一種具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法，其以相對分子質(zhì)量在10萬以上的海藻酸鈉或氧化海藻酸鈉為溶質(zhì)，去離子水、蒸餾水、生理鹽水、注射用水或林格氏液為溶劑，在專用成型模具中，通過形成垂直方向的溫度梯度冷凍成型，再經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)，即得內(nèi)部成蜂窩狀，包括若干數(shù)量的孔，從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，上表面的孔徑為5?70μm，下表面的孔徑為50?200μm，每相鄰兩孔彼此貫通的、具有皮膚仿生結(jié)構(gòu)的多孔材料。本發(fā)明制備工藝簡單、易控，制造成本低，所制得的產(chǎn)品質(zhì)量好、品質(zhì)穩(wěn)定，具有皮膚仿真結(jié)構(gòu)、具有良好的吸水性、生物可降解性和生物相容性。
【專利說明】
一種具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)用多孔材料的制備方法，尤其涉及一種具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物材料的選擇決定了所構(gòu)建的多孔支架材料生物相容性的優(yōu)劣。海藻酸鈉是從海藻植物里提取的天然材料，是美國食品藥品管理局(FDA)批準用于組織工程等醫(yī)學領(lǐng)域的天然生物材料之一。
[0003]海藻酸鈉這種多糖具有與皮膚真皮基質(zhì)成分:氨基聚糖類似的結(jié)構(gòu)，生物相容性良好，皮膚成纖維細胞、肝細胞、軟骨細胞和成骨細胞等均易在海藻酸鹽多孔材料中成活并形成細胞外基質(zhì)，同時海藻酸鈉還具備良好的成膜性、凝膠性、吸濕性、阻隔細菌等特性，因此應(yīng)用廣泛。
[0004]組織工程皮膚支架能夠為皮膚細胞的體外培養(yǎng)提供合適環(huán)境，以解決糖尿病足潰瘍、燒傷等問題造成的皮膚缺損問題。臨床常用或研究的皮膚組織工程支架多以均一孔徑的支架為主，如武漢紡織大學朱平在2012年碩士畢業(yè)論文“海藻酸鹽多孔材料的制備與性能研究”中研究了濃度為2%的海藻酸鹽溶液在_20°C低溫冰箱中預(yù)凍，縱截面形成100-500μπι均勻孔隙的多孔材料。由于低溫冰箱中溫度的傳導(dǎo)沿預(yù)凍模型軸向，因此沿此方向多孔材料孔徑有差異，但縱截面孔徑大小相同，青島大學郝曉麗2010年在其博士畢業(yè)論文“海藻酸鈣凍干膜及海藻酸鈣基互穿網(wǎng)絡(luò)膜材料的制備與性能研究”中研究了濃度為2%的海藻酸鹽溶液在_5°C低溫冰箱預(yù)凍，縱截面孔隙均勻，孔徑為100-300μπι，雖然材料制備簡單，但是由于孔徑單一，不適合全層皮膚的培養(yǎng)，使用于臨床時容易造成瘢痕。有研究表明，具有皮膚仿生結(jié)構(gòu)的梯度漸變組織工程支架更利于皮膚的再生，針對皮膚仿生結(jié)構(gòu)的皮膚組織工程支架，研究報道多為采用雙層或多層復(fù)合的方法或其他方法制備，該方法較為耗時如Harley及Oh等人研究使用旋轉(zhuǎn)/離心技術(shù)結(jié)合冷凍干燥技術(shù)構(gòu)建徑向具有梯度孔結(jié)構(gòu)的多孔支架，支架的孔徑大小可以通過旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)節(jié)，但此技術(shù)一般只適用于制備血管用管狀支架材料，對于構(gòu)建其他支架材料不適用(Har ley ,B.A.,Hastings,A.Z., Yannas, 1.V.&Sannino,A.Fabricating tubular scaffolds with a radial pore size gradient by aspinning technique.B1materials 27，866_874，do1:10.1016/j.b1materials.2005.07.012(2006);0h，S.H.,Park,1.K.，Kim，J.M.