專利名稱：一種軟骨組織工程纖維支架材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種軟骨組織工程纖維支架材料及其制備方法，屬于生物醫(yī)用材料領域。
背景技術：
關節(jié)軟骨一旦遭到破壞便很難得到修復，這是因為關節(jié)軟骨中纖維含量少，基質的主要化學成分是蛋白質多糖，其不同于血管化的組織，由于沒有血供，且軟骨細胞埋于稠厚的細胞外基質中，無法移動到損傷部位參與修復，亦缺乏細胞分化所必須的母細胞及細胞遷徙所必須的理想環(huán)境，這樣就使得即使是極小的軟骨缺損也難于自然修復。因此，直到·現(xiàn)在，關節(jié)軟骨缺損的修復一直是臨床面臨的難題。目前臨床上傳統(tǒng)的治療方法主要有微骨折術、軟骨下骨鉆孔術、軟骨下磨削術、自體軟骨移植和自體軟骨細胞移植術等。但是，研究結果顯示，這些修復方法只能暫時的緩解疼痛等癥狀，其修復部位主要由纖維軟骨填充而不是透明軟骨，其最終結果還是修復部位軟骨的退化壞死。軟骨組織工程技術的興起和快速發(fā)展為軟骨缺損的修復提供了嶄新的思路?，F(xiàn)今有多種支架材料被用于軟骨組織工程，按其來源不同大體可分為天然的和人工合成的兩種。目前用于軟骨組織工程的人工合成材料主要有聚乳酸、聚羥基乙酸、聚乳酸一羥基乙酸、聚乙二醇、丙交酯乙交酯共聚酯、嵌段共聚物，D—磷酸三鈣、聚乙烯醇等 ’天然支架主要有透明質酸、膠原、幾丁質、藻酸、小腸黏膜下層、纖維蛋白原等。人工合成的支架材料因其來源廣泛、易加工成所需的形狀等優(yōu)勢近年來得到了廣泛的發(fā)展，相比于天然支架材料，它具有極好的生物力學性能，并且可以根據需要調整其理化特性和生物降解速率，但因其較弱的組織親合性和一定程度的細胞毒性作用限制了它的臨床應用。天然支架材料具有理想的生物降解性，良好的生物相容性及優(yōu)異的組織親和性，其有利于細胞的粘附和增殖被視為細胞生長的天然載體。但天然支架材料的缺點是力學性能較差，降解速度快、大量制備困難，不同批次質量差異波動較大，且因其來自于天然生物體，處理不當尚有傳播疾病的危險。綜合分析研究者研究成果表明，目前還沒有一種支架材料是公認的最佳組織工程軟骨支架材料，因此支架材料的研究與選取，仍是軟骨組織工程學科研究的重點與難點方向。魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan, KGM)是一種提取自魔芋塊莖的pH值敏感性多糖，可以通過調節(jié)系統(tǒng)的PH值來控制魔芋葡甘聚糖的凝膠產生時間和凝膠度，這種特性對控制支架材料的力學性能、生物降解性能及其與其他材料的復合非常有利。此外，由于魔芋葡甘聚糖良好的生物相容性。上述性能使得魔芋葡甘聚糖成為一種理想的生物支架材料和藥物控釋材料。透明質酸(Haluronic acid,HA)又名玻璃酸,是一種酸性粘多糖,廣泛分布于人體的結締組織中，在眼玻璃體、關節(jié)腔中幾乎以純態(tài)形式存在。它以其獨特的分子結構和理化性質在機體內顯示出多種重要的生理功能，如潤滑關節(jié)；調節(jié)血管壁的通透性；調節(jié)蛋白質、水、電解質擴散及運轉，促進創(chuàng)傷愈合；同時透明質酸作為軟骨基質中重要的蛋白多糖，在維持軟骨細胞表型、促進軟骨基質分泌等方面也發(fā)揮著重要的作用。