一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架的制備方法

一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架的制備方法
【專利摘要】一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架的制備方法，該方法是將螺旋藻粗提物和聚合物按質量比1:2～20的比例溶于有機溶劑配制成質量濃度10～25%的混合溶液，攪拌24～48h，再與7～10倍混合溶液固體質量的致孔劑混合均勻，然后將其澆筑于所需形狀的模具中經室溫風干24～72小時后，再在真空度為0.001～0.01Mpa溫度為50～70℃下，干燥24～48h，取出模具中的樣品浸入去離子水中，每4～8h更換去離子水，總計更換18～40次后撈出樣品，將樣品在真空度為0.001～0.01MPa、溫度為40～70℃下，干燥24～48h即得。該方法獲得的螺旋藻聚合物復合組織工程支架具有親水性好、壓縮強度高、快速降解、無毒的特點。
【專利說明】
一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架的制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架的制備方法，具體涉及一種親水性 好、快速降解、無毒的螺旋藻聚合物復合組織工程支架的制備方法。
【背景技術】
[0002] 創傷、腫瘤等因素造成的人體組織大面積缺損和功能障礙要求新興的組織工程支架可 為器官(皮膚、血管、骨骼、神經、軟骨、肌腱)損傷提供有效修復。
[0003] 在組織工程支架材料設計及選擇上，可降解的天然高分子材料、合成高分子材料、 高強度的無機材料等對促進正常組織生長(細胞的生長、繁殖、分化）、重塑做出了突出的貢 獻。近年來，隨著組織工程技術的不斷進步，構建具有組織誘導性的骨修復材料已成為研究 熱點，但利用骨生長相關因子構建組織誘導性骨修復材料存在生長因子緩釋效果不理想、 易降解等不足。在骨再生研究進程中，許多國內外學者的研究方向轉向天然生物質材料，鑒 于天然生物質的快速降解、親和性好，特別是含有的某些有效成分對骨再生促進作用顯著， 因此生物質復合組織工程支架已成為現代研究領域的熱點。常見的天然生物質有大豆蛋 白、蠶絲蛋白、膠原蛋白等。然而天然生物質種類眾多且各有其自身功能和特點，新的天然 生物質材料在組織工程領域的應用是值得我們研究和探討的內容。
[0004] 螺旋藻屬于天然生物材料，其（Spirul ina，SP)富含蛋白質（50%~70%)、脂肪、維生 素、礦物質、葉綠素、胡蘿卜素、多糖，以及具有顯著抗癌和血細胞再生療效的熒光藻藍蛋 白，因此螺旋藻的應用涉及食品、藥理學、醫學、生物工程、化妝品行業等。在醫藥領域，螺旋 藻及其功能組分已被作為藥物使用，其臨床實驗也表明螺旋藻具有多種功效和治愈作用， 特別是作為組織工程材料的生物相容特性對受損組織的修復作用引起了人們的關注。
[0005] Animal，2013, 49，27將1%體積濃度的螺旋藻提取物與PCL共混制備的纖維多孔 支架材料基本無毒，細胞實驗表明細胞在5天時刺入復合纖維的深度達442μπι，遠高于PCL纖 維多孔支架的210μηι的深度，表明了少量螺旋藻對于細胞生長具有促進作用;Biopolymers， 2013, 10 (4)，307發現2~6%用量的螺旋藻與聚合物共混后用靜電紡絲法構建的纖維組織 工程支架可促進細胞生長及骨組織的修復速度。Journal Biomed Nanotechnology, 2012， 9 (4)，1將螺旋藻與聚乳酸混合紡絲后發現螺旋藻對聚乳酸纖維的親水性幾乎沒有改善。
[0006] 在上述及相關的文獻描述中，螺旋藻聚合物復合組織工程支架的加工方法局限于 靜電紡絲法而未見其它方法或嘗試。然而，采用靜電紡絲法制備的螺旋藻復合組織工程支 架存在生產效率低、螺旋藻含量低的缺陷，特別是對于制備更大孔徑的螺旋藻復合組織不 適用。此外，靜電紡絲法制備的螺旋藻聚合物復合工程支架由于螺旋藻含量不易過高，因此 其親水性、降解性非常有限。
