專利名稱：海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種皮膚組織工程支架材料及其制備方法，特別是一種海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料及其制備方法。
背景技術：
皮膚是人體最大的器官，是人體與外界環(huán)境相接觸的屏障，具有排泄、感覺、防止水分蒸發(fā)，調(diào)節(jié)體溫，免疫等重要的功能。皮膚對人體的重要性不言而喻，然而在現(xiàn)實生活中，常會因為燒傷、創(chuàng)傷、糖尿病慢性潰瘍等原因造成皮膚缺損。任何直徑大于4 cm的全層皮膚缺損，人體將無法通過自身來完全愈合，在這些情況下，就需要有一種合適的創(chuàng)面修復材料來促進傷口的愈合。組織工程皮膚在臨床上已經(jīng)使用了 25年，為大面積皮膚損傷患者的康復帶來了諸多益處，它可以從根本上解決皮膚修復的問題，故具有良好的發(fā)展前景。
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目前，皮膚組織工程支架材料主要分為合成高分子材料和天然高分子材料。合成高分子材料主要是聚酯類支架材料，其中聚乳酸、聚環(huán)氧乙烷等是研究熱點。雖然合成高分子材料抗張強度高、降解速率可控，但是由于合成支架材料缺乏細胞識別信號，不利于細胞黏附，使其在生物相容性方面遠遠不及天然高分子材料。天然高分子材料中，膠原凝膠和膠原海綿是經(jīng)典的人工皮膚支架材料，但它們的缺點就是力學性能差，拉伸強度只能達到I 4 MPa0在組織工程學中，海藻酸鈉和殼聚糖常被用于制備組織工程支架材料。Lim等制備了一種殼聚糖雙層皮膚再生支架，并通過掃描電子顯微鏡及體外培養(yǎng)人類成纖維細胞等對支架進行了評價。結果表明，支架的孔徑為50-100 μ m，具有良好的細胞相容性，在進行人類成纖維細胞培養(yǎng)后的第14天，細胞可以滲透到支架內(nèi)部，且數(shù)量開始增加。快速成型技術簡稱RP技術(Rapid Prototyping Manufacturing)。RP技術采用離散/堆積成型原理，即“分層制造，逐層疊加”，類似于數(shù)學上的積分過程。形象地講，快速成型系統(tǒng)就像是一臺“立體打印機”。目前RP技術主用用于油溶性有機高分子快速成型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料。該支架材料可生物降解，具有一定力學性能、韌性及透氣性。本發(fā)明的另一個目的在于提供該皮膚組織工程支架材料的制備方法。一種海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料，其特征在于該支架材料的結構為海藻酸鈉-殼聚糖以CaCl2作為交聯(lián)劑形成支架基體，其中海藻酸鈉和殼聚糖的質(zhì)量比為5:3 3:5 ;海藻酸鈉形成的網(wǎng)格狀結構，經(jīng)CaCl2交聯(lián)，以夾層形式置于海藻酸鈉-殼聚糖支架基體中；其中網(wǎng)格狀的海藻酸鈉的網(wǎng)格尺寸為I 2X1 2mm、厚度為O. 2 O. 5mm。上述的支架材料的的總厚度約為O. 5 I mm。一種制備上述的海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料的方法，其特征在于該方法的具體步驟為a.將海藻酸鈉和殼聚糖按5:3 3:5的質(zhì)量比配制成總固含量為2 6wt%的混合水溶液，調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為4 5，得到支架基體溶液；
b.配制質(zhì)量百分比比濃度為2 4wt%的海藻酸鈉水溶液，通過RP技術獲得網(wǎng)格尺寸為I 2X I 2 mm、厚度為O. 2 O. 5mm的密集網(wǎng)格，在質(zhì)量百分比濃度為O. 5 5%的CaCl2水溶液中交聯(lián)15 45min，得到海藻酸網(wǎng)格夾層；