&Lee，J.H.1n vitroand in vivo characteristics of PCL scaffolds with pore size gradientfabricated by acentrifugat1n method.B1materials28,1664-1671,do1:10.1016/j.b1materials.2006.11.024 (2007))，Wu、Zhang和Mao等人使用不同致孔劑結(jié)合冷凍干燥技術(shù)形成梯度孔或雙層支架結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)致孔劑大小來控制孔徑分布，但是致孔劑較難完全去除干凈，殘留致孔劑對材料后期使用不利(Wu，H.et al.Fabricat1n ofchitosan-g-polycaprolactone copolymer scaffolds with gradient porousmicrostructures.Materials Letters62，2733-2736，do1:1 0.10 16/j.matlet.2008.01.029(2008);Zhang，Q.，Lu，H.,Kawazoe,N.&Chen,G.Preparat1n ofcollagen porous scaffolds with a gradient pore size structure using iceparticulates.Materials Letters107，280-283，do1:10.1016/j.matlet.2013.05.070(2013)；Mao,J.S.，Zhao ,L.G., Yin ,Y.J.&Yao,K.D.Structure and properties ofbilayer chitosan-gelatin scaffolds.B1materials 24,1067-1074,do1:Pii S0142-9612(02)00442-8)，Mao等人將試樣置于單向?qū)岬沫h(huán)境中，制備了雙層支架材料，由于預(yù)凍溫度單一，形成的支架孔徑不可調(diào)控，且未形成梯度孔結(jié)構(gòu)，Tanya J.Levingstone等使用層層自組裝的方法構(gòu)建三層梯度仿生軟骨支架，每層支架均通過冷凍干燥制備，制備一次軟骨支架需要三次冷凍干燥過程，費時費力(Levingstone，T.J.,Matsiko ,A.,Dickson,G.R.，O’Brien，F(xiàn).J.&Gleeson，J.P.A b1mimetic mult1-layered collagen-basedscaffold for osteochondral repair.Acta B1materialia 10，1996—2004，do1:10.1016/j.actb1.2014.01.005(2014))。
[0005]完整皮膚具有表皮和真皮結(jié)構(gòu)，而真、表皮細胞生長所需要的孔徑大小不同。有研究表明，20μπι更適合表皮細胞的生長，80μπι更適合真皮成纖細胞的生長。并且，表皮細胞和真皮成纖細胞聯(lián)合培養(yǎng)時細胞間的相互作用可更快促進傷口愈合，促進新皮的再生，并能避免瘢痕的形成。而具有梯度孔結(jié)構(gòu)的皮膚工程支架可同時容納表皮細胞和真皮成纖細胞，比單層皮膚組織工程支架更具優(yōu)越性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是，提供一種上述的具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法，其工藝簡單、易控、制造成本低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]第一步，原料制備
[0008]按質(zhì)量比1:10-100，將多元醇加入到去離子水、蒸餾水、生理鹽水、注射用水或林格氏液中，攪拌均勻，制成混合溶液，備用；
[0009]所述多元醇為乙二醇、丙二醇、丙三醇或丁二醇中的一種或多種的混合物；
[0010]按溶質(zhì)與溶劑的質(zhì)量比為1-20:100，將海藻酸鈉或氧化海藻酸鈉溶于上述混合溶液中，攪拌0.5-3h，得到海藻酸鈉溶液或氧化海藻酸鈉溶液；
[0011 ]上述海藻酸鈉、氧化海藻酸鈉的相對分子質(zhì)量均多10萬；
[0012]第二步，在專用模具內(nèi)冷凍成型
[0013]將海藻酸鈉溶液或氧化海藻酸鈉溶液傾倒入專用模具中，控制液深為0.5-5mm，在室溫下靜置脫泡12_24h，或置于真空脫泡機中在真空度100Pa下脫泡0.5-2h;
[0014]上述專用模具為一帶上蓋的平底容器，其周邊壁面材質(zhì)為絕熱材料，底板材質(zhì)為銀或銅；
[0015]在專用模具內(nèi)部底面上，均勻設(shè)置有若干數(shù)量、豎直朝上的導(dǎo)熱針，所述導(dǎo)熱針的長度多5_;所述導(dǎo)熱針布置的疏密程度與仿生皮膚內(nèi)毛孔分布的疏密程度一致；
[0016]之后，扣緊上蓋并將專用模具置于平板式換熱器換熱表面上進行冷凍，直至凍結(jié)成型，得到固態(tài)多孔結(jié)構(gòu)形式的海藻酸鈉或氧化海藻酸鈉；