[0007] 在上述及相關的文獻描述中，未見螺旋藻對組織工程支架的親水性有極大改善的 文獻報道，且已有的關于螺旋藻聚合物復合組織工程支架中螺旋藻的最高含量僅達6%而未 見更高螺旋藻含量的聚合物復合組織工程支架材料。此外，雖然眾多文獻提及具有生物相 容性好和降解性好的螺旋藻與聚合物復合制備的組織工程支架的降解速度會加快，但均未 見文獻對該螺旋藻聚合物復合組織工程支架進行體外降解實驗研究。

【發明內容】
[0008] 本發明的目的是提供一種親水性好、降解快的螺旋藻聚合物復合組織工程支架的制備 方法。
[0009] 本發明提供的一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架的制備方法，該方法是采用粒 濾法，將螺旋藻粗提物和聚合物按質量比1:2~20的比例溶于有機溶劑配制成質量濃度10 ~25%的混合溶液，攪拌24~48h，再與7~10倍混合溶液固體質量的致孔劑混合均勻，然后 將其澆筑于所需形狀的模具中經室溫風干24~72小時后，再在真空度為0.001~0.0 IMPa、 溫度為40~70°C下，干燥24~48h，取出模具中的樣品浸入去離子水中，每4~8h更換去離子 水，總計更換18~40次后撈出樣品，將樣品在真空度為0.001~O.OIMPa、溫度為40~70°C 下，干燥24~48h即得，其中： 螺旋藻粗提物采用下述方法制備： 將經干燥、粉碎、過80目篩的螺旋藻干粉與去離子水按質量比5~20:80~95的比例混 合，于55°C溶解6小時降至室溫后將溶液以5000轉/分鐘離心20分鐘，棄去沉淀，將上層清液 按同樣離心條件離心2次，收集到的清液置于凍干機中于-50-80°C溫度下，1.3Pa~13Pa真 空度下凍干至樣品成干燥粉末狀態即得螺旋藻粗提物。采用螺旋藻溶解后凍干，可以去除 螺旋藻中性條件下不溶于水和有機溶劑的物質，使螺旋藻聚合物復合組織工程支架的螺旋 藻含量可達30%，遠高于文獻報道中不超過10%的螺旋藻添加量。而螺旋藻粗提物為親水組 分，螺旋藻含量高有利于該螺旋藻聚合物復合組織工程支架親水性的提高和加快降解率。
[0010] 上述中，該聚合物為聚己內酯及其嵌段共聚物、左旋聚乳酸及其嵌段共聚物中的 一種。
[0011]上述中，該有機溶劑為甲酸、乙酸、乙酸乙酯和六氟異丙醇中的一種。
[0012] 上述中，該致孔劑為40~100目之間的可溶于水的無機致孔劑或有機致孔劑。采用 致孔劑法可避免靜電紡絲法摻入螺旋藻量過多（10%)時紡絲液不穩定而難于電紡致孔的問 題，顯著增加了螺旋藻在復合組織工程支架中的復合量。
[0013] 上述中，無機致孔劑為NaCl、碳酸氫銨、酒石酸鈉和檸檬酸鈉中的至少一種以上。 [0014]上述中，有機致孔劑為聚乙二醇、聚乙烯醇、聚維酮、石蠟、明膠、乳糖和蔗糖中的 至少一種以上。
[0015] 本發明以螺旋藻為親水改性組分，螺旋藻含量在3%~40%范圍內可調，制備的螺旋 藻聚合物復合組織工程支架具有親水性好、降解快的特點。
[0016] 本發明以螺旋藻為功能組分制備的組織工程支架具有使疏水性聚合物組織工程 支架的親水性得到有效改善的特點，使螺旋藻聚合物復合組織工程支架的表面接觸角(5秒 鐘后進行測定)從124降低到0;降解速率(7天)從3%提高到23%。總體而言，該螺旋藻聚合物 復合組織工程支架的親水性獲得顯著改善，降解速率明顯高于未添加螺旋藻的純聚合物組 織工程支架的降解速率。因此本發明提供的一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架的制備方 法在產品的親水性和降解性上具有較大的優勢。
【具體實施方式】
[0017] 下面的實施例是對本發明的進一步說明，而不是限制本發明的范圍。
[0018] 實施例2至8中的螺旋藻粗提物的制備同實施例1。
[0019] 實施例1: 將螺旋藻粗提物〇.lg和聚己內酯1.9g加入到乙酸中，配制成10%濃度的溶液，攪拌48h 后與14g的NaCl混合均勻，然后將其澆筑于所需形狀的模具中經室溫風干24時后，再在真空 度O.OIMPa、溫度50°C下，干燥48h，取出樣品浸入去離子水中，每4h更換去離子水共18次，得 到的螺旋藻聚合物組織工程多孔支架材料O.OOIMPa下，50°C真空干燥24h后保存于真空干 燥器中。
