專利名稱：膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料及其制備方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的球狀顆粒材料，具體涉及一種天然聚 合物膠原-殼聚糖-羥基磷灰石復(fù)合球形顆粒及其制備方法和裝置。二、 背景技術(shù)現(xiàn)有技術(shù)膠原蛋白或稱膠原是由動物細(xì)胞合成的一種生物性高分子，廣泛 存在于動物骨、腱、軟骨和皮膚及其它結(jié)締組織中，約占哺乳動物總蛋白的約 30%，是人體重要的細(xì)胞外基質(zhì)成份。膠原具有良好的生物學(xué)特性，可作為組織 的支持物，對細(xì)胞、組織乃至器官行使正常功能并對外傷修復(fù)有重大影響。大量 的研究結(jié)果表明，膠原的性能可以滿足用于作為表皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、角膜細(xì) 胞、軟骨細(xì)胞及骨細(xì)胞的培養(yǎng)基質(zhì)。在組織修復(fù)中，膠原可參與組織愈合過程并 能引導(dǎo)、促進(jìn)細(xì)胞生長；具有顯著引導(dǎo)/誘導(dǎo)組織再生的作用，使創(chuàng)面實(shí)現(xiàn)功能 性、再生性的愈合，可廣泛應(yīng)用于軟、硬組織損傷的修復(fù)，如口腔科、骨科、整 形外科、五官科、神經(jīng)外科及肌腱斷裂和臟器穿孔等的治療。膠原較多用來制備 膜狀材料，也可用來制備顆粒形填充材料。單一的膠原，從強(qiáng)度和降解速度上都 難以滿足組織工程細(xì)胞培養(yǎng)的需要，將膠原和其它生物材料復(fù)合，是改善其性能 的途徑之一。曱殼素廣泛存在于^T、蟹和昆蟲等節(jié)肢動物的外殼和菌、藻類等低等植物的 湖月'巴笠T,疋目然介T取刀千'畐^王物向勿、"T;一，疋一肝不及刀千'畐曰3尺然丹王 資源。殼聚糖是曱殼素的脫乙酰產(chǎn)物，無毒、生物相容性好、可生物降解，近年 來，作為天然醫(yī)用高分子材料在可吸收手術(shù)縫合線、止血材料、傷口包扎材料以 及人造皮膚等方面的研究十分引人注目。同時，殼聚糖也是一種優(yōu)良的硬組織修 復(fù)材料，在骨折可吸收固定材料和骨缺損填充材料方面也得到應(yīng)用。羥基磷灰石(Hydroxyapatite,簡稱HA)是脊推動物骨骼及牙齒中的主要無 機(jī)成分，在骨質(zhì)中，羥基磷灰石大約占60%。人工合成的羥基磷灰石具有與人體 骨組織相似的無機(jī)成分，含有人體組織所必需的4丐和磷元素，植入體內(nèi)后，在體 液的作用下，鉤和磷會游離出材料表面，被機(jī)體組織所吸收，并能與人體骨骼組織形成化學(xué)鍵結(jié)合，生長出新的組織。因此，羥基磷灰石陶瓷是目前公認(rèn)的具有 良好的生物相容性，并具有骨誘引導(dǎo)性，即生物活性。但人工合成的羥基磷灰石 通常以粉末狀存在，在應(yīng)用中由于其缺乏粘連性，操作不便，成型不佳，材料植 入后常發(fā)生移位和漏出，使其應(yīng)用受到一定限制。單純的膠原或殼聚糖載體從強(qiáng)度和降解速度上都難以滿足組織工程細(xì)胞培養(yǎng) 的需要，而將膠原和殼聚糖復(fù)合后，增加了載體機(jī)械強(qiáng)度。另外，膠原中加入殼 聚糖可延遲開始降解的時間，將有利于細(xì)胞和新生組織的長入。若將膠原、殼聚 糖與羥基磷灰石復(fù)合制備復(fù)合材料，既有天然高分子材料的良好生物相容性和生 物可降解性，又有良好的力學(xué)性能，材料的性能將得到很大的改善。三、發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明針對上述技術(shù)缺陷，提供了 一種具有均一分布顆粒直徑的 膠原-殼聚糖-羥基磷灰石復(fù)合球形顆粒及其制備方法和裝置。技術(shù)方案 一種膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料，所述的膠原-殼 聚糖-羥基磷灰石球形多孔球形顆粒材料的粒徑為())0.8 ~ 4mm，顆粒本體內(nèi)部為孔 徑小于150|am的微孔，微孔之間互通，膠原殼聚糖的質(zhì)量比為(1~9) : (9~ l),羥基磷灰石膠原和殼聚糖總量的質(zhì)量比為(6-l): (1-5)。