由于透明質酸易分解，故商品化的透明質酸一般為其鈉鹽，即透明質酸鈉(Sodium Hyaluronate, SH)0透明質酸鈉在醫(yī)藥方面已得到廣泛應用，如用于人工晶體植入手術的粘彈劑，用于藥物釋放的載體等。但是大量的研究表明，透明質酸鈉在直接植入或與生理系統(tǒng)結合使用時的用量不宜過多，故其用作組織工程材料的成分時需要與其它高分子材料復合。羥基磷灰石(Caltl (PO4) 6 (OH)2, HAP)，其Ca/P比為1. 67，其水溶液呈弱堿性(pH=7 9)，是骨組織的主要無機成分，已廣泛應用于骨組織修復，在本發(fā)明中加入納米羥基磷灰石可提高材料的生物相容性和生物活性。本發(fā)明采用生物相容性好的可降解生物材料魔芋葡甘聚糖、透明質酸鈉與納米羥基磷灰石為基本原料，制備出一種用于軟骨修復的魔芋葡甘聚糖/透明質酸鈉/納米羥基磷灰石纖維支架，為軟骨組織工程領域的發(fā)展提供了一種新的極具應用前景的選擇?！?br>
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種由魔芋葡甘聚糖、透明質酸鈉與納米羥基磷灰石制成的軟骨組織工程纖維支架材料及其制備方法，解決現(xiàn)有軟骨組織工程支架材料性能不理想，成本高等問題。本發(fā)明涉及的軟骨組織工程纖維支架材料的制備方法如下所示
(1)將透明質酸鈉加入乳酸溶液中攪拌使其充分溶解，制得透明質酸鈉溶液，其中乳酸溶液是乳酸和蒸餾水按體積比1:200 400的比例制備得到，乳酸與透明質酸鈉的混合比例為Iml乳酸與O. 01 4. 5g透明質酸鈉混合；
(2)在質酸鈉溶液中加入納米羥基磷石灰，混勻后，加入魔芋葡甘聚糖，充分攪拌，得到混合膠液，其中魔芋葡甘聚糖、透明質酸鈉與納米羥基磷灰石的質量比為1:0.01 1:
O.01 O. 5 ;
(3)將混合膠液微波(功率500W-900W)加熱處理5 15min，攪拌冷卻至室溫后，過濾，濾液置于400 760毫米汞柱的負壓下脫泡10 15小時，然后將脫泡溶液借助于可編程的二維移動平臺進行濕法紡絲，在噴絲凝固液中成型，制得纖維支架；
(4)將步驟(3)制得的纖維支架浸泡到交聯(lián)液中處理5 48小時后，采用蒸餾水漂洗6 8次，經干燥后即得軟骨組織工程纖維支架材料。本發(fā)明中所述過濾采用200目不銹鋼網。本發(fā)明中所述噴絲凝固液為丙三醇和乙醇的混合液，丙三醇和乙醇的體積比為1:20 1:5。本發(fā)明中所述交聯(lián)液為由5wt% 25wt%濃度氨水和75wt% 99. 7wt%乙醇按體積比1:1 1:5混合配制而成。本發(fā)明中所述軟骨組織工程纖維支架材料的干燥溫度為25 75°C。本發(fā)明另一目的是提供一種軟骨組織工程纖維支架材料，其是具有一定編制規(guī)則的、孔隙大小和孔隙率可調的纖維膜材料，孔隙大小10 500 μ m,孔隙率50% 90%。本發(fā)明涉及的軟骨組織工程纖維支架材料及制備方法所依據的原理是魔芋葡甘聚糖與透明質酸鈉的微觀結構、理化性質十分相似，所以能夠很好的復合。納米羥基磷灰石粉的加入提高了材料的生物相容性和生物活性。