用于制备可生物降解和/或可吸收性硅凝胶材料的硅溶胶材料、其制备和用途的制作方法

专利名称：：用于制备可生物降解和/或可吸收性硅凝胶材料的硅溶胶材料、其制备和用途的制作方法用于制备可生物降解和/或可吸收性硅凝胶材料的硅溶胶材料、其制备和用途本发明涉及用于制备具有改进性能的可生物降解和/或可吸收性硅凝胶材料的新型硅溶胶材料以及它的制备方法和它的用途。本发明还涉及可生物降解和/或可生物吸收的硅凝胶纤维材料。正进行各种努力开发用于人医学和医疗技术中各种应用的可生物降解和/或可生物吸收材料。此外，这些领域具有越来越高的要求，尤其在材料的生物相容性、生物活性和毒性方面。可吸收性的硅凝胶在现有技术中是已知的。DE19609551Cl描述了可生物降解、可生物吸收的纤维结构。这些纤维可在溶胶-凝胶法中通过由纺丝料(Spinnmasse)抽丝并任选地干燥这些丝来得到。纺丝料包括一种或多种硅的部分或完全水解缩合化合物，这些化合物通过具有通式SiX4的单体水解缩合得到。这些纤维具有以下缺点，在纺丝操作后立即发生的降解中，它们不能在细胞毒性试验中产生最优的结果，并且在一些情况下，必须被标记为有细胞毒性。这类毒性通常对用于人医学或医疗技术不合意，例如在伤口愈合领域中。此外，根据DE19609551Cl的制备纤维的方法具有以下缺点，在除去水解缩合步骤中的溶剂后得到的混合物已是多相混合物，必须强制性进行过滤以除去形成的固体。另外，固相的形成和强制性过滤步骤意味着大比例的可纺丝溶胶丢失。DE19609551Cl的方法在熟化期间也不能可靠地抑制相当大比例的固相形成，尤其是凝胶形成。这进一步减少了可纺丝溶胶物料的比例。尽管如此，可以表明本发明的纤维和非织造物具有提高的伤口愈合性能。此外，本发明的纤维和非织造物尤其适合用作细胞支撑结构。本发明的目的是提供一种用于制备可生物降解和/或可生物吸收硅凝胶材料的新型硅溶胶材料。本发明的另一个目的是提供具有改进的细胞毒性和/或伤口愈合性能的可生物降解和/或可生物吸收硅凝胶材料。另一个目的可被认为是提供改进的细胞支撑结构，例如用于皮肤植入物、软骨和骨的体外制备。通过根据权利要求1的硅溶胶材料达到这个目的。根据权利要求1，硅溶胶材料可通过以下得到a)在0至S7的初始pH下任选地在存在水溶性溶剂的情况下在0°C至80°C温度在酸性催化条件下进行式I的一种或多种硅化合物的水解缩合反应至少16小时SiX4(I)其中x基团相同或不同，并代表羟基、氢、卤素、氨基、烷氧基、酰氧基、烷基羰基和/或烷氧基羰基，并可源于为具有1-20个碳原子、优选具有1-10个碳原子的任选取代的直链、支链或环状基团和可被氧或硫原子或被氨基间断的烷基，b)然后蒸发形成在4。C时在10s"剪切速率下粘度为0.5-2Pa's的单相溶液，c)然后冷却该溶液，和d)对冷溶液进行动力学控制熟化形成均匀单相溶胶。在步骤a)中，使用式(I)的一种或多种不同硅化合物的X基团SiX4(I)其中X基团相同或不同，并为羟基、氢、卤素、氨基、烷氧基、酰氧基、烷基羰基和/或烷氧基羰基，并可源于为具有1-20个碳原子、优选具有1-10个碳原子的任选取代的直链、支链或环状基团和可被氧或硫原子或被氨基间断的烷基。在本发明的优选实施方案中，式(I)中的X为具有1-20个碳原子、优选具有1-10个碳原子的任选取代的直链、支链和/或环状烷氧基。更优选地，式(I)中的X为任选取代的直链和/或支链CrCs烷氧基。进一步特别优选取代的但优选未取代的直链和/或支链CrC3烷氧基，例如乙氧基、正丙氧基和/或异丙氧基。根据本发明，非常尤其优选使用四乙氧基硅烷(TEOS)作为本发明的水解缩合反应中的硅化合物。可优选使用乙醇或水/乙醇混合物作为水溶性溶剂。硅化合物/乙醇比可^1。