專利名稱：高強(qiáng)度膠原組織修復(fù)材料制品的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組織修復(fù)替代材料，具體涉及高強(qiáng)度膠原組織修復(fù)材料制 品的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，各種原因?qū)е碌慕M織損傷問(wèn)題越來(lái)越多。如由燒傷、 燙傷、刀傷、火器傷害等導(dǎo)致的皮膚損傷，交通意外導(dǎo)致的肢體血管、神經(jīng)損 傷，腫瘤切除導(dǎo)致的周圍組織的缺失以及由運(yùn)動(dòng)損傷、病理?yè)p傷導(dǎo)致的關(guān)節(jié)軟 骨、半月板的損傷等。引起損傷的原因多種多樣，最終導(dǎo)致的結(jié)果是人體組織 如關(guān)節(jié)軟骨、半月板、皮膚、血管以及神經(jīng)等結(jié)締組織的損傷。小面積、小范 圍、低損傷度的組織損傷，人體可以通過(guò)對(duì)自體組織、細(xì)胞的調(diào)動(dòng)自動(dòng)修復(fù)， 如皮膚組織能夠在一定程度的損傷范圍內(nèi)自愈，神經(jīng)在損傷程度不高的情況下 可以再生對(duì)接，這些都是人體組織自愈的表現(xiàn)。但當(dāng)損傷超過(guò)一定的程度后， 細(xì)胞難以遷移到損傷部位，導(dǎo)致人體組織的這種自我修復(fù)的能力不足，如創(chuàng)傷 程度過(guò)高導(dǎo)致的組織缺損，神經(jīng)萎縮，關(guān)節(jié)軟骨退變等。此時(shí)需要有外部修復(fù) 材料的介入來(lái)引導(dǎo)人體組織的細(xì)胞遷移到損傷部位，并讓細(xì)胞行使組織修復(fù)的 功能。
組織學(xué)的分析表明，膠原蛋白是人體組織最重要的細(xì)胞外基質(zhì)成分。膠 原蛋白家族由多種糖蛋白分子組成，基本結(jié)構(gòu)由三條獨(dú)立的螺旋狀蛋白鏈組 合而成，由平滑肌細(xì)胞、纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞等分泌，其含量占肌體總蛋白
的30%，是肌體皮膚、肌腱、骨骼及血管組織中細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分。
目前已確認(rèn)的膠原蛋白多達(dá)27種，其中I型膠原蛋白約占全部膠原蛋白 含量的90%以上，I型膠原蛋白主要集中存在于皮膚、肌腱、軟骨、血管等結(jié) 締組織中。在上述組織中，I型膠原是構(gòu)成細(xì)胞外基質(zhì)的骨架結(jié)構(gòu)，能與細(xì)胞 相互作用同時(shí)影響細(xì)胞的形態(tài)、骨架組裝及增殖與分化。通過(guò)與細(xì)胞外基質(zhì)的 其它組分的相互作用、相互協(xié)調(diào)，完成細(xì)胞與組織正常生理功能整體的一部分。 膠原的提取一般從膠原蛋白含量較為豐富的動(dòng)物組織或人體組織，如牛、 豬、羊的皮膚和肌腱，人的胎盤等組織提取，此外海洋生物也可用于膠原的提 取，目前也有利用生物技術(shù)從轉(zhuǎn)基因細(xì)胞中獲取重組人膠原蛋白的方法。
為從組織中獲得較高純度的膠原蛋白用于人體組織的修復(fù)治療，膠原蛋白的提取通常需要采用酶解、沉降、離心以及透析等步驟獲得，最終通過(guò)冷凍干
燥的方法制備出具有一定形狀的膠原蛋白生物材料制品。由上述方法制備的膠
原蛋白生物材料是通過(guò)膠原蛋白溶液的冷凍干燥制備出的，而膠原蛋白溶液由
于其在溶液中的溶解度低，溶液中的膠原蛋白含量少，從而制備出的膠原蛋白
制品的抗拉、抗壓等力學(xué)強(qiáng)度較低，雖然可以采用交聯(lián)的方式，但其最終的力