另外單純的透明質酸鈉降解速度太快，且難于成型，故很難滿足軟骨組織工程支架材料的要求。魔芋葡甘聚糖的通過脫乙酰作用形成交聯(lián)的三維網絡狀結構，在交聯(lián)劑中交聯(lián)的時間越長，交聯(lián)的程度越大，纖維材料的降解就越慢。所以通過和魔芋葡甘聚糖共混可以通過控制魔芋葡甘聚糖的交聯(lián)程度來控制纖維支架材料的降解速率，其降解時間在1-3個月內可調。本發(fā)明將用魔芋葡甘聚糖、透明質酸鈉和納米羥基磷灰石三種材料借助于可編程的二維移動平臺通過濕法紡絲的方法制備魔芋葡甘聚糖/透明質酸鈉/納米羥基磷灰石纖維支架材料，其中的魔芋葡甘聚糖，通過脫乙?；宦?lián)形成三維網絡結構，和透明質酸鈉，通過氫鍵等方式結合，納米羥基磷灰石的加入提高了材料的生物相容性和生物活性，三者共同形成了此纖維支架材料，不僅降低了透明質酸鈉支架材料的成本，而且具備了魔芋葡甘聚糖、納米羥基磷灰石和透明質酸鈉支架材料三者的共同特點，具有以下優(yōu)勢
1、借助于可編程的二維移動平臺，通過不同的編程可以使纖維支架材料的孔隙大小在10 500Mffl可調，適合營養(yǎng)物質的運輸傳送和細胞的移動生長，符合軟骨組織工程的要求；·
2、利用氨水和乙醇對纖維支架材料進行交聯(lián)，通過控制氨水和乙醇的比例和交聯(lián)時間可以使得纖維支架材料的降解時間在I 3個月可調，可以滿足不同部位的軟組織修復，滿足軟組織工程的要求；
3、魔芋葡甘聚糖的加入對支架材料起到增強、增韌作用，克服了透明質酸鈉不易成型的不足，采用魔芋葡甘聚糖很好的成絲性，可以制得強度可調的纖維支架材料，另外納米羥基憐灰石的加入提聞了材料的生物相容性和生物活性。4、該纖維支架材料的制備方法簡單、對設備要求低、成本低廉，可應用與大規(guī)模工業(yè)化生產，從而滿足軟骨組織工程研究和臨床治療中對軟骨損傷修復材料的需求。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明方法作進一步詳細說明，但本發(fā)明保護范圍不局限于所述內容。實施例1 :本軟骨組織工程纖維支架材料的制備方法，具體內容如下
(1)將3g透明質酸鈉加入乳酸溶液中攪拌使其充分溶解，制得透明質酸鈉溶液，其中乳酸溶液是Iml乳酸和400ml蒸餾水混合制備得到，乳酸與透明質酸鈉的混合比例為Iml乳酸與3g透明質酸鈉混合；
(2)在透明質酸鈉溶液中加入O.03g納米羥基磷石灰，混勻后，加入3g魔芋葡甘聚糖，充分攪拌，得到混合膠液，其中魔芋葡甘聚糖、透明質酸鈉與納米羥基磷灰石的質量比為1:1 :0. 01 ；
(3)將混合膠液微波加熱處理5min(微波功率為900w)，攪拌冷卻至室溫后，經200目不銹鋼網過濾，濾液置于400 760毫米汞柱的負壓下脫泡10小時，然后將脫泡溶液借助于可編程的二維移動平臺進行濕法紡絲，在噴絲凝固液(丙三醇和乙醇的體積比為1:20)中成型，制得纖維支架；
(4)將步驟(3)制得的纖維支架浸泡到交聯(lián)液(25wt%濃度氨水和99.7wt%乙醇按體積比1:1混合配制而成)中處理5小時后，采用蒸餾水漂洗6次，經25°C干燥后即得軟骨組織工程纖維支架材料，所得材料孔隙在IOMm 500Mm范圍內，孔隙率為50%，降解時間I個月。