在本发明的优选实施方案中，利用硝酸酸化的水调节0至S7、优选2至5的初始pH。但是，可以以局部方式形成NO或N02的其它酸性混合物和/或溶液也适合本发明的实施。例如，这些可为在生理学环境中与分子氧一起通过酶方法(利用硝基氧合成酶NOS)形成一氧化氮(NO)的酸性混合物和/或溶液，一氧化氮(NO)又通过身体被快速转变成N02,或它们还可为有才几硝酸盐或硝酸酯(通常所说的NO供体)，例如硝酸乙酯，其可借助有机硝酸盐还原酶形成NO。对于NO的这种酶释放，需要硫醇基(半胱氨酸)。因此，除了稀硝酸外，根据本发明，生理学相容酸(例如柠檬酸、琥珀酸、酒石酸、乙酸或抗坏血酸)和至少一种必需氨基酸(例如L-精氨酸，更优选L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-苯基丙氨酸、L-甲状腺素、L-蛋氨酸、L-赖氨酸或L-色氨酸)或非必需氨基酸(例如L-谷酰胺、L-谷氨酸、L-天冬酰胺、L-天冬氨酸、L-半胱氨酸、L-甘氨酸、L-丙氨酸、L-脯氨酸、L-组氨酸、L-酪氨酸)的水或醇溶液(更优选水稀释的乙醇溶液)也适合作为在弱至中等强酸性范围内用于调整pH到所需值的NOS底物。在优选实施方案中，以摩尔比在1:1.7和1:1.9之间、更优选比例在1:1.7和1:1.8之间的硅化合物和硝酸酸化水进行水解缩合反应。可以以0.01NHN03的形式使用硝酸酸化水。在0。C-80。C、优选0。C-78。C、更优选20-60。C、甚至更优选约20°C-约5(TC的温度下进行水解缩合至少16小时、优选至少18小时的时间，例如，当本发明的材料用于伤口处理时，在室温(约20-约25°C)下或在约37。C下。在本发明的优选实施方案中，可进行水解至少16小时、优选至少18小时至4周的时间。水解时间优选为24小时到18天，更优选3-8天。令人惊奇地确定，与迄今为止室温下几小时的常规时间相比，延长的水解缩合时间可以在步骤b)中除去溶剂后得到均匀单相溶液，不再需要在步骤d)中的熟化前过滤。第一水解缩合反应优选在搅拌容器中或带搅拌棒的单颈圆底烧瓶中间歇进行。优选在开始时装入式(I)的硅化合物(例如TEOS)和溶剂(例如乙醇)。然后，快速加入酸，优选为0.01NHN03的形式(例如每molTEOS有0.01molHNO3)。由于反应混合物中的酸强度，第一水解缩合反应快速进行，并且加热容器的内含物在反应时间内(即在步骤a)中)温度开始下落(由于自然冷却到环境温度或加热介质温度)前浮皮加热约40°C。在本发明的优选实施方案中，步骤(b)中水溶性溶剂(例如乙醇、水)的除去在可以彻底混合的封闭装置(优选旋转蒸发器和/或搅拌釜)中进行，同时通过在1-1013mbar的压力下、优选在<600mbar的压力下蒸发除去溶剂(水、乙醇)，任选连续供应化学惰性夹带气体以降低1-8mVh(优选2.5-4.5m3/h)的蒸发组分的分压，反应温度为30°C-90°C，优选60-75。C,更优选60-70。C,并优选在不超过80转每分(优选在20转每分至60转每分)下温和彻底混合反应体系直到混合物的粘度为在4。C和10s"剪切速率下0.5-30Pa's,优选在4。C和10s"剪切速率下0.5-2Pa.s,更优选大约1Pa.s(在4。C和10s"剪切速率下测量)。根据本发明，"夹带气流"指经由反应体系的液相被供应到气体体积内的气流。为了保持反应容器中的等压条件，必需除去由"夹带气体"和要被蒸发组分两者组成的气态体积流。产生的分压降低即气体空间中要被蒸发的组分或组分混合物的含量减少，增加了液体表面处溶剂蒸发的驱动力。在特别优选的实施方案中，借助适于布置在装置气体空间中的气体分配器分布"夹带气流"使得仅仅在液面上方确保充分的夹带气体交换但没有以直接对流方式朝向液面的流动。