一種制備膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料的制備方法，制備步驟 為按質(zhì)量比膠原殼聚糖=(1-9) : (9~1)的比例稱取膠原和殼聚糖，按羥 基磷灰石膠原和殼聚糖總量的質(zhì)量比為(6 1): (1 ~5)稱取納米羥基磷灰石； 將第一步稱取的膠原和殼聚糖加入質(zhì)量濃度為1~5%的醋酸溶液中，配制質(zhì)量濃 度為3~22%的膠原-殼聚糖醋酸溶液，加入納米羥基磷灰石，充分?jǐn)嚢璧玫綉腋?液；將第二步制備好的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石懸浮液從管徑為())0.5-3mm的管 子，以10-60滴/min的速度均勻流出，滴入溫度為-(10 ~ 20)°C的冷凝液中冷 凝，形成球形顆粒；將第三步冷凝后的球形顆粒分離、冷凍干燥；將冷凍干燥后 的球形顆粒放入質(zhì)量濃度為0.25 ~ 2.5%的交聯(lián)劑交聯(lián)處理，然后用無水乙醇清 洗，得到膠原-殼聚糖-羥基磷灰石復(fù)合球形顆粒。所述的冷凝液為二曱基硅油或植物油。所述的交聯(lián)劑為曱醛、戊二醛、乙二醛中的任意一種。一種制備膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒的裝置，所述的裝置由儲料 罐和保溫容器組成，在儲料罐頂部設(shè)有加料口，在儲料罐還設(shè)有壓力表，壓力表 與壓力控制閥連接，在儲料罐的底部設(shè)有導(dǎo)液管，在導(dǎo)液管上設(shè)有流量控制閥， 保溫容器設(shè)在導(dǎo)液管下方。有益效果本發(fā)明制備的膠原-殼聚糖-雍基磷灰石復(fù)合球形顆粒材料(1) 在顆粒本體內(nèi)部含有大量的互通微孔，這種顆粒具有較高的比表面積， 有利于細(xì)胞的粘附的組織液的流動；(2) 膠原-殼聚糖-幾基磷灰石復(fù)合球形顆粒具有均一的粒徑分布，不需要篩分 處理即可得到具有相同粒徑的顆粒材料；因為根據(jù)表面張力公式附g = 2;r rcr式中附為液滴質(zhì)量；r為毛細(xì)管外半徑；ct為表面張力；g為重力加速 度。當(dāng)膠原-殼聚糖溶液的密度和粘度一定時，在無外界千擾的條件下，該法可以 制備出球形度好、粒徑均 一的球形顆粒。(3) 因為根據(jù)本方法制備的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石復(fù)合球形顆粒的粒徑均一 性好，而相同粒徑的球形顆粒材料，充填后顆粒間空隙率最大，所以本發(fā)明的膠 原-殼聚糖-羥基磷灰石復(fù)合球形顆粒材料充填后有利于組織液的流動和細(xì)胞的遷 移生長。四

圖1為裝置的原理示意圖。圖中裝置主要由(l)加料口、 (2)壓力表、 (3)壓力控制閥、(4)儲料罐、(5)流量控制閥、(6)導(dǎo)液管、(7)冷凝 液和(8 )保溫容器組成。圖2為膠原-殼聚糖-輕基磷灰石復(fù)合球形多孔顆粒；圖3為膠原-殼聚糖-輕基磷灰石復(fù)合球形顆粒內(nèi)部孔隙照片。五具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:(1) 按質(zhì)量比膠原殼聚糖為1: 9稱取膠原和殼聚糖，按輕基磷灰石膠原 和殼聚糖總量的質(zhì)量比為1: 2稱取納米羥基磷灰石(2) 將第一步稱取的膠原和殼聚糖加入質(zhì)量濃度為2%的醋酸溶液中，配制質(zhì) 量濃度為3-22%的膠原-殼聚糖醋酸溶液，再加入納米羥基磷灰石，充分?jǐn)嚢璧?到懸浮液；(3) 將制備好的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石懸浮液從加料口 l加入儲料罐4，通 過控制儲料罐4中的壓力為為0.08 0.5MPa,以保證膠原-殼聚糖-羥基磷灰石懸 浮液從管徑為(j)0.5-3mm的導(dǎo)液管以10-60滴/min的速度均勻流出。從導(dǎo)液管流出的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石懸浮液在管口處長大到約小0.8 ~ 4mm的近球形顆 粒后滴落，在下落過程中，由于表面張力的作用形成球狀，而后滴入保溫容器內(nèi) 的溫度為-(10 20)。