c.將步驟a所得支架基體溶液其覆蓋在步驟b所得的海藻酸網(wǎng)格夾層上，在-7°C溫度下靜置12小時，再移入2 °C溫度下靜置3 6小時，最后在-7 °C溫度下，靜置冷凍12小時； d.將步驟c所得的冷凍后的支架放入凍干機凍干，得到白色多孔支架；用乙醇浸泡，洗去醋酸，真空抽干乙醇；將其浸泡在質(zhì)量百分比濃度為O. 5 5%的CaCl2水溶液中交聯(lián)15 45min，再用去離子水洗凈，即得到海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料。本發(fā)明選擇殼聚糖和海藻酸鈉作為基材。這兩種材料均為天然可降解高分子，材料來源廣泛，且降解產(chǎn)物均無細胞毒性。殼聚糖可以被人體吸收且不產(chǎn)生毒性，用于制備人造皮膚、手術縫合線、人造腎膜、凝血劑、藥物載體，透析膜，術后防粘連膜以及骨科、齒科修復材料等。海藻酸鹽是一種從海帶、巨藻等褐藻中提取的天然多糖。其微溶于水，安全，無毒，有良好的生物相容性和免疫原性。采用RP技術制備得到的海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料保留了天然高分子材料具有較好的生物相容性、來源較為廣泛的優(yōu)點，通過復合快速成型法制備的密集網(wǎng)格夾層，使其又具有一定力學強度和抗撕裂性。本發(fā)明通過快速成型技術制備水溶性天然高分子網(wǎng)格狀夾層，旨在獲得具有一定力學強度和韌性的海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架。


圖I為本發(fā)明所得支架材料的結構示意圖。圖2為本發(fā)明實施例三所得3#支架材料的電鏡掃描圖。圖3脂肪干細胞接種于本發(fā)明的支架材料上經(jīng)培養(yǎng)后的共聚焦觀測圖，其中a為脂肪干細胞接種于1#支架材料上體外培養(yǎng)3天后共聚焦觀測圖。b為脂肪干細胞接種于實施例1#支架材料上體外培養(yǎng)7天后共聚焦觀測圖。c為b放大圖。圖中淺色為細胞。
具體實施例方式 嚴料名稱生產(chǎn)廠商 海藻Ktt(SA)國 毚■化孿試劑有隱公司 殼聚糖(cs),SOcps 済_··欠海洋生物工糧有》公司實施例一
A.制備總固含量為4 wt%的支架基體海藻酸鈉粉末與殼聚糖粉末的質(zhì)量比為5:3，用稀醋酸(pH=l 2)調(diào)節(jié)體系pH值至4 5。B. RP技術制備夾層用2 丨％海藻酸鈉溶液獲得網(wǎng)格尺寸為1X1 mm、厚度約為O. 5mm的密集網(wǎng)格夾層，在4%的CaCl2溶液中交聯(lián)30 min，得到海藻酸網(wǎng)格夾層。
C.將上述配制好的支架基體溶液倒入置有夾層的培養(yǎng)皿中，使其覆蓋網(wǎng)格夾層。在-7 °C環(huán)境中靜置12小時，再移入2 °C環(huán)境中靜置4小時。最后將支架移到-7 °C環(huán)境，靜置冷凍12小時。D.放入凍干機凍干，取出用乙醇浸泡，真空抽干乙醇。用4%的CaCl2溶液交聯(lián)40min，再用去離子水洗凈，即可得1#支架材料。1#支架材料的平均孔徑為120 μ m，孔隙率為
91.2%，拉伸強度為6. 5 MPa。實施例二
A.制備總固含量為4 wt%的支架基體海藻酸鈉粉末與殼聚糖粉末的質(zhì)量比為5:3，用稀醋酸(pH=l 2)調(diào)節(jié)體系pH值至4 5。B. RP技術制備夾層用4 丨％海藻酸鈉溶液獲得網(wǎng)格尺寸為1X1 mm、厚度約為 O. 5mm的密集網(wǎng)格夾層，在4%的CaCl2溶液中交聯(lián)30 min，得到海藻酸網(wǎng)格夾層。C.將上述配制好的支架基體溶液倒入置有夾層的培養(yǎng)皿中，使其覆蓋網(wǎng)格夾層。在-7 °C環(huán)境中靜置12小時，再移入2 °C環(huán)境中靜置4小時。最后將支架移到-7 °C環(huán)境，靜置冷凍12小時。D.放入凍干機凍干，取出用乙醇浸泡，真空抽干乙醇。用4%的CaCl2溶液交聯(lián)40min，再用去離子水洗凈，即可得2#支架材料。2#支架材料的平均孔徑為120 μ m，孔隙率為90. 0%，拉伸強度為7. 7 MPa。實施例三
A.制備總固含量為4 wt%的支架基體海藻酸鈉粉末與殼聚糖粉末的質(zhì)量比為5:3，用稀醋酸(pH=l 2)調(diào)節(jié)體系pH值至4 5。B. RP技術制備夾層用4 丨％海藻酸鈉溶液獲得網(wǎng)格尺寸為2X2 mm、厚度約為O. 5mm的密集網(wǎng)格夾層，在4%的CaCl2溶液中交聯(lián)30 min，得到海藻酸網(wǎng)格夾層。C.將上述配制好的支架基體溶液倒入置有夾層的培養(yǎng)皿中，使其覆蓋網(wǎng)格夾層。在-7 °C環(huán)境中靜置12小時，再移入2 °C環(huán)境中靜置4小時。最后將支架移到-7 °C環(huán)境，靜置冷凍12小時。D.放入凍干機凍干，取出用乙醇浸泡，真空抽干乙醇。用4%的CaCl2溶液交聯(lián)40min，再用去離子水洗凈，即可得3#支架材料。3#支架材料的平均孔徑為130 μ m，孔隙率為
92.7%，拉伸強度為7. O MPa。
實施例四