學(xué)強(qiáng)度并不會(huì)有顯著的改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供高強(qiáng)度膠原組織修 復(fù)材料制品的制備方法。傳統(tǒng)方法只采用冷凍干燥工藝制備膠原制品，本發(fā)明 為提高膠原制品的力學(xué)強(qiáng)度，采用鹽析、脫水、冷凍干燥以及交聯(lián)的工藝制備 出一種抗壓強(qiáng)度高于傳統(tǒng)的膠原制品。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了 一種高強(qiáng)度膠原組織修復(fù)材料制品的制備 方法，其包括如下步驟
(1) 將膠原溶液鹽析濃縮，得到含有膠原沉淀的溶液；
(2) 對(duì)步驟(1)得到的溶液進(jìn)行離心沉淀；
(3) 直接將離心沉淀得到的膠原倒入模具中或?qū)㈦x心沉淀得到的膠原經(jīng) 擠壓脫水后得到膠原凝膠，再將膠原凝膠倒入模具中；
(4) 冷凍干燥12 48小時(shí)，得到成型的修復(fù)材料制品；
(5) 對(duì)成型的修復(fù)材料制品進(jìn)行交聯(lián)；
(6) 再次冷凍干燥得到抗壓力學(xué)強(qiáng)度超過(guò)lMPa的膠原組織修復(fù)材料制
口
叩o
上述制備方法中，步驟(1)所述膠原溶液的濃度為l克/升 20克/升。 上述制備方法中，步驟(2)所述離心的轉(zhuǎn)速為1000—15000轉(zhuǎn)/分。 上述制備方法中，步驟(3)得到的膠原凝膠的含水率為1% 10%(質(zhì)量)。 上述制備方法中，步驟(3)擠壓脫水后得到的膠原凝膠的固含量為40
毫克/升 2000毫克/升。
上述制備方法中，步驟(3)所述擠壓脫水采用濾膜或?yàn)V布作為擠壓脫水
介質(zhì)，濾膜孔徑為1微米 400微米。
上述制備方法中，步驟(1)采用能夠使膠原沉淀的飽和無(wú)機(jī)鹽溶液進(jìn)行
鹽析濃縮。
上述制備方法中，所述飽和無(wú)機(jī)鹽溶液中的無(wú)機(jī)鹽為鈉鹽、鉀鹽、藥鹽或 鎂鹽。
4上述制備方法中，步驟(5)所采用的交聯(lián)溶液為戊二醛溶液、EDC溶液 或環(huán)氧烷基溶液，交聯(lián)溶液的質(zhì)量濃度為0.25% 15%。
上述制備方法中，步驟(4)所述的冷凍干燥的時(shí)間為12 48小時(shí)，預(yù)凍 溫度0'C以下。
上述方法中，步驟(1)中，在無(wú)機(jī)鹽的作用下，膠原逐漸從膠原溶液中 沉淀出來(lái)。步驟(3)通過(guò)控制擠壓壓力及時(shí)間，得到不同固含量的膠原凝膠， 擠壓壓力可以為1 10MPa。步驟(3)可以直接應(yīng)用沉淀的膠原或?qū)⑸鲜鐾?過(guò)擠壓脫水后的膠原凝膠傾入模具中，并通過(guò)冷凍干燥得到具有一定外形特征 的修復(fù)材料制品。步驟(4)將具有一定外形特征的修復(fù)材料制品放入膠原的 交聯(lián)溶液，如戊二醛、EDC交聯(lián)溶液、環(huán)氧類交聯(lián)固定溶液等，交聯(lián)處理一 定時(shí)間后再經(jīng)過(guò)干燥得到最終的修復(fù)材料制品。
本發(fā)明由I型膠原制備得到強(qiáng)度高、具有一定孔徑、孔隙率的膠原人體組 織修復(fù)材料。本發(fā)明可以大幅提高膠原凝膠內(nèi)的膠原固含量，使得膠原在冷凍 干燥及后期交聯(lián)過(guò)程中的交聯(lián)密度大幅度提高，從而極大提高膠原修復(fù)材料的 力學(xué)性能。
本發(fā)明與現(xiàn)有膠原制品制備工藝比還有如下優(yōu)點(diǎn)
發(fā)明所采用的工藝步驟與方法不影響膠原本身的分子結(jié)構(gòu)與特性，制備在 室溫下進(jìn)行，不采用加熱和熱壓的復(fù)雜設(shè)備，很好地減少了膠原的變性，并保 持了膠原特有的生物活性。同時(shí)由于大大的提高了膠原凝膠的凝膠密度，使得 干燥后的膠原修復(fù)材料與以往未采用該方法得到的修復(fù)材料比，單位體積內(nèi)的 膠原固含量明顯提高，同時(shí)交聯(lián)密度也大為增強(qiáng)，使得最終的膠原制品具有大 大高于以往只通過(guò)冷凍干燥法制備出來(lái)壓縮強(qiáng)度為1~10千帕的膠原制品。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