[0017]上述冷凍過程是按如下方法控制的:平板式換熱器換熱表面溫度采用階梯升溫方式，以一 75°C為起始溫度、一 15°C為終點溫度，在起始溫度下保溫45min，之后每升溫5°C保溫一次，每次保溫時間為30_45min ；
[0018]或者，平板式換熱器換熱表面溫度采用階梯降溫方式，以一15°C為起始溫度、一 75°C為終點溫度，在起始溫度下保溫45min，之后每降溫5°C保溫一次，每次保溫時間為30-45min；
[0019]上述平板式換熱器的冷卻媒質(zhì)為液氮；
[0020]第三步，真空干燥
[0021]將所得固態(tài)多孔材料從專用模具中取出，放入真空干燥機中，真空干燥至絕干；
[0022]第四步，交聯(lián)、凍干
[0023]將經(jīng)過真空干燥后的物料取出，置于質(zhì)量百分比濃度為3%_15%的交聯(lián)劑溶液中，交聯(lián)反應(yīng)30-60min;
[0024]然后取出，用蒸餾水洗凈，再置于冰箱中，在-10°C下冷凍8h，再經(jīng)真空干燥至絕干，即得成品。
[0025]上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，制備工藝簡單、易控，既有利于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，有利于制造成本的降低。
[0026]所制得的海藻酸鹽三維梯度人體皮膚仿真結(jié)構(gòu)多孔材料具有皮膚仿生結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部成蜂窩狀，包括若干數(shù)量的孔，每相鄰兩孔彼此貫通;并且，從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，上表面的孔徑為5-70μπι，下表面的孔徑為50-200μπι。
[0027]這種梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鈉多孔材料，其適于用作皮膚工程支架，可同時容納表皮細胞和真皮成纖細胞，比單層皮膚組織工程支架更具優(yōu)越性;并且，由于多孔材料的主要化學成分為海藻酸鹽，因而其具有良好的生物相容性、可降解性和良好的吸水性能。
[0028]上述技術(shù)方案中，之所以使用由多元醇與去離子水、蒸餾水、生理鹽水、注射用水或林格氏液的混合溶液，作為海藻酸鈉或氧化海藻酸鈉的溶劑，其目的是，利用多元醇的醇羥基與海藻酸鈉或氧化海藻酸鈉分子鏈之間形成氫鍵，以使多孔材料的基材:海藻酸鹽，成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而增強其強度和韌性。同時多元醇的加入，在冷凍成型相分離過程中，海藻酸鈉或氧化海藻酸鈉分子鏈表現(xiàn)出從線團到微球的坍縮轉(zhuǎn)變，坍縮轉(zhuǎn)變可以大大加速分子鏈的結(jié)晶成核過程，提升多孔材料的結(jié)晶度，進而提升多孔材料的強度。
[0029]更為重要的是，海藻酸鈉/氧化海藻酸鈉這種多糖具有與皮膚真皮基質(zhì)成分:氨基聚糖類似的結(jié)構(gòu)，由于其生物相容性良好，皮膚成纖維細胞、肝細胞、軟骨細胞和成骨細胞等均易在海藻酸鹽多孔材料中成活并形成細胞外基質(zhì)，同時海藻酸鈉還具備良好的成膜性、凝膠性、吸濕性、阻隔細菌等特性，特別適于用作人體皮膚工程支架。
[0030]上述技術(shù)方案中，盛裝有海藻酸鈉溶液/氧化海藻酸鈉溶液的專用模具疊放在平板式換熱器換熱表面上，進行熱交換(制冷)。此時，在豎直方向上的不同標高位置處，在海藻酸鈉/氧化海藻酸鈉溶液內(nèi)部必然存在一定的溫差或被凍結(jié)過程的先后順序，且這種溫差或被凍結(jié)過程的先后順序必然導(dǎo)致最終凍結(jié)成型的海藻酸鈉/氧化海藻酸鈉多孔材料從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變。
[0031]概括而言，上述技術(shù)方案的關(guān)鍵點就在于:采用定向冷凍干燥法，通過控制模具內(nèi)水平溫度場的均勻性和縱向溫度的漸變，孔徑大小可由小孔5_70μπι至大孔50-200μπι梯度漸變，孔形態(tài)為蜂窩狀連通結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料。
[0032]優(yōu)選為，上述平板式換熱器換熱表面溫度由計算機控制，平板式換熱器的換熱表面的降溫速率為一 5°C/min?一 10°C/min、平板式換熱器的換熱表面的升溫速率為+5°C/min ?+lCTC/min。