A.制備總固含量為4 wt%的支架基體海藻酸鈉粉末與殼聚糖粉末的質(zhì)量比為1:1，用稀醋酸(pH=l 2)調(diào)節(jié)體系pH值至4 5。B. RP技術制備夾層用4 七％海藻酸鈉溶液獲得網(wǎng)格尺寸為2X2 mm、厚度約為
O.5mm的密集網(wǎng)格夾層，在4%的CaCl2溶液中交聯(lián)30 min，得到海藻酸網(wǎng)格夾層。C.將上述配制好的支架基體溶液倒入置有夾層的培養(yǎng)皿中，使其覆蓋網(wǎng)格夾層。在-7 °C環(huán)境中靜置12小時，再移入2 °C環(huán)境中靜置4小時。最后將支架移到-7 °C環(huán)境，靜置冷凍12小時。D.放入凍干機凍干，取出用乙醇浸泡，真空抽干乙醇。用4%的CaCl2溶液交聯(lián)40min，再用去離子水洗凈，即可得4#支架材料。4#支架材料的平均孔徑為120 μ m，孔隙率為90. 1%，拉伸強度為7. 6 MPa。說明圖2為3#支架材料的電鏡圖，平均孔徑約為130 μ m，且多孔貫通，滿足皮膚組織工程支架材料的細胞培養(yǎng)對孔徑要求。圖3 a，圖3 b為脂肪干細胞接種于支架材料上體外培養(yǎng)3天、7天的圖，亮綠色為細胞分布情況。對比3d和7d的支架材料，可以看到熒光
范圍變廣，因此說明細胞在該材料上是增殖的。圖3 c為圖3 b的放大圖，顯示細胞在材料上是粘附狀態(tài)。
權利要求
1.一種海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料，其特征在于該支架材料的結構為海藻酸鈉-殼聚糖以CaCl2作為交聯(lián)劑形成支架基體，其中海藻酸鈉和殼聚糖的質(zhì)量比為5:3 3:5 ;海藻酸鈉形成的網(wǎng)格狀結構，經(jīng)CaCl2交聯(lián)，以夾層形式置于海藻酸鈉-殼聚糖支架基體中；其中網(wǎng)格狀的海藻酸鈉的網(wǎng)格尺寸為I 2X1 2 mm、厚度為O. 2 O. 5 mm。
2.根據(jù)權利要求I所述的海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料，其特征在于所述的支架材料的的總厚度約為O. 5 I mm。
3.一種制備根據(jù)權利要求I或2所述的海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料的方法，其特征在于該方法的具體步驟為 a.將海藻酸鈉和殼聚糖按5:3 3:5的質(zhì)量比配制成總固含量為2 6wt%的混合水溶液，調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為4 5，得到支架基體溶液； b.配制質(zhì)量百分比比濃度為2 4wt%的海藻酸鈉水溶液，通過RP技術獲得網(wǎng)格尺寸為I 2X1 2 mm、厚度為O. 2 O. 5 mm的密集網(wǎng)格，在質(zhì)量百分比濃度為O. 5 5%的CaCl2水溶液中交聯(lián)15 45 min，得到海藻酸網(wǎng)格夾層； c.將步驟a所得支架基體溶液其覆蓋在步驟b所得的海藻酸網(wǎng)格夾層上，在-7°C溫度下靜置12小時，再移入2 °C溫度下靜置3 6小時，最后在-7 °C溫度下，靜置冷凍12小時； d.將步驟c所得的冷凍后的支架放入凍干機凍干，得到白色多孔支架；用乙醇浸泡，洗去醋酸，真空抽干乙醇；將其浸泡在質(zhì)量百分比濃度為O. 5 5%的CaCl2水溶液中交聯(lián)15 45 min，再用去離子水洗凈，即得到海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料及其制備方法。該支架材料的結構為海藻酸鈉-殼聚糖以CaCl2作為交聯(lián)劑形成支架基體，其中海藻酸鈉和殼聚糖的質(zhì)量比為5:3～3:5；海藻酸鈉形成的網(wǎng)格狀結構，經(jīng)CaCl2交聯(lián)，以夾層形式置于海藻酸鈉-殼聚糖支架基體中；其中網(wǎng)格狀的海藻酸鈉的網(wǎng)格尺寸為1～2×1～2mm、厚度為0.2～0.5mm。本發(fā)明采用可完全生物降解的海藻酸鈉、殼聚糖為基材，其中RP技術制備的夾層的復合可提高海藻酸鈉-殼聚糖支架材料的力學強度。該支架的孔徑在100-150μm，孔隙率大于90%，拉伸強度達到1～8MPa，且該支架材料具有良好的生物相容性，適合細胞的生長及增殖。
文檔編號C08J3/24GK102886070SQ201210339539
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權日2012年9月14日
發(fā)明者尹靜波, 胡玎玎, 吳振飛, 劉小琨, 顏世峰 申請人:上海大學