選擇的濃度為4克/升的膠原母液與飽和氯化鈉溶液混合，不斷攪拌，膠 原逐漸從膠原溶液中沉淀出來(lái)，將上述溶液以10000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速離心分離后， 傾去上清液，收集沉淀物，再擠壓脫水，擠壓脫水的濾膜孔徑為IOO微米，擠 壓壓力為5MPa，脫水?dāng)D壓時(shí)間為20分鐘，最終得到固含量約為80毫克/升的 膠原凝膠，將該膠原凝膠傾入模具中，并通過(guò)冷凍干燥24小時(shí)得到具有一定 外形特征的修復(fù)材料制品。再將上述制品放入0.25%戊二醛溶液中交聯(lián)12小 時(shí)再經(jīng)過(guò)24小時(shí)的冷凍干燥得到最終的修復(fù)材料制品。該制品的抗壓強(qiáng)度約 為12MPa。實(shí)施例2
選擇的濃度為6克/升的膠原母液與飽和氯化鉀溶液混合，不斷攪拌，膠 原逐漸從膠原溶液中沉淀出來(lái)，將上述溶液以15000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速離心分離后， 傾去上清液，收集沉淀物，再擠壓脫水，擠壓脫水的濾膜孔徑為50微米，擠 壓壓力為10MPa，脫水?dāng)D壓時(shí)間為40分鐘，最終得到固含量約為120毫克/ 升的膠原凝膠，將該膠原凝膠傾入模具中，并通過(guò)冷凍干燥24小時(shí)得到具有 一定外形特征的修復(fù)材料制品。再將上述制品放入5.5%EDC溶液中交聯(lián)12 小時(shí)再經(jīng)過(guò)24小時(shí)的冷凍干燥得到最終的修復(fù)材料制品。該制品的抗壓強(qiáng)度 約為20MPa。
實(shí)施例3
選擇的濃度為2克/升的膠原母液與飽和氯化鎂溶液混合，不斷攪拌，膠 原逐漸從膠原溶液中沉淀出來(lái)，將上述溶液以8000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速離心分離后， 傾去上清液，收集沉淀物，再擠壓脫水，擠壓脫水的濾膜孔徑為200微米，擠 壓壓力為lMPa，脫水?dāng)D壓時(shí)間為15分鐘，最終得到固含量約為40毫克/升的 膠原凝膠，將該膠原凝膠傾入模具中，并通過(guò)冷凍干燥24小時(shí)得到具有一定 外形特征的修復(fù)材料制品。再將上述制品放入5.5%EDC溶液中交聯(lián)12小時(shí) 再經(jīng)過(guò)24小時(shí)的冷凍干燥得到最終的修復(fù)材料制品。該制品的抗壓強(qiáng)度約為 8MPa。
實(shí)施例4
選擇的濃度為6克/升的膠原母液與飽和氯化鈉溶液混合，不斷攪拌，膠 原逐漸從膠原溶液中沉淀出來(lái)，將上述溶液以15000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速離心分離后， 傾去上清液，收集沉淀物，不經(jīng)過(guò)擠壓脫水，直接將離心的固含量約為20毫 克/升的膠原凝膠傾入模具中，并通過(guò)冷凍干燥24小時(shí)得到具有一定外形特征 的修復(fù)材料制品。再將上述制品放入環(huán)氧溶液中交聯(lián)12小時(shí)再經(jīng)過(guò)24小時(shí)的 冷凍干燥得到最終的修復(fù)材料制品。該制品的抗壓強(qiáng)度約為2MPa。
權(quán)利要求
