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一種多肽改性蜂窩狀纖維素支架及其制備方法與流程

文檔序號:11792102閱讀:421來源:國知局
一種多肽改性蜂窩狀纖維素支架及其制備方法與流程

本發(fā)明涉及一種多孔支架材料的制備方法,特別涉及一種多肽改性蜂窩狀纖維素支架及其制備方法。



背景技術(shù):

組織工程是指應(yīng)用生命科學(xué)和工程學(xué)的原理與技術(shù),在正確認(rèn)識哺乳動物正常及病理兩種狀態(tài)下組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上,研究、開發(fā)用于修復(fù)、維護(hù)和促進(jìn)人體各種組織或器官損傷后功能和形態(tài)生物替代物的學(xué)科[貴浩然,李澎,張衛(wèi)國.制備軟骨組織工程支架的材料和方法.中國組織工程研究,2013,17:509]。組織工程支架材料是組織工程三大要素之一,理想的組織工程支架材料應(yīng)具有良好的生物相容性、生物可降解性、降解產(chǎn)物無毒性、良好的機(jī)械強(qiáng)度以及高孔隙率的三維空間結(jié)構(gòu)[MM Stevens.Biomaterials for bone tissue engineering.Materials today,2008,11:18;鄂征,劉流.醫(yī)學(xué)組織工程技術(shù)與臨床應(yīng)用.北京:北京出版社,2003]。天然高分子材料以其良好的生物相容性被廣泛應(yīng)用于組織工程領(lǐng)域。天然高分子材料主要有膠原蛋白、殼聚糖、海藻酸鹽、甲殼素、纖維素、瓊脂糖、多肽、透明質(zhì)酸和絲素蛋白等[U Gburecka,JE Barraletb,K Spatz,et al.Ionic modification of calcium phosphate cement viscosity.Part iv:Hypodermic injection and strength improvement of apatite cement.Biomaterials,2004,25:2187]。由它們制得的多孔支架材料普遍存在力學(xué)性能不足、可塑性差等缺點(diǎn)。木材具有長期進(jìn)化演變而成的優(yōu)化的多孔結(jié)構(gòu),且主要成分為纖維,若能通過技術(shù)處理去除其非纖維素成分并保持其天然結(jié)構(gòu),將可獲得綜合性能優(yōu)異的多孔纖維素支架材料。

組織工程支架材料需要高孔隙率、高比表面積和適宜的孔徑,這取決于支架制備方法。目前,纖維素支架材料的制備方法是將微晶纖維素或棉纖維素等溶于強(qiáng)堿溶液或離子溶液,再制備成支架材料,但所得支架機(jī)械強(qiáng)度低、孔隙連通性較差、孔隙率與孔分布可控性差,不利于細(xì)胞長入、血管化、養(yǎng)分傳輸和代謝產(chǎn)物排放。而絕大多數(shù)木材具有天然的蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu),且經(jīng)幾個至數(shù)十個微米的微孔連通,力學(xué)性能優(yōu)異。通過一定技術(shù)手段將木材轉(zhuǎn)變?yōu)榧兝w維素多孔材料,將可保持其優(yōu)異的力學(xué)性能和特殊的蜂窩狀孔結(jié)構(gòu),在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中具有很好的應(yīng)用前景。然而,纖維素為生物惰性材料,生物降解性不夠理想。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于提供一種多肽改性蜂窩狀纖維素支架及其制備方法,首先通過酸/堿處理和漂白過程將木材轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維素,然后采用真空浸涂工藝將多肽修飾于纖維素支架的孔壁表面,即得到多肽改性蜂窩狀纖維素支架,該支架具有優(yōu)異的生物相容性、突出的機(jī)械性能和特殊的蜂窩狀孔結(jié)構(gòu),所采用的制備方法原料種類多、孔結(jié)構(gòu)類型豐富、工藝過程簡單、操作方便,所得支架在細(xì)胞3D培養(yǎng)、組織工程、組織修復(fù)等方面具有應(yīng)用潛力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:

一種多肽改性蜂窩狀纖維素支架的制備方法,包括以下步驟:

1)堿處理:將木材試樣在濃度為1mol/L~6mol/L的堿溶液浸泡6小時~24小時后,將試樣轉(zhuǎn)移至質(zhì)量濃度為2.5mol/L~12.5mol/L的堿溶液中,于60℃~100℃加熱攪拌6小時~16小時;

2)酸處理:將經(jīng)步驟1)堿處理后的試樣洗滌后放入濃度為1mol/L~5mol/L的鹽酸中,于65℃~100℃加熱攪拌4小時~12小時;