[0033]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，可以更好地保證三維梯度孔的成形質(zhì)量。
[0034]進一步優(yōu)選，上述交聯(lián)劑為氯化鈣、氯化鋅、氯化銅、硫酸鋅、硫酸銅、氯化鐵、硫酸鐵、氯化鋁、硫酸鋁中的一種或多種。
[0035]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，交聯(lián)劑原料可供選擇的范圍寬，且易于獲取。
[0036]進一步優(yōu)選，上述導(dǎo)熱針為錐形針，按細端在上、粗端在下方式布置。
[0037]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，“導(dǎo)熱針為錐形針，按細端在上、粗端在下布置”這一技術(shù)特征，與所需獲得的“從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變”這種結(jié)構(gòu)形式的孔的形狀相對應(yīng)，這將更進一步地，盡快產(chǎn)品制備過程的冷凍成型速度和冷凍成型質(zhì)量，更便于最終產(chǎn)品質(zhì)量控制與質(zhì)量穩(wěn)定。
[0038]進一步優(yōu)選，上述專用模具為組合式結(jié)構(gòu)，包括底座與管筒，底座與管筒成過盈配合承插連接。
[0039]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，便于冷凍成型后的多孔材料的簡單、快速脫模，并可降低脫模過程中可能因外力的施加，所造成的對多孔材料的沖擊和損傷。進一步優(yōu)選，上述氧化海藻酸鈉是按如下方法制備得到的:
[0040](I )、將海藻酸鈉放入單口燒瓶，加入去離子水，攪拌至充分溶解，制成海藻酸鈉水溶液，并滴加鹽酸調(diào)節(jié)PH=4;
[0041 ] (2 )、使用錫箔紙包裹單口燒瓶，并向溶液中加入適量高碘酸鈉，在25 °C下磁力攪拌，避光反應(yīng)3_5h;
[0042](3)、然后，加入乙二醇終止氧化反應(yīng)0.5-lh;
[0043]再加入適量氯化鈉，待充分沉淀后，取沉淀物依次用乙醇、去離子水沉淀洗滌純化，即得。
[0044]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，采用上述方法現(xiàn)場制取的氧化海藻酸鈉，有利于使海藻酸鈉部分糖醛酸單元的羥基轉(zhuǎn)變成醛基，從而獲得良好的降解性能和反應(yīng)活性。
[0045]綜上所述，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有制備工藝簡單、易控，所制備出的多孔材料產(chǎn)品具有“從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變”這種具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)形式;并且所制得的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、制造成本較低等有益效果。
【具體實施方式】
[0046]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。
[0047]說明:
[0048]一、以下各實施例的原料來源如下:
[0049]交聯(lián)劑:均為市售產(chǎn)品；
[0050]多元醇:均為市售產(chǎn)品；
[0051 ]海藻酸鈉:相對分子質(zhì)量多10萬，市售產(chǎn)品或從天然海藻植物里提?。?br>[0052]氧化海藻酸鈉(相對分子質(zhì)量多10萬):是按如下方法制備得到的:
[0053](I )、將海藻酸鈉放入單口燒瓶，加入去離子水，攪拌至充分溶解，制成海藻酸鈉水溶液，并滴加鹽酸調(diào)節(jié)PH=4;
[0054](2)、使用錫箔紙包裹單口燒瓶，并向溶液中加入適量高碘酸鈉，在25 °C下磁力攪拌，避光反應(yīng)3-5h;
[0055](3)、然后，加入乙二醇終止氧化反應(yīng)0.5-lh;
[0056]再加入適量氯化鈉，待充分沉淀后，取沉淀物依次用乙醇、去離子水沉淀洗滌純化，即得。
[0057]二、產(chǎn)品質(zhì)量和性能參數(shù)指標檢測與檢驗:
[0058]1、孔徑的測量方法:使用手術(shù)刀，沿縱向剖切，置于電鏡下，分別選擇放大倍數(shù)30倍、50倍進行觀測。
