jǐn)?shù)一種雙醛羧甲基纖維素一膠原冷凍凝膠及其制備方法，其特征是將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 (1 3) %的膠原溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(0. 01 1) %的雙醛羧甲基纖維素溶液混合均勻，然后 注入模具中于一40 0°C貯藏1 7天，取出緩慢解凍即得到雙醛羧甲基纖維素一膠原冷 凍凝膠。在上述技術(shù)案中，所述冷凍凝膠中雙醛羧甲基纖維素和膠原的比例按干重計(jì)為 1 (100 10000)，優(yōu)選范圍為 1 (500 5000)。在上述技術(shù)案中，所述膠原為從健康動(dòng)物皮或腱中提取的，三股螺旋結(jié)構(gòu)保持完 好的膠原。在上述技術(shù)案中，所述雙醛羧甲基纖維素為以羧甲基纖維素鈉為原料，采用高碘 酸或高碘酸鹽氧化制備，醛基含量為(30 92) %的雙醛羧甲基纖維素。在上述技術(shù)案中，所述混合溶液注入模具中于-25 -10°C貯藏3 7天。在上述技術(shù)案中，所述冷凍凝膠可用于生物支架、細(xì)胞培養(yǎng)、藥物控釋、組織工程、 創(chuàng)傷和燒傷治療。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有多方面的積極效果和優(yōu)點(diǎn)，具體可歸納概括如下(1)本發(fā)明中使用的交聯(lián)劑是雙醛羧甲基纖維素。雙醛羧甲基纖維素反應(yīng)活性 高，微量的雙醛羧甲基纖維素即可使膠原的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和抗酶降解性得到較大的 改善。除了其本身具有的無毒性、生物可降解性和生物相容性等優(yōu)良的生物學(xué)性能外，采用 它制備的雙醛羧甲基纖維素一膠原冷凍凝膠可避免游離小分子醛造成的代謝毒性現(xiàn)象，而 且所制得的冷凍凝膠主體為膠原，使其具有更高的生物相容性。(2)本發(fā)明采用冷凍凝膠技術(shù)使制備的雙醛羧甲基纖維素一膠原冷凍凝膠具有多 孔性結(jié)構(gòu)和親水性，從而具備了良好的吸水保水性，也便于細(xì)胞的吸附和生長，適用于組織 工程材料。(3)本發(fā)明采用冷凍凝膠技術(shù)，以生物學(xué)性能優(yōu)良的雙醛羧甲基纖維素交聯(lián)膠原 制備冷凍凝膠，改善了膠原基凝膠的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和抗酶降解性能，使其生物降解吸 收的速度可控；且低溫條件下避免了膠原的熱變性，更好的保持了膠原的天然結(jié)構(gòu)和優(yōu)良 的生物活性。(4)本發(fā)明所使用的結(jié)構(gòu)保持完好的膠原可以從健康的家畜動(dòng)物皮或腱中經(jīng)酶法 提取，來源廣泛而且價(jià)格低廉，最終形成的雙醛羧甲基纖維素一膠原冷凍凝膠適用于生物 醫(yī)藥領(lǐng)域，可作為表面?zhèn)诜罅匣蝮w內(nèi)組織工程材料等，具有較高的附加值。本發(fā)明還具有一些其他方面的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面給出本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。有必要在此 指出的是，實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限 制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。在以下實(shí)施例中，除特別說明外，所涉及的份數(shù)均為重量份數(shù)，百分比均為重量百 分?jǐn)?shù)。實(shí)施例1以新鮮健康的豬皮為原料，采用酶法提取制備三股螺旋結(jié)構(gòu)保存完好的膠原，再 經(jīng)透析、凍干處理后即制備得到膠原干品。以羧甲基纖維素鈉為原料，高碘酸鈉為氧化劑，兩者比例為1 1，在35°C、pH值 3. 0條件下反應(yīng)約4hrs，經(jīng)過醇沉、洗滌、干燥和粉碎后制得醛基含量為73. 85%的雙醛羧 甲基纖維素。稱取10份膠原干品添加到990份的水中，10°C左右下不斷攪拌約Shrs得到質(zhì)量 分?jǐn)?shù)約為膠原溶液。同時(shí)稱取1份雙醛羧甲基纖維素添加到999份的水中，25°C左右 不斷攪拌約8hrs，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0. 雙醛羧甲基纖維素溶液。在室溫下，按雙醛羧甲 基纖維素與膠原干重比為1 1000的比例共混，并加入與膠原溶液等份的水不斷攪拌約 8min，得到濃度以膠原干品重量計(jì)約為0.5%的雙醛羧甲基纖維素和膠原的共混液。之后將 雙醛羧甲基纖維素和膠原混合液注入模具，放置在低溫反應(yīng)器內(nèi)，在_15°C左右下保持約7 天。然后將模具取出，在室溫下緩慢融化，即得到雙醛羧甲基纖維素一膠原冷凍凝膠。實(shí)施例2以新鮮健康的牛跟腱為原料，采用酶法提取制備三股螺旋結(jié)構(gòu)保存完好的膠原， 再經(jīng)透析、凍干處理后即制備得到膠原干品。以羧甲基纖維素鈉為原料，高碘酸鈉為氧化劑，兩者比例為1 1，在35°C、pH值
2.0條件下反應(yīng)約4hrs，經(jīng)過醇沉、洗滌、干燥和粉碎后制得醛基含量為91. 37%的雙醛羧