3)漂白:將經(jīng)步驟2)酸處理后的試樣進(jìn)行漂白;

4)多肽涂覆:將經(jīng)步驟3)漂白的試樣置于多肽溶液中,采用真空浸涂工藝將多肽浸涂于孔壁上,干燥后得到多肽改性蜂窩狀纖維素支架;其中,所述的多肽溶液是將多肽溶于溶劑中制備的,每100mL溶劑中加入多肽的質(zhì)量為0.1g~5g。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述木材試樣是通過將木材加工成厚度1mm~10mm、直徑0.5cm~2cm的圓片,或者各維度長度均不超過2cm的規(guī)則塊體或異形塊體。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述的木材為爬山虎藤、泡桐、沙比利或橡木。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述堿溶液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,漂白具體過程為:將經(jīng)步驟3)酸處理后的試樣置于濃度為1mol/L~2mol/L的次氯酸鈉溶液中,室溫?cái)嚢?小時~12小時后取出,用水和乙醇反復(fù)漂洗至pH呈中性后進(jìn)行干燥。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述的多肽溶液是將多肽溶于溶劑中制備的,其中,溶劑為水、二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰胺、甲酸或三氟乙酸。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述的多肽為L-谷氨酸-γ-芐酯、L-賴氨酸、L-苯丙氨酸、L-丙氨酸的均聚物或幾種的共聚物。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,所述的真空浸涂工藝具體過程為:先在負(fù)壓為0.02MPa下保持10分鐘~30分鐘、再于負(fù)壓為0.04MPa保持1小時~3小時,最后在負(fù)壓為0.06MPa保持1小時~4小時。

一種多肽改性蜂窩狀纖維素支架,該支架呈蜂窩狀結(jié)構(gòu),孔隙率為80%~95%,蜂窩狀孔壁為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),蜂窩狀孔的孔徑為90μm~200μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:

1.本發(fā)明中通過兩次堿處理,第一次室溫的堿處理是一個預(yù)反應(yīng)的過程,使纖維中酚類等偏酸性物質(zhì)充分與堿接觸,第二次加熱堿處理是除去纖維中的酚類等物質(zhì),堿處理后采用酸處理,酸處理有兩個目的,一是除去金屬離子與堿生成的沉淀,二是中和堿。本發(fā)明的支架材料保留了模板的特殊的蜂窩狀孔結(jié)構(gòu),孔隙率為80%~95%,蜂窩狀孔的孔徑范圍為90μm~200μm,蜂窩狀孔通過幾個至幾十個微米的微孔連通,連通性好。

2.本發(fā)明的支架材料沒有破壞模板固有的組織結(jié)構(gòu),因而具有突出的機(jī)械強(qiáng)度,其壓縮模量高達(dá)50MPa,遠(yuǎn)高于現(xiàn)有纖維素及其復(fù)合材料支架的壓縮模量。

3.本發(fā)明的支架材料的孔壁上涂覆有多肽涂層,該多肽涂層賦予其優(yōu)異的生物相容性,且其效果好于現(xiàn)有的生物聚酯等材料。

4.本發(fā)明的制備方法具有原料來源廣、孔結(jié)構(gòu)多樣性好、工藝過程簡單,所得支架材料適用多種生物醫(yī)學(xué)用途,如細(xì)胞三維培養(yǎng)、組織工程、缺損組織修復(fù)和重建等。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1得到的蜂窩孔狀纖維素的SEM照片,其中,圖1(a)為橫截面,圖1(b)為縱截面。

圖2是實(shí)施例1得到的聚(L-谷氨酸-γ-芐酯)改性蜂窩孔狀纖維素支架的SEM照片,其中,圖2(a)為橫截面,圖2(b)為縱截面。

圖3是實(shí)施例1得到的聚(L-谷氨酸-γ-芐酯)改性蜂窩孔狀纖維素支架的圧縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述,但本發(fā)明并不限于此。

實(shí)施例1

聚(L-谷氨酸-γ-芐酯)改性蜂窩狀纖維素支架的制備

1)加工成型:將爬山虎藤加工成厚度為4mm、直徑為6mm的圓片,得到試樣;

2)堿處理:將步驟1)獲得的試樣在濃度為4mol/L的氫氧化鈉溶液浸泡12小時后,將試樣轉(zhuǎn)移至2.5mol/L氫氧化鈉水溶液中,于100℃加熱攪拌10小時;