C的二曱基硅油中冷凝，形成球形度好、粒徑均一的膠原-殼聚 糖-幾基磷灰石球形多孔顆粒材料。(4)冷凝后的微球分離，并在-(5 ~ 10)。C的溫度冷凍干燥處理8 ~ 24h;冷凍干 燥后的球形顆粒先放入質(zhì)量濃度為0.25 - 2.5%的戊二醛溶液交聯(lián)處理3 ~ 24h,再 用無水乙醇清洗，得到膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料。實(shí)施例2:(1) 按質(zhì)量比膠原殼聚糖為9: 1稱取膠原和殼聚糖，按羥基磷灰石膠原 和殼聚糖總量的質(zhì)量比為1: 5稱取納米羥基磷灰石；(2) 將第一步稱取的膠原和殼聚糖加入質(zhì)量濃度為4%的醋酸溶液中，配制質(zhì) 量濃度為3~22%的膠原-殼聚糖醋酸溶液，再加入納米羥基磷灰石，充分?jǐn)嚢璧?到懸浮液；(3) 將制備好的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石懸浮液從加料口 1加入儲料罐4，通 過控制儲料罐4中的壓力為為0.08-0.5MPa,以保證膠原-殼聚糖-羥基磷灰石懸 浮液從管徑為())0.5-3mm的導(dǎo)液管以10-60滴/min的速度均勻流出。從導(dǎo)液管 流出的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石懸浮液在管口處長大到約小0.8 ~ 4mm的近球形顆 粒后滴落，在下落過程中，由于表面張力的作用形成球狀，而后滴入保溫容器內(nèi) 的溫度為-(10 20)。C的植物油中冷凝，形成球形度好、粒徑均一的膠原-殼聚糖-雍基磷灰石球形多孔顆粒材料。(4) 冷凝后的微球分離，并在-(5 10)。C的溫度冷凍干燥處理8 24h;冷凍干 燥后的球形顆粒先放入質(zhì)量濃度為0.25 ~ 2.5%的曱醛溶液交聯(lián)處理3 - 24h,再用 Jt^乙醇清洗，得到膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料。實(shí)施例3:(1) 按質(zhì)量比膠原殼聚糖為5: 4稱取膠原和殼聚糖，按羥基磷灰石與膠原 和殼聚糖總量的質(zhì)量比為4: 1稱取納米羥基磷灰石；(2) 將第一步稱取的膠原和殼聚糖加入質(zhì)量濃度為1%的醋酸溶液中，配制質(zhì) 量濃度為3~22%的膠原-殼聚糖溶液，加入納米羥基磷灰石，充分?jǐn)嚢璧玫綉腋?液；(3) 將制備好的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石懸浮液從加料口 l加入儲料罐4，通 過控制儲料罐4中的壓力為為0.08 0.5MPa,以保證膠原-殼聚糖-羥基磷灰石懸浮液從管徑為())0.5 ~ 3mm的導(dǎo)液管以10 ~ 60滴/min的速度均勻流出。從導(dǎo)液管 流出的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石懸浮液在管口處長大到約(()0.8 ~ 4mm的近球形顆 粒后滴落，在下落過程中，由于表面張力的作用形成球狀，而后滴入保溫容器內(nèi) 的溫度為-(10 20)。C的二甲基硅油中冷凝，形成球形度好、粒徑均一的膠原-殼聚 糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料。(4)冷凝后的微球分離，并在-(5 ~ 10)。C的溫度冷凍千燥處理8 ~ 24h;冷凍干 燥后的球形顆粒先放入質(zhì)量濃度為0.25 ~ 2.5%的乙二醛溶液交聯(lián)處理3 ~ 24h,再 用無水乙醇清洗，得到膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料。實(shí)施例4一種制備膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料的裝置，所述的裝置由 儲料耀4和保溫容器8組成，在儲料罐4頂部設(shè)有加料口 1,在儲料罐4上還設(shè) 有壓力表2，壓力表2與壓力控制閥3連接，在儲料罐4的底部設(shè)有導(dǎo)液管6, 在導(dǎo)液管6上設(shè)有流量控制閥5,保溫容器8設(shè)在導(dǎo)液管6下方。