實施例2 :本軟骨組織工程纖維支架材料的制備方法，具體內容如下
(1)將O.09g透明質酸鈉加入乳酸溶液中攪拌使其充分溶解，制得透明質酸鈉溶液，其中乳酸溶液是1. 5ml乳酸和400ml蒸餾水混合制備得到，乳酸與透明質酸鈉的混合比例為Iml乳酸與O. 06g透明質酸鈉混合；
(2)在質酸鈉溶液中加入4.5g納米羥基磷石灰，混勻后，加入9g魔芋葡甘聚糖，充分攪拌，得到混合膠液，其中魔芋葡甘聚糖、透明質酸鈉與納米羥基磷灰石的質量比為1:0.01 O. 5 ；
(3)將混合膠液微波加熱處理15 min(微波功率為500w)，攪拌冷卻至室溫后，經200目不銹鋼網過濾，濾液置于400 760毫米汞柱的負壓下脫泡15小時，然后將脫泡溶液借助于可編程的二維移動平臺進行濕法紡絲，在噴絲凝固液(丙三醇和乙醇的體積比為1:5)中成型，制得纖維支架；
(4)將步驟(3)制得的纖維支架浸泡到交聯(lián)液(25wt%濃度氨水和99.7wt%乙醇按體積比1:5混合配制而成)中處理24小時后，采用蒸餾水漂洗8次，經75°C干燥后即得軟骨組織工程纖維支架材料，所得材料孔隙在IOMffl 500Mffl之間，孔隙率為70%，降解時間為2個月。實施例3 :本軟骨組織工程纖維支架材料的制備方法，具體內容如下
(1)將3g透明質酸鈉加入乳酸溶液中攪拌使其充分溶解，制得透明質酸鈉溶液，其中乳酸溶液是2ml乳酸和400ml蒸餾水混合制備得到，乳酸與透明質酸鈉的混合比例為Iml乳酸與1. 5g透明質酸鈉混合；
(2)在質酸鈉溶液中加入O.6g納米羥基磷石灰，混勻后，加入6g魔芋葡甘聚糖，充分攪拌，得到混合膠液，其中魔芋葡甘聚糖、透明質酸鈉與納米羥基磷灰石的質量比為1:0.5 :O.1 ；
(3)將混合膠液微波加熱處理IOmin(微波功率為600w)，攪拌冷卻至室溫后，經200目不銹鋼網過濾，濾液置于400 760毫米汞柱的負壓下脫泡13小時，然后將脫泡溶液借助于可編程的二維移動平臺進行濕法紡絲，在噴絲凝固液(丙三醇和乙醇的體積比為1:10)中成型，制得纖維支架；
(4)將步驟(3)制得的纖維支架浸泡到交聯(lián)液(5wt%濃度氨水和75wt%乙醇按體積比1:3混合配制而成)中處理15小時后，采用蒸餾水漂洗7次，經55°C干燥后即得軟骨組織工程纖維支架材料，所得材料孔隙在IOMffl 500μπι之間，孔隙率為80%，降解時間為I個半月。實施例4 :本軟骨組織工程纖維支架材料的制備方法，具體內容如下
(1)將4.5g透明質酸鈉加入乳酸溶液中攪拌使其充分溶解，制得透明質酸鈉溶液，其中乳酸溶液是Iml乳酸和300ml蒸餾水混合制備得到，乳酸與透明質酸鈉的混合比例為Iml乳酸與4. 5g透明質酸鈉混合；
(2)在質酸鈉溶液中加入O.28g納米羥基磷石灰，混勻后，加入5. 6g魔芋葡甘聚糖，充分攪拌，得到混合膠液，其中魔芋葡甘聚糖、透明質酸鈉與納米羥基磷灰石的質量比為1:
O.8 :0· 05 ；
(3)將混合膠液微波加熱處理12min(微波功率為700w)，攪拌冷卻至室溫后，經200目不銹鋼網過濾，濾液置于400 760毫米汞柱的負壓下脫泡12小時，然后將脫泡溶液借助于可編程的二維移動平臺進行濕法紡絲，在噴絲凝固液(丙三醇和乙醇的體積比為1:15)中成型，制得纖維支架；