3)酸處理:將經(jīng)步驟2)堿處理后的試樣用蒸餾水充分洗滌后放入濃度為2mol/L的鹽酸中,于100℃加熱攪拌4小時;

4)漂白:將經(jīng)步驟3)酸處理后的試樣置于濃度為2mol/L的次氯酸鈉溶液中,室溫?cái)嚢?小時后取出,用水和乙醇反復(fù)漂洗至pH呈中性后進(jìn)行干燥;

5)多肽涂覆:將經(jīng)步驟4)漂白的試樣置于多肽溶液中,采用真空浸涂工藝將多肽浸涂于孔壁上,具體為負(fù)壓0.02MPa下保持10分鐘、負(fù)壓0.04MPa保持1小時、負(fù)壓0.06MPa保持1小時,最后干燥試樣,即得到聚(L-谷氨酸-γ-芐酯)改性蜂窩狀纖維素支架。其中,多肽溶液是通過將0.2g L-谷氨酸-γ-芐酯的均聚物溶于100mL氯仿中制得。

經(jīng)過酸/堿處理和漂白后纖維素的SEM照片見圖1,最后得到的聚(L-谷氨酸-γ-芐酯)改性蜂窩狀纖維素的SEM照片和壓縮應(yīng)力應(yīng)-變曲線分別見圖2和圖3。

由圖1可以看出,處理后的纖維素呈蜂窩狀,蜂窩狀孔孔壁呈現(xiàn)網(wǎng)狀,連通性高。

由圖2可以看出,經(jīng)聚(L-谷氨酸-γ-芐酯)涂覆改性后,仍然呈現(xiàn)典型的蜂窩狀結(jié)構(gòu),蜂窩狀孔壁仍為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),孔隙率為80%~95%,蜂窩狀孔的孔徑范圍為90μm~200μm,蜂窩狀孔通過幾個至幾十個微米的微孔連通,連通性好,孔徑大小基本不變。

由圖3可以看出,聚(L-谷氨酸-γ-芐酯)改性蜂窩狀纖維素的壓縮模量高達(dá)50.1MPa±2.4MPa。

實(shí)施例2

1)加工成型:將爬山虎藤加工成厚度1mm、直徑0.5cm的圓片,得到木材試樣。

2)堿處理:將步驟1)中的木材試樣在濃度為1mol/L的氫氧化鈉溶液浸泡24小時后,將試樣轉(zhuǎn)移至質(zhì)量濃度為12.5mol/L的氫氧化鈉水溶液中,于60℃加熱攪拌16小時。

3)酸處理:將經(jīng)步驟2)堿處理后的試樣洗滌后放入濃度為1mol/L的鹽酸中,于65℃加熱攪拌12小時。

4)漂白:將經(jīng)步驟3)酸處理后的試樣置于濃度為1mol/L的次氯酸鈉溶液中,室溫?cái)嚢?小時后取出,用水和乙醇反復(fù)漂洗至pH呈中性后進(jìn)行干燥。

5)多肽涂覆:將經(jīng)步驟4)漂白的試樣置于多肽溶液中,采用真空浸涂工藝將多肽浸涂于孔壁上,干燥后得到多肽改性蜂窩狀纖維素支架;其中,所述的多肽溶液是通過將0.1g L-賴氨酸的均聚物溶于100mL二氯甲烷中制備的。其中,所述的真空浸涂工藝具體過程為:先在負(fù)壓為0.02MPa下保持30分鐘、再于負(fù)壓為0.04MPa保持1.5小時,最后在負(fù)壓為0.06MPa保持4小時。

實(shí)施例3

1)加工成型:將泡桐加工成厚度10mm、直徑2cm的圓片,得到木材試樣。

2)堿處理:將步驟1)中的木材試樣在濃度為3mol/L的氫氧化鈉溶液浸泡18小時后,將試樣轉(zhuǎn)移至質(zhì)量濃度為5mol/L的氫氧化鈉水溶液中,于100℃加熱攪拌6小時。

3)酸處理:將經(jīng)步驟2)堿處理后的試樣洗滌后放入濃度為4mol/L的鹽酸中,于70℃加熱攪拌10小時。

4)漂白:將經(jīng)步驟3)酸處理后的試樣置于濃度為1.5mol/L的次氯酸鈉溶液中,室溫?cái)嚢?0小時后取出,用水和乙醇反復(fù)漂洗至pH呈中性后進(jìn)行干燥。