[0059]2、孔隙率的測量方法:液體位移法。
[0060]3、鈉離子置換率的測量方法:將制備好的多孔材料浸入質(zhì)量分數(shù)為2%的檸檬酸鈉中進行溶解，用原子吸收法(AAS)測定多孔材料中的金屬離子(鈣、鋅等離子)含量，并計算出鈉離子置換率。
[0061 ] 實施例1
[0062]按質(zhì)量比1:20，將丙三醇加入到去離子水中，攪拌均勻，制成混合溶液，備用；
[0063]將15g的海藻酸鈉加入到100mL的混合溶液中，攪拌0.5_3h，得到海藻酸鈉或氧化海藻酸鈉溶液。
[0064]將海藻酸鈉溶液倒入專用模具中，海藻酸鈉溶液液面至模具底板高度為3mm，在室溫下靜置脫泡24h;
[0065]之后，扣緊上蓋并將專用模具置于平板式換熱器換熱表面上進行冷凍，直至凍結(jié)成型，得到固態(tài)多孔結(jié)構(gòu)形式的海藻酸鈉或氧化海藻酸鈉；
[0066]上述冷凍過程是按如下方法控制的:平板式換熱器換熱表面溫度采用階梯升溫方式，以一 75°C為起始溫度、一 15°C為終點溫度，在起始溫度下保溫45min，之后每升溫5°C保溫一次，每次保溫時間為30_45min ；
[0067]之后，將經(jīng)過冷凍成型的樣品，入真空冷凍干燥機凍干；
[0068]取出凍干后的樣品，使用5%氯化鈣溶液作交聯(lián)劑，交聯(lián)反應(yīng)30min;蒸餾水清洗樣品至鈣離子去除干凈；
[0069]將樣品放入-10°C低溫冰箱冷凍8h;將樣品放入真空冷凍干燥機凍干，即得產(chǎn)品。
[0070]經(jīng)檢驗:
[0071]所得產(chǎn)品的空隙率為85%;從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為61M1，大孔孔徑為181μπι。
[0072]鈉離子置換率:48.2%。
[0073]實施例2
[0074]除原料為氧化海藻酸鈉、脫泡是置于真空脫泡機中在真空度100Pa下脫泡2h、冷凍過程的控制方法為:平板式換熱器換熱表面溫度采用階梯降溫方式，以一 15°C為起始溫度、一 75°C為終點溫度，在起始溫度下保溫45min，之后每降溫5°C保溫一次，每次保溫時間為30-45min之外；
[0075]其余，均同實施例1。
[0076]經(jīng)檢驗:
[0077]所得產(chǎn)品的空隙率為86%;從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為8M1，大孔孔徑為46μπι。
[0078]鈉離子置換率:48.9%。
[0079]實施例3
[0080]除脫泡是置于真空脫泡機中在真空度100Pa下脫泡0.5h、交聯(lián)劑為25%的氯化鐵溶液之外;其余，均同實施例1。
[0081]經(jīng)檢驗:
[0082]所得產(chǎn)品的空隙率為83%;從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為25μ??，大孔孔徑為200μηι。
[0083]鈉離子置換率:47.8%。
[0084]實施例4
[0085]除交聯(lián)劑為30%的氯化鋁溶液之外；
[0086]其余，均同實施例1。
[0087]經(jīng)檢驗:
[0088]所得產(chǎn)品的空隙率為80%;從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為25μηι，大孔孔徑為190μηι。
[0089]鈉離子置換率:42.1%。
[0090]實施例5
[0091 ]除交聯(lián)劑為20%的硫酸鋅溶液之外；
[0092]其余，均同實施例2。
[0093]經(jīng)檢驗:
[0094]所得產(chǎn)品的空隙率為81%;從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為8μπι，大孔孔徑為154μπι。
[0095]鈉離子置換率:42.6%。
[0096]實施例6
[0097]除交聯(lián)劑為15%的硫酸銅溶液之外，其余均同實施例2。
[0098]經(jīng)檢驗:
[0099]所得產(chǎn)品的空隙率為86%;從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為25μπι，大孔孔徑為141μπι。
[0100]鈉離子置換率:48.8%。
[0101]實施例7
[0102]除海藻酸鈉溶液液面至模具底板高度為5mm之外，其余均同實施例1。
[0103]經(jīng)檢驗:
[0104]所得產(chǎn)品的空隙率為87%;從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為ΙΟμπι，大孔孔徑為190μηι。