權(quán)利要求
1.一種膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料，其特征在于所述的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔球形顆粒材料的粒徑為φ0.8～4mm，顆粒本體內(nèi)部為孔徑小于150μm的微孔，微孔之間互通，膠原∶殼聚糖的質(zhì)量比為(1～9)∶(9～1)，羥基磷灰石∶膠原和殼聚糖總量的質(zhì)量比為(6～1)∶(1～5)。
2. —種制備如權(quán)利要求1所述的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料 的制備方法，其特征在于制備步驟為a. 按質(zhì)量比膠原殼聚糖=(1~9):(9~1)的比例稱取膠原和殼聚 糖，按羥基磷灰石膠原和殼聚糖總量的質(zhì)量比為(6-1): (1-5)稱 取納米羥基磷灰石；b. 將第一步稱取的膠原和殼聚糖加入質(zhì)量濃度為1-5%的醋酸溶液中， 配制質(zhì)量濃度為3~22%的膠原-殼聚糖醋酸溶液，加入納米羥基磷灰 石，充分?jǐn)嚢璧玫綉腋∫海籧. 將第二步制備好的膠原-殼聚糖-鞋基磷灰石懸浮液從管徑為小0.5 ~ 3mm的管子，以10-60滴/min的速度均勻流出，滴入溫度為-(10~ 20)°C的冷凝液中冷凝，形成球形顆粒；d. 將第三步冷凝后的球形顆粒分離、冷凍干燥；將冷凍干燥后的球形顆 粒放入質(zhì)量濃度為0.25 ~ 2.5%的交聯(lián)劑交聯(lián)處理，然后用無水乙醇清 洗，得到膠原-殼聚糖-羥基磷灰石復(fù)合球形顆粒。
3. 如權(quán)利要求2所述的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料的制備方 法，其特征在于所述的冷凝液為二甲基硅油或植物油。
4. 如權(quán)利要求2所述的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料的制備方 法，其特征在于所述的交聯(lián)劑為甲醛、戊二醛、乙二酪中的任意一 種。
5. —種制備權(quán)利要求1所述的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料的 裝置，其特征在于所述的裝置由儲料罐(4)和保溫容器(8)組成， 在儲料罐(4)頂部設(shè)有加料口 (1)，在儲料罐(4)上還設(shè)有壓力表(2),壓力表(2)與壓力控制閥(3)連接，在儲料罐(4)的底部設(shè) 有導(dǎo)液管(6),在導(dǎo)液管(6)上設(shè)有流量控制閥(5),保溫容器 (8)設(shè)在導(dǎo)液管(6)下方。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有均一分布顆粒直徑的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料及其制備方法和裝置。本發(fā)明制備的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料在顆粒本體內(nèi)部含有大量的互通微孔，這種顆粒具有較高的比表面積，有利于細(xì)胞的粘附的組織液的流動；膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料具有均一的粒徑分布，不需要篩分處理即可得到具有相同粒徑的顆粒材料；因為根據(jù)表面張力公式因為根據(jù)本方法制備的膠原-殼聚糖球形顆粒材料的粒徑均一性好，而相同粒徑的球形顆粒材料，充填后顆粒間空隙率最大，所以本發(fā)明的膠原-殼聚糖-羥基磷灰石球形多孔顆粒材料充填后有利于組織液的流動和細(xì)胞的遷移生長。
文檔編號A61K6/02GK101401969SQ20081023506
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者儲成林, 林萍華, 浦躍樸, 盛曉波, 董寅生, 超 郭 申請人:東南大學(xué)