甲基纖維素。稱取10份膠原干品添加到990份的水中，10°C左右下不斷攪拌約12h得到質(zhì)量分 數(shù)約為膠原溶液。同時(shí)稱取1份純化的雙醛羧甲基纖維素添加到999份的水中，25°C左 右不斷攪拌約lOhrs，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0. 雙醛羧甲基纖維素溶液，在室溫下，按雙醛 羧甲基纖維素與膠原干重比為1 2000的比例共混，并加入與膠原溶液等份的水不斷攪拌 約lOmin，得到濃度以膠原干品重量計(jì)約為0. 5%的雙醛羧甲基纖維素和膠原共混液。之后 將雙醛羧甲基纖維素和膠原混合液注入模具，放置在低溫反應(yīng)器內(nèi)，在-20°C左右下保持約 5天，然后將模具取出，在室溫下緩慢融化，即得到雙醛羧甲基纖維素一膠原冷凍凝膠。實(shí)施例3以新鮮健康的牛跟腱為原料，采用酶法提取制備三股螺旋結(jié)構(gòu)保存完好的膠原， 再經(jīng)透析、凍干處理后即制備得到膠原干品。以羧甲基纖維素鈉為原料，高碘酸鈉為氧化劑，兩者比例為10 9，在45°C、pH值
3.O條件下反應(yīng)約4hrs，經(jīng)過醇沉、洗滌、干燥和粉碎后制得醛基含量為56. 85%的雙醛羧 甲基纖維素。稱取10份膠原干品添加到990份的水中，10°C左右下不斷攪拌約12hrs得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為膠原溶液。同時(shí)稱取10份雙醛羧甲基纖維素添加到990份的水中，25°C左 右不斷攪拌約lOhrs，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為雙醛羧甲基纖維素溶液，在室溫下，按雙醛羧 甲基纖維素與膠原干重比為1 1 00的比例共混，并加入與膠原溶液等份的水不斷攪拌約 5min，得到濃度以膠原干品重量計(jì)約為0. 5%的雙醛羧甲基纖維素和膠原共混液。之后將 雙醛羧甲基纖維素和膠原混合液注入模具，放置在低溫反應(yīng)器內(nèi)，在_15°C左右下保持約3 天，然后將模具取出，在室溫下緩慢融化，即得到雙醛羧甲基纖維素一膠原冷凍凝膠。
權(quán)利要求
一種雙醛羧甲基纖維素—膠原冷凍凝膠及其制備方法，其特征是將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(1～3)％的膠原溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(0.01～1)％的雙醛羧甲基纖維素溶液混合均勻，然后注入模具中于-40～0℃貯藏1～7天，取出緩慢解凍即得到雙醛羧甲基纖維素—膠原冷凍凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征是所述冷凍凝膠中雙醛羧甲基纖維素和膠原的比例按 干重計(jì)為1 (100 10000)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征是所述冷凍凝膠中雙醛羧甲基纖維素和膠原的比例按 干重計(jì)為1 (500 5000)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征是所述膠原為從健康動(dòng)物皮或腱中提取的，三股螺旋 結(jié)構(gòu)保持完好的膠原。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征是所述雙醛羧甲基纖維素為以羧甲基纖維素鈉為原 料，采用高碘酸或高碘酸鹽氧化制備，醛基含量為(30 92) %的雙醛羧甲基纖維素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征是所述混合溶液注入模具中于-25 -10°C貯藏3 7天。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征是所述冷凍凝膠可用于生物支架、細(xì)胞培養(yǎng)、藥物控 釋、組織工程、創(chuàng)傷和燒傷治療。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙醛羧甲基纖維素-膠原冷凍凝膠及其制備方法。本方法首先將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(1～3)％的膠原水溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(0.01～1)％的雙醛羧甲基纖維素水溶液混合均勻，然后將混合溶液注入模具，在-40～0℃的低溫反應(yīng)器中貯藏1～7天，取出后緩慢解凍即得到雙醛羧甲基纖維素-膠原冷凍凝膠。本發(fā)明制備的雙醛羧甲基纖維素-膠原冷凍凝膠，在保持膠原凝膠本身的生物活性的同時(shí)，改善了凝膠的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、抗酶降解性。該冷凍凝膠具有多孔性、親水性、吸水保水性等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于生物支架、細(xì)胞培養(yǎng)、藥物控釋、組織工程、創(chuàng)傷和燒傷治療等生物醫(yī)用領(lǐng)域，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)A61L27/24GK101845226SQ201010148578
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者李宏利, 李德富, 李昌朋, 林煒, 穆暢道 申請(qǐng)人:四川大學(xué)