在极端情况下，后者会导致局部凝胶化，这是不合需要的。实施这种实施方案所借助的气体分配器对于本领域那些技术人员来说是已知的。由于进行的反应/聚合(可通过粘度上升识别)，相平衡移动，从而蒸气相中相应的溶剂平衡压力不断变低。当平衡压力降到气相中的总压力时，蒸发停止。为了蒸发更多溶剂，因此必须最优地降低压力，可变地调整夹带气流和/或增加温度。在本发明的优选实施方案中，必须及时可变地调节压力、夹带气流和/或温度工艺参数中的至少一个。在本发明的优选实施方案中，步骤b)中的蒸发在恒定温度和随时间变化的压力下实现。在本发明的优选实施方案中，用于降低分压的化学惰性夹带气流为氮气和/或空气。在本发明的优选实施方案中，利用真空和夹带气流的组合除去水溶性溶剂。在本发明的这种实施方案中，可以以恒定方式或随时间变化的方式彼此独立地调整总压力和夹带气流。在本发明的这种实施方案中，理想地，可随时间变化地调整压力、夹带气流和/或温度工艺参数中的至少一种。这使得例如以整体方式在所需的蒸发程度下达到特定反应时间8和/或调整蒸发速率到反应动力学成为可能。在本发明的优选实施方案中，在恒定温度和随时间变化的压力下实现步骤b)中的蒸发，压力被降低达到第二水解缩合反应的结束，从标准压力或稍微减压下进行到<600mbar,优选<500mbar,更优选<100mbar。在组合方法(真空与夹带气流)中，优选恒定或可变的<600mbar的负压。为了有利于HN03在能于残余溶剂中以其它方式显著上升的HN03浓度下到NO的还原转化，超过60。C的温度是尤其优选的。这种非常易挥发气体(标准沸点约-15(TC)在接触空气时从液相中逃逸后，被氧化成低沸点N02(沸点约21°C),用废气或气流从系统中将其除去。按照这种方式，本发明材料中的酸浓度被限制或降低。或者，但酸强度也可在随后步骤的一个中被降低，例如通过对固体(例如作为非织造物)脱气但是，当使用有机酸/精氨酸体系取代硝酸时，pH被增加或酸强度被降低，如果需要的话，例如，在应用前短时间内借助Tris溶液(当酸例如乙酸不能被排出时)，通过在Tris水溶液中沖洗。令人惊奇地，与DE19609551Cl相比，发现在20转每分至80转每分下温和彻底搅拌反应体系能允许防止反应蒸发(步骤b)期间反应容器中混合物高度上的浓度梯度形成。与至少16小时的延长水解缩合反应时间一起，这有助于至少70%、优选至少80%和最特别优选至少90%的总反应混合物可在根据本发明的方法中被纺丝。优选进行步骤(b)直到在4。C和10s"的剪切速率下形成粘度在0.5-2Pa's范围内的单相溶液，优选大约1Pa's(在4。C、剪切速率10s"下测量)。在本发明的优选实施方案中，通过粘度在步骤b)中监测反应的进行。由步骤b)中的水解缩合反应得到的均匀单相溶液随后可被冷却并有利地定量进行动力学控制熟化，任选地没有过滤。本发明中的熟化(步骤c))可在-2(TC至l(TC并优选在2。C至4°C(例如在水箱中)的温度下进行。尤其优选在4。C下进行熟化。低温意味着在熟化期间在动力学控制条件下发生进一步缩合(由上文在式(I)中所述的硅化合物出发)。这种混合物中可形成低聚和/或聚合硅氧烷和/或硅烷醇。低聚物和/或聚合物还可经氢键聚集。根据本发明，在熟化后可得到结构粘性(strukturviskose)均匀单相溶胶物料。有利地，根据本发明，三维聚合物凝胶网络的竟争性形成因此可尽可能地得到抑制。因此可以回收没有固体第二相的均匀溶胶物料，尤其尽可能没有凝胶相。本发明中的步骤d)中的熟化时间可在3天至4周的范围内，优选至少10天，更优选14-40天，例如在14和28天之间，更优选至少25天-尤其当本发明的材料用于伤口愈合时-在25和40天之间。