5)多肽涂覆:將經(jīng)步驟4)漂白的試樣置于多肽溶液中,采用真空浸涂工藝將多肽浸涂于孔壁上,干燥后得到多肽改性蜂窩狀纖維素支架;其中,所述的多肽溶液是通過將3g L-苯丙氨酸與L-丙氨酸的共聚物溶于100mL二甲基甲酰胺中制備的。其中,所述的真空浸涂工藝具體過程為:先在負(fù)壓為0.02MPa下保持20分鐘、再于負(fù)壓為0.04MPa保持2.5小時,最后在負(fù)壓為0.06MPa保持3小時。

實(shí)施例4

1)加工成型:將沙比利加工成最大維度長度不超過2cm的規(guī)則塊體,得到木材試樣。

2)堿處理:將步驟1)中的木材試樣在濃度為5mol/L的氫氧化鉀溶液浸泡10小時后,將試樣轉(zhuǎn)移至質(zhì)量濃度為8mol/L的氫氧化鈉水溶液中,于80℃加熱攪拌12小時。

3)酸處理:將經(jīng)步驟2)堿處理后的試樣洗滌后放入濃度為3mol/L的鹽酸中,于80℃加熱攪拌8小時。

4)漂白:將經(jīng)步驟3)酸處理后的試樣置于濃度為2mol/L的次氯酸鈉溶液中,室溫?cái)嚢?2小時后取出,用水和乙醇反復(fù)漂洗至pH呈中性后進(jìn)行干燥。

5)多肽涂覆:將經(jīng)步驟4)漂白的試樣置于多肽溶液中,采用真空浸涂工藝將多肽浸涂于孔壁上,干燥后得到多肽改性蜂窩狀纖維素支架;其中,所述的多肽溶液是通過將1g L-賴氨酸、L-苯丙氨酸與L-丙氨酸的共聚物溶于100mL水中制備的。其中,所述的真空浸涂工藝具體過程為:先在負(fù)壓為0.02MPa下保持30分鐘、再于負(fù)壓為0.04MPa保持2小時,最后在負(fù)壓為0.06MPa保持2小時。

實(shí)施例5

1)加工成型:將橡木加工成最大維度長度不超過2cm的異形塊體,得到木材試樣。

2)堿處理:將步驟1)中的木材試樣在濃度為6mol/L的氫氧化鉀溶液浸泡6小時后,將試樣轉(zhuǎn)移至質(zhì)量濃度為10mol/L的氫氧化鈉水溶液中,于90℃加熱攪拌11小時。

3)酸處理:將經(jīng)步驟2)堿處理后的試樣洗滌后放入濃度為5mol/L的鹽酸中,于90℃加熱攪拌7小時。

4)漂白:將經(jīng)步驟3)酸處理后的試樣置于濃度為1mol/L的次氯酸鈉溶液中,室溫?cái)嚢?小時后取出,用水和乙醇反復(fù)漂洗至pH呈中性后進(jìn)行干燥。

5)多肽涂覆:將經(jīng)步驟4)漂白的試樣置于多肽溶液中,采用真空浸涂工藝將多肽浸涂于孔壁上,干燥后得到多肽改性蜂窩狀纖維素支架;其中,所述的多肽溶液是通過將3gL-賴氨酸的均聚物溶于100mL三氟乙酸中制備的。其中,所述的真空浸涂工藝具體過程為:先在負(fù)壓為0.02MPa下保持15分鐘、再于負(fù)壓為0.04MPa保持3小時,最后在負(fù)壓為0.06MPa保持1小時。

本發(fā)明中在制備多肽溶液時,溶劑還可以采用甲酸;L-谷氨酸-γ-芐酯、L-賴氨酸、L-苯丙氨酸、L-丙氨酸的均聚物或幾種的共聚物的制備方法均是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。

近年來頗受重視的人工合成的多肽材料,具有優(yōu)異的生物相容性,已廣泛用于制備藥物載體。將這種多肽材料與纖維素復(fù)合,將可兼具多肽優(yōu)異的生物相容性和木材衍生纖維素的特殊多孔結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)度。為此,本發(fā)明提出一種技術(shù),在去除木材中非纖維素成分的同時保持木材多孔結(jié)構(gòu),再在其孔壁表面涂覆一層多肽材料,獲得一種理想的組織工程多孔支架材料。該支架以II型纖維素為蜂窩狀孔骨架,孔壁涂覆有多肽涂層,具有優(yōu)異的力學(xué)性能和生物相容性,孔隙率為80%~95%,蜂窩狀孔的孔徑范圍為90μm~200μm,蜂窩狀孔通過幾個至幾十個微米的微孔連通,壓縮模量高達(dá)50MPa。

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