[0020] 螺旋藻粗提物采用下述方法制備:將經干燥、粉碎、過80目篩的螺旋藻干粉與去離 子水按質量比10:90的比例混合，于55°C溶解6小時降至室溫后將溶液以5000轉/分鐘離心 20分鐘，棄去沉淀，將上層清液按同樣離心條件離心2次，收集到的清液置于凍干機中于-80 °C、10Pa真空度下凍干至樣品成干燥粉末狀態即得螺旋藻粗提物。
[0021] 實施例2: 將螺旋藻粗提物〇.2g和聚己內酯1.8g加入到11.3g的乙酸中，攪拌48h后與14g的NaCl 混合均勻，然后將其澆筑于所需形狀的模具中經室溫風干24時后，再在真空度O.OIMPa、溫 度為50°C下，干燥48h，取出樣品浸入去離子水中，每4h更換去離子水，共計18次，得到的螺 旋藻聚合物多孔支架材料〇. OOlMPa下，50°C真空干燥24h后保存于真空干燥器中。
[0022]比較實施例1和2: 表1螺旋藻含量對螺旋藻聚合物復合組織工程支架表面親水性影響：
由表1中2秒時組織工程支架的表面接觸角可見，螺旋藻和聚己內酯比例為1:19時獲得 的組織工程支架的疏水特性未得到明顯改善；當螺旋藻和聚己內酯比例為1:9時，組織工程 支架的表面接觸角下降顯著，5秒時接觸角下降了 22,較100%聚己內酯的組織工程支架的表 面接觸角下降了 50,親水性得到顯著改善，且實施例2在樣品浸泡20天后，降解率為14%，而 無螺旋藻的聚己內酯支架材料在浸泡20天后，其降解率為3%，這表明螺旋藻的加入明顯加 快了組織工程支架的降解速度。
[0023] 實施例3: 將螺旋藻粗提物〇.2g和聚己內酯1.8g，溶于乙酸，配制成15%質量濃度的溶液，攪拌48h 后與16g的NaCl混合均勻，然后將其澆筑于所需形狀的模具中經室溫風干24時后，再在真空 度O.OIMPa、溫度50°C下，干燥48h，取出樣品浸入去離子水中，每4h更換去離子水，共計18 次，得到的螺旋藻聚合物多孔支架材料O.OOIMPa下，50°C真空干燥24h后保存于真空干燥器 中。
[0024]比較實施例2和3: 表2螺旋藻含量對螺旋藻聚合物復合組織工程支架性能：
表2中當NaCl用量為7倍混合溶液固體量時，獲得的組織工程支架在表面親疏水性和孔 隙率上不如實施例3,表明NaCl用量增加有利于增加組織工程支架的孔隙率，并且具有較好 的親水性，對水的吸收較快。
[0025]此外，實施例3具有明顯的通孔結構。
[0026] 實施例4: 將螺旋藻粗提物〇.3g和聚己內酯1.7g溶于乙酸，配制成15%質量濃度的溶液，攪拌48h 后16g的NaCl混合均勻，然后將其澆筑于所需形狀的模具中經室溫風干24時后，再在真空度 O.OIMPa、溫度50°C下，干燥48h，取出樣品浸入去離子水中，每4h更換去一次離子水，共計18 次，得到的螺旋藻聚合物多孔支架材料O.OOIMPa下，50°C真空干燥24h后保存于真空干燥器 中。
[0027] 實施例5: 將螺旋藻粗提物〇.4g和聚己內酯1.6g溶于乙酸，配制成15%質量濃度的溶液，攪拌48h 后與16g倍混合溶液固體質量的NaCl混合均勻，然后將其澆筑于所需形狀的模具中經室溫 風干24時后，再在真空度O.OIMPa、溫度50°C下，干燥48h，取出的樣品浸入去離子水中，每4h 更換去一次離子水，共計18次，得到的螺旋藻聚合物多孔支架材料O.OOIMPa下，50°C真空干 燥24h后保存于真空干燥器中。
[0028] 實施例6: 將螺旋藻粗提物〇.6g和聚己內酯1.4g溶于乙酸，配制成15%質量濃度的溶液，攪拌48h 后與16g的NaCl混合均勻，然后將其澆筑于所需形狀的模具中經室溫風干24時后，再在真空 度0.0 IMPa、溫度50°C下，干燥48h，取出的樣品浸入去離子水中，每4h更換去一次離子水，共 計18次，得到的螺旋藻聚合物多孔支架材料0.0 OlMPa下，50°C真空干燥24h后保存于真空干 燥器中。
[0029] 比較實施例3、4、5、6: 表3不同螺旋藻含量的螺旋藻聚合物復合組織工程支架的性能：
比較實施例3、4、5、6，當致孔劑用量為8倍混合溶液固體量時，螺旋藻含量增加，獲得的 組織工程支架2秒時的表面接觸角迅速下降，當螺旋藻:聚己內酯=1:2.3時，該組織工程支 架5秒時將液體全部吸收。表明隨著螺旋藻含量增加，該組織工程支架的親水性進一步增 加，其對液體的吸收速度加快，并且其降解速度也隨螺旋藻含量增加而加快，這對組織工程 支架在人體內實現組織液的快速吸收及成骨后的降解是非常重要的。