[0105]鈉離子置換率:49.9%。
[0106]實施例8
[0107]除海藻酸鈉溶液液面至模具底板高度為0.5mm之外，其余均同實施例1。
[0108]經(jīng)檢驗:
[0109]所得產(chǎn)品的空隙率為80%;從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為60μηι，大孔孔徑為ΙΟΟμπι。
[0110]鈉離子置換率:42.2%。
[0111]實施例9
[0112]除氧化海藻酸鈉溶液液面至模具底板高度為5mm之外；
[0113]其余，均同實施例2。
[0114]經(jīng)檢驗:
[0115]所得產(chǎn)品的空隙率為87%;從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為15μηι，大孔孔徑為190μηι。
[0116]鈉離子置換率:49.3%。
[0117]實施例10
[0118]除混合溶液時按如下方法制備的:按質(zhì)量比1:10，將乙二醇加入到生理鹽水中，攪拌均勻制得的之外;其余，均同實施例1。
[0119]經(jīng)檢驗:
[0120]所得產(chǎn)品的空隙率為83% ；從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為18μπι，大孔孔徑為95μπι。
[0121]鈉離子置換率:48.9%。
[0122]實施例11
[0123]除混合溶液時按如下方法制備的:按質(zhì)量比1:100，將丁二醇加入到林格氏液中，攪拌均勻制得的之外;其余，均同實施例1。
[0124]經(jīng)檢驗:
[0125]所得產(chǎn)品的空隙率為86% ；從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為15μπι，大孔孔徑為I ΙΟμπι。
[0126]鈉離子置換率:48.1%。
[0127]實施例12
[0128]除混合溶液時按如下方法制備的:按質(zhì)量比1:10將丙二醇加入到注射用水中，攪拌均勻制得的之外;其余，均同實施例1。
[0129]經(jīng)檢驗:
[0130]所得產(chǎn)品的空隙率為85%;從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為6μπι，大孔孔徑為141μπι。
[0131]鈉離子置換率:47.9%。
[0132]實施例13
[0133]除混合溶液時按如下方法制備的:按質(zhì)量比1:50，將丙二醇加入到林格氏液中，攪拌均勻制得的之外;其余，均同實施例1。
[0134]經(jīng)檢驗:
[0135]所得產(chǎn)品的空隙率為86%;從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，小孔孔徑為23μπι，大孔孔徑為139μπι。
[0136]鈉離子置換率:47.4%。
[0137]說明:
[0138]1、交聯(lián)劑還可以使用其他可溶性的+2價、+3價的可溶性金屬鹽。例如:氯化鋅、氯化銅、硫酸鐵或硫酸鋁。交聯(lián)劑的成分和濃度，只是對最終產(chǎn)品的質(zhì)量密度或交聯(lián)反應(yīng)的快慢有細微的影響。
[0139]2、我們的經(jīng)驗表明:海藻酸鈉或氧化海藻酸鈉所使用的溶劑(即，“混合溶液”:去離子水、蒸餾水、生理鹽水、注射用水或林格氏液的多元醇溶液)的濃度對凍結(jié)成型的冰晶尺寸和多孔材料孔徑的大小也有一定的影響。
[0140]3、平板式換熱器換熱表面溫度由計算機控制，平板式換熱器的換熱表面的降溫速率為一 5°C/min?一 10°C/min、平板式換熱器的換熱表面的升溫速率為+5°C/min?+10°C/
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[0141]4、專用模具為一帶上蓋的平底容器，其周邊壁面材質(zhì)為絕熱材料，底板材質(zhì)為銀或銅；
[0142]在專用模具內(nèi)部底面上，均勻設(shè)置有若干數(shù)量、豎直朝上的導(dǎo)熱針，所述導(dǎo)熱針的長度多5_;所述導(dǎo)熱針布置的疏密程度與仿生皮膚內(nèi)毛孔分布的疏密程度一致。
[0143]5、平板式換熱器的冷卻媒質(zhì)為液氮。
【主權(quán)項】