(4)將步驟(3 )制得的纖維支架浸泡到交聯(lián)液(10wt%濃度氨水和90wt%乙醇按體積比I 4混合配制而成)中處理48小時后，采用蒸餾水漂洗6次，經65°C干燥后即得軟骨組織工程纖維支架材料，所得材料孔隙在IOMffl 500Mm之間，孔隙率為90%，降解時間為3個月?！?br> 權利要求
1.一種軟骨組織工程纖維支架材料的制備方法，其特征在于按如下步驟進行 (1)將透明質酸鈉加入乳酸溶液中攪拌使其充分溶解，制得透明質酸鈉溶液，其中乳酸溶液是乳酸和蒸餾水按體積比1:200 400的比例制備得到，乳酸與透明質酸鈉的混合比例為Iml乳酸與0. 01 4. 5g透明質酸鈉混合； (2)在透明質酸鈉溶液中加入納米羥基磷石灰，混勻后，加入魔芋葡甘聚糖，充分攪拌，得到混合膠液，其中魔芋葡甘聚糖、透明質酸鈉與納米羥基磷灰石的質量比為1:0. 01 1:0.01 0. 5 ; (3)將混合膠液微波加熱處理5 15min，微波功率為500 900W，攪拌冷卻至室溫后，過濾，濾液置于400 760毫米汞柱的負壓下脫泡10 15小時，然后將脫泡溶液借助于可編程的二維移動平臺進行濕法紡絲，在噴絲凝固液中成型，制得纖維支架； (4)將步驟(3)制得的纖維支架浸泡到交聯(lián)液中處理5 48小時后，采用蒸餾水漂洗6 8次，經干燥后即得軟骨組織工程纖維支架材料。
2.根據權利要求1所述軟骨組織工程纖維支架材料的制備方法，其特征在于過濾采用200目不銹鋼網。
3.根據權利要求1所述軟骨組織工程纖維支架材料的制備方法，其特征在于噴絲凝固液為丙三醇和乙醇的混合液，丙三醇和乙醇的體積比為1:5 1:20。
4.根據權利要求1所述軟骨組織工程纖維支架材料的制備方法，其特征在于交聯(lián)液為由5 25wt%濃度氨水和75 99. 7wt%乙醇按體積比1:1 1:5混合配制而成。
5.根據權利要求1所述軟骨組織工程纖維支架材料的制備方法，其特征在于纖維支架材料的干燥溫度為25 75°C。
6.權利要求1所述軟骨組織工程纖維支架材料的制備方法制得的軟骨組織工程纖維支架材料，其特征在于軟骨組織工程纖維支架材料的孔隙大小為10 500 ym，孔隙率為50% 90%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軟骨組織工程纖維支架材料及其制備方法，該方法采用生物相容性好的可降解生物材料魔芋葡甘聚糖、透明質酸鈉與納米羥基磷灰石為基本原料，三者混合制備成混合溶膠，通過乳酸溶液改性和微波工藝制得改性溶膠，然后進行濕法紡絲，借助于可編程的二維移動平臺制備出魔芋葡甘聚糖/透明質酸鈉/納米羥基磷灰石復合軟骨組織再生修復的可降解纖維支架，該支架具有制備工藝簡單、降解速率可調、成本低廉、組織相容性優(yōu)良等優(yōu)勢，前期細胞試驗和動物實驗表明該支架可以在體內(軟骨缺損病變部位等)普遍使用，是一種促進軟骨缺損修復的，抗菌的，在體內降解速率可調的多功能復合材料。
文檔編號A61L27/20GK103007358SQ20121052882
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者陳慶華, 李音, 冷崇燕, 顏廷亭 申請人:昆明理工大學