优选地，根据本发明，步骤d)中得到的溶胶具有30和100Pa's(剪切速率lOs"，4。C)之间的粘度，损失因子(4。C下，101/s,1%变形)为2-5,优选为2.5-3.5(损失因子为动力学粘度的粘弹比(viscosezuelastischeAnteil)的商)。当硅溶胶在步骤d)后被纺丝成纤维时，这种熟化条件是尤其优选的。如果本发明的纤维/非织造物(Vliese)用于伤口处理时，步骤d)中得到的溶胶优选具有35-75Pa's(剪切速率10s人4°C)的粘度，更优选35-45Pa's(剪切速率lOs",4°C),优选在2.5-3.5的损失因子U。C,101/s,1%变形)下。太高的损失因子意味着太高的材料弹性，这妨碍例如纺丝过程中稳定丝的形成(胶凝化，丝的撕裂)。在太低的损失因子下，材料的流动性使得稳定丝形成不可能(滴落)。当本发明的硅溶胶随后要被加工成粉末而不是可纺丝纤维时，熟化期间的条件可变化。这种情况下步骤(d)结束时的动态粘度优选为约60Pa's(剪切速率10s",4。C下)。在加工硅溶胶成整料的情况下，(d)结束时的动态粘度优选大于或等于70Pa's(剪切速率10s"，4。C下)。当硅溶胶要用于涂覆物体或表面时，根据所需的层厚度，动态粘度小于或等于10Pa.s(剪切速率10s人4。C下)。优选地，在生物可降解和/或可吸收硅凝胶材料的进一步制备步骤和/或操作中，可至少几乎定量地使用得到的溶胶物料。优选地，步骤d)中得到的溶胶为可纺丝的。在进一步步骤d)中，可根据本发明设计纺丝操作。10这种纺丝工艺步骤可在常规条件下进行，例如如DE19609551CI和DE102004063599Al中描述。在这个步骤中，经例如压力容器通过具有独立喷嘴的喷嘴板吹出溶胶(容器中的压力1-100bar,优选20-30bar)。纺丝筒(Spinnschacht)—般具有l-5m的长度，有利地为2m。针对温度和湿度以控制方式设定纺丝甬道中的气候。优选温度在2(TC和3(TC之间，露点为-5至1(TC,和/或湿度为20-40%相对湿度，优选20-25%相对湿度，更优选约20%相对湿度。在下降通过纺丝葡道后，纤维在尺寸上稳定，并被铺开在振动台上。这样形成的纤维结构的网眼尺寸尤其通过振动速度确定。它们为几cm/s。利用双轴运动，形成细眼纤维结构(网)，其中，基于TEOS作为含Si原料化合物，通常仍存在超过25-33%的乙氧基。尤其当本发明的材料用于伤口处理时，纤维材料的面重优选为至少90g/m2,更优选至少150g/m2。伤口敷料(Wundauflage)(由纺成非织造物组成)的厚度优选至少0.8mm,更优选至少1.5mm。纤维直径优选至少大约45^m。由根据本发明的方法得到的硅凝胶纤维材料和产品即例如纤丝、纤维、非织造物和/或织物都具有优异的生物可降解性和生物可吸收性。本发明的另一个优点在于，当与通过DE19609551Cl的方法得到的纤维相比时，根据本发明制备的硅凝胶纤维材料在存在L929小鼠成纤维细胞的试验中在细胞毒性测试中具有明显提高的值(参见实施例1和对比实施例)。由本发明的硅溶胶材料制备的产品因此特点在于特别良好的生物相容性。本发明的纤丝、纤维或非织造物因此可具有有利地用作人医学或医疗技术中的可生物降解和/或可生物吸收材料和产品。尽管如此，已在实验上表明本发明的纤维和非织造物具有提高的伤口愈合性能。更特别地，本发明的材料因此可有利地用在伤口处理和伤口愈合领域。纤丝可用作例如外科手术缝合材料或作为增强纤维。根据本发明的纤维非织造物可特别有利地用在表面伤口处理中。本发明的可生物降解和可生物吸收的纤维和非织造物可通过上述硅化合物和硝酸酸化水的控制水解缩合反应经以下步骤来得到a)在0至S7的初始pH下在任选地存在水溶性溶剂的情况下在0。