[0030] 實施例7: 將螺旋藻粗提物〇.2g和聚己內酯1.8g溶于乙酸，配制成15%質量濃度的溶液，攪拌48h 后與14g的NaCl和2g的聚乙二醇混合均勻，然后將其澆筑于所需形狀的模具中經室溫風干 24時后，再在真空度O.OIMPa、溫度50°C下，干燥48h，取出樣品浸入去離子水中，每4h更換去 一次離子水，共計18次，得到的螺旋藻聚合物多孔支架材料0.00IMPa下，50 °C真空干燥24h 后保存于真空干燥器中。
[0031] 比較實施例3和實施例7: 表4不同致孔劑及其組合對螺旋藻聚合物復合組織工程支架性能：
從表4可見，2種致孔劑組合，所得到的組織工程支架孔隙率較單種致孔劑高，其對水的 吸收速度也明顯快于同等用量的NaCl致孔劑。
[0032] 實施例8: 將螺旋藻粗提物〇. 2g和左旋聚乳酸1.8g溶于六氟異丙醇，配置成10%濃度的溶液，攪拌 48h后與16g的NaCl混合均勻，然后將其澆筑于所需形狀的模具中經室溫風干24時后，再在 真空度O.OIMPa、溫度50°C下，干燥48h，取出樣品浸入去離子水中，每4h更換去一次離子水， 共計18次，得到的螺旋藻聚合物多孔支架材料Ο. OOlMPa下，70°C真空干燥24h后保存于真空 干燥器中。
【主權項】
1. 一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架的制備方法，其特征在于，該方法是將螺旋藻 粗提物和聚合物按質量比1:2~20的比例溶于有機溶劑配制成質量濃度10~25%的混合溶 液，攪拌24~48h，再與7~10倍混合溶液固體質量的致孔劑混合均勻，然后將其澆筑于所需 形狀的模具中經室溫風干24~72小時后，再在真空度為0.001~O.OIMpa溫度為50~70°C 下，干燥24~48h，取出模具中的樣品浸入去離子水中，每4~8h更換去離子水，總計更換18 ~40次后撈出樣品，將樣品在真空度為0.001~O.OIMPa、溫度為40~70°C下，干燥24~48h 即得，其中： 螺旋藻粗提物采用下述方法制備： 將經干燥、粉碎、過80目篩的螺旋藻干粉與去離子水按質量比5~20:80~95的比例混 合，于55°C溶解6小時降至室溫后將溶液以5000轉/分鐘離心20分鐘，棄去沉淀，將上層清液 按同樣離心條件離心2次，收集到的清液置于凍干機中于-50-80°C溫度下，1.3Pa~13Pa真 空度下凍干至樣品成干燥粉末狀態即得螺旋藻粗提物。2. 根據權利要求1所述的一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架制備方法，其特征在于， 該聚合物為聚己內酯及其嵌段共聚物、左旋聚乳酸及其嵌段共聚物中的一種。3. 根據權利要求1所述的一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架制備方法，其特征在于， 該有機溶劑為甲酸、乙酸、乙酸乙酯和六氟異丙醇中的一種。4. 根據權利要求1所述的一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架制備方法，其特征在于， 該致孔劑為40~100目之間的可溶于水的無機致孔劑或有機致孔劑。5. 根據權利要求4所述的一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架制備方法，其特征在于， 無機致孔劑為NaCl、碳酸氫銨、酒石酸鈉和檸檬酸鈉中的至少一種以上。6. 根據權利要求4所述的一種螺旋藻聚合物復合組織工程支架制備方法，其特征在于， 有機致孔劑為聚乙二醇、聚乙烯醇、聚維酮、石蠟、明膠、乳糖和蔗糖中的至少一種以 上。
【文檔編號】A61L27/58GK105833349SQ201610249528
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月21日
【發明人】史博, 梁亮, 郭永俊, 陳秋童
【申請人】廣東石油化工學院