1、高強(qiáng)度膠原組織修復(fù)材料制品的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將膠原溶液鹽析濃縮，得到含有膠原沉淀的懸浮溶液；(2)對(duì)步驟(1)得到的懸浮溶液進(jìn)行離心，分離沉淀，棄上清液后得到膠原凝膠；(3)將步驟(2)得到的膠原凝膠加入模具中，或?qū)⒃撃z擠壓脫水后再加入模具中；(4)將步驟(3)中得到的樣品低溫冷凍后進(jìn)行冷凍干燥，得到成型的修復(fù)材料制品；(5)對(duì)成型的修復(fù)材料制品進(jìn)行交聯(lián)；(6)再次冷凍干燥得到抗壓強(qiáng)度超過(guò)1MPa的膠原組織修復(fù)材料制品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)所述膠原溶液 的濃度為1克/升 20克/升。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)所述離心的轉(zhuǎn) 速為1000—15000轉(zhuǎn)/分。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)通過(guò)控制擠壓 壓力及時(shí)間，得到不同固含量的膠原凝膠。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)擠壓脫水后得 到的膠原凝膠的含水率為1% 10% (質(zhì)量)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)擠壓脫水后得 到的膠原凝膠的固含量為40毫克/升 2000毫克/升。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)所述擠壓脫水 采用濾膜或?yàn)V布作為擠壓脫水介質(zhì)，濾膜孔徑為1微米 400微米。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)采用能夠使膠 原沉淀的飽和無(wú)機(jī)鹽溶液進(jìn)行鹽析濃縮。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述飽和無(wú)機(jī)鹽溶液中的無(wú)機(jī)鹽為鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽或鎂鹽。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1 9任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于步驟(5)采 用的交聯(lián)溶液為戊二醛溶液、EDC溶液或環(huán)氧烷基溶液，交聯(lián)溶液的質(zhì)量濃 度為0.25% 15%。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于步驟(4)、 (6)所述 的冷凍干燥的時(shí)間為12 48小時(shí)，預(yù)凍溫度為O匸以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及高強(qiáng)度膠原組織修復(fù)材料制品的制備方法，該方法對(duì)膠原溶液通過(guò)鹽析、離心、脫水、交聯(lián)以及干燥的處理步驟，得到了最終的膠原制品。由于該處理方法是通過(guò)提高膠原凝膠中膠原固含量以及提高膠原凝膠中的交聯(lián)密度的方式，使得最終的制品力學(xué)性能大幅度提高。同時(shí)由于所采用的方法不影響膠原的生物學(xué)性能，使得最終膠原制品仍然保持了較好的生物活性?？捎糜陉P(guān)節(jié)軟骨、半月板、皮膚的修復(fù)治療以及人工血管、神經(jīng)導(dǎo)管的構(gòu)建等。
文檔編號(hào)A61L27/24GK101564552SQ20091003806
公開(kāi)日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者剛 吳, 王迎軍 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)