1.一種具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，原料制備 按質(zhì)量比1:10-100，將多元醇加入到去離子水、蒸餾水、生理鹽水、注射用水或林格氏液中，攪拌均勻，制成混合溶液，備用； 所述多元醇為乙二醇、丙二醇、丙三醇或丁二醇中的一種或多種的混合物； 按溶質(zhì)與溶劑的質(zhì)量比為1-20:100，將海藻酸鈉或氧化海藻酸鈉溶于上述混合溶液中，攪拌0.5-3h，得到海藻酸鈉溶液或氧化海藻酸鈉溶液； 上述海藻酸鈉、氧化海藻酸鈉的相對分子質(zhì)量均多10萬； 第二步，在專用模具內(nèi)冷凍成型 將海藻酸鈉溶液或氧化海藻酸鈉溶液傾倒入專用模具中，控制液深為0.5-5mm，在室溫下靜置脫泡12_24h，或置于真空脫泡機中在真空度100Pa下脫泡0.5-2h; 上述專用模具為一帶上蓋的平底容器，其周邊壁面材質(zhì)為絕熱材料，底板材質(zhì)為銀或銅； 在專用模具內(nèi)部底面上，均勻設(shè)置有若干數(shù)量、豎直朝上的導(dǎo)熱針，所述導(dǎo)熱針的長度多5_;所述導(dǎo)熱針布置的疏密程度與仿生皮膚內(nèi)毛孔分布的疏密程度一致； 之后，扣緊上蓋并將專用模具置于平板式換熱器換熱表面上進行冷凍，直至凍結(jié)成型，得到固態(tài)多孔結(jié)構(gòu)形式的海藻酸鈉或氧化海藻酸鈉； 上述平板式換熱器的冷卻媒質(zhì)為液氮； 上述冷凍過程是按如下方法控制的:平板式換熱器換熱表面溫度采用階梯升溫方式，以一 75°C為起始溫度、一 15°C為終點溫度，在起始溫度下保溫45min，之后每升溫5°C保溫一次，每次保溫時間為30-45min; 或者，平板式換熱器換熱表面溫度采用階梯降溫方式，以一 15°C為起始溫度、一 75°C為終點溫度，在起始溫度下保溫45min，之后每降溫5°C保溫一次，每次保溫時間為30-45min;第三步，真空干燥 將所得固態(tài)多孔材料從專用模具中取出，放入真空干燥機中，真空干燥至絕干； 第四步，交聯(lián)、凍干 將經(jīng)過真空干燥后的物料取出，置于質(zhì)量百分比濃度為3%-15%的交聯(lián)劑溶液中，交聯(lián)反應(yīng)30-60min; 然后取出，用蒸餾水洗凈，再置于冰箱中，在-10°C下冷凍8h，再經(jīng)真空干燥至絕干，SP得成品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法，其特征在于，所述平板式換熱器換熱表面溫度由計算機控制，平板式換熱器的換熱表面的降溫速率為一 5°C/min?一 10°C/min、平板式換熱器的換熱表面的升溫速率為+5°C/min?+100C/min03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑為氯化鈣、氯化鋅、氯化銅、硫酸鋅、硫酸銅、氯化鐵、硫酸鐵、氯化鋁、硫酸鋁中的一種或多種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法，其特征在于，所述氧化海藻酸鈉是按如下方法制備得到的: (1)、將海藻酸鈉放入單口燒瓶，加入去離子水，攪拌至充分溶解，制成海藻酸鈉水溶液，并滴加鹽酸調(diào)節(jié)pH=4; (2)、使用錫箔紙包裹單口燒瓶，并向溶液中加入適量高碘酸鈉，在25°C下磁力攪拌，避光反應(yīng)3-5h; (3)、然后，加入乙二醇終止氧化反應(yīng)0.5-lh; 再加入適量氯化鈉，待充分沉淀后，取沉淀物依次用乙醇、去離子水沉淀洗滌純化，即得。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)熱針為錐形針，按細端在上、粗端在下方式布置。6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法，其特征在于，所述專用模具為組合式結(jié)構(gòu)，包括底座與管筒，底座與管筒成過盈配合承插連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的具有三維梯度孔結(jié)構(gòu)的海藻酸鹽多孔材料的制備方法，其特征在于，所制得的海藻酸鹽三維梯度人體皮膚仿真結(jié)構(gòu)多孔材料具有皮膚仿生結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部成蜂窩狀，包括若干數(shù)量的孔，每相鄰兩孔彼此貫通;并且，從下表面至上表面，各孔孔徑分別從大到小成梯度漸變，其中，上表面的孔徑為5-70μπι，下表面的孔徑為50-200Um0
【文檔編號】A61L27/60GK105920678SQ201610265197
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】韓光亭, 張元明, 左文倩, 李顯波, 于仁霞
【申請人】青島大學