C至80。C温度，优选在20-6(TC下，更优选在20-50。C下，例如在室温下(约2(TC至约25°C)或约37。C下，在酸性催化条件下进行式I的一种或多种硅化合物的水解缩合反应至少16小时，优选至少18小时，SiX4(I)其中X基团相同或不同，并代表羟基、氢、卣素、氨基、烷氧基、酰氧基、烷基羰基和/或烷氧基羰基，并可源于为具有1-20个碳原子、优选具有1-10个碳原子的任选取代的直链、支链或环状基团和可被氧或^琉原子或被氨基间断的烷基，b)然后蒸发形成在4'C时在10s"剪切速率下粘度为0.5-2Pa's的单相溶液，c)然后,令却该溶液，和d)对冷溶液进行动力学控制熟化形成均匀溶胶，和e)在纺丝操作中纺丝d)中得到的溶胶。当在步骤a)的水解缩合反应中使用例如TEOS作为硅化合物时，给定足够的水解时间，可在步骤b)蒸发后得到均匀溶液。动力学控制反应可在步骤c)中在熟化期间在低温下发生。然后混合物在步骤d)中以溶解状态作为均匀单相物料存在，并因此作为可纺丝溶胶物料获3曰付。学、医疗技术、过滤器技术、生物技术或;色缘材料工l中的可生物吸收和/或生物活性材料。特别地，根据本发明制备的材料可有利地用于伤口处理和伤口愈合领域。例如，纤维可用作外科手术缝合材料或作为增强材料。非织造物可特別有利地用于表面伤口处理、体液(例如血液)过滤或在生物反应器领域中作为培养助剂。本发明的另一种实施方案可为药物输送系统和/或药物制剂、微粉(Mikropulver)和/或纟内米粉(Nanopulver)。可通过例如混合本发明的硅溶胶与所需的活性成分如一种或多种药物(由于进一步水解缩合反应，活性成分还可任选地被共价结合)来得到这种粉末形式，并得到均匀混合物。尤其在混入热敏性活性成分的情况下，对溶胶和活性成分的混合物进行温和的干燥步骤，例如喷雾干燥或冷冻干燥步骤。当活性成分不是热敏性的或完全没有添加活性成分时，也可使干燥在(明显)升高温度下发生。这优选形成包围活性成分的可生物吸收和/或生物活性硅凝胶基质。这种基质还尤其适合包裹液体活性成分。液体可长期稳定地被封闭在基质中，并以控制方式被再次释放。包裹使活性成分的机械和化学稳定性成为可能，能改进处理这类液体活性成分和药物，并有助于防止活性成分的不受控的挥发。当然，最终制剂(粉末)中还可以存在适合特定用途的其它物质和/或助剂。本发明的微粉的颗粒具有0.01pm至100^im、尤其O.lnm至20nm的尺寸(平均直径)。纳米粉末颗粒通常具有S100nm的尺寸(平均直径)。在另一种实施方案中，可将至少一种活性成分和本发明硅溶胶的混合物倒入到模具内。干燥后，以这种方式得到整料(Monol池)。这种整料可例如在皮下以大块植入物形式用作有效成分输送系统(药物输送系统)。它们可用作例如避孕药的贮藏物质(Depot)并在延长时间内释放活性成分。这种本发明的植入物具有良好的生物相容性。整料可优选具有20.5mm的直径。或者，整料也被粉碎或研磨成粉末。在另一种实施方案中，可通过常规涂覆方法涂覆硅溶胶，例如通过将要被涂覆的物体浸入到硅溶胶内、通过流延(Begie)3en)或通过4^涂或喷涂硅溶胶。优选涂覆硅溶胶到锭剂或胶嚢上。为此，为压制的粉末涂层。这允许在制剂内受控和/或调节地释放(其它)活性成分(例如经层厚度和/或层顺序)。但是，这种涂层也可被施加到身体部位植入物上，其提高了植入物的(生物)相容性，例如减轻或防止了排斥反应。在本发明的另一种实施方案中，高粘度溶胶尤其是水凝胶可被本发明的硅凝胶补充或代替。高粘度溶胶和水凝胶在药物和化妆品中用作活性成分或药物载体。通常，水凝胶在许多情况下用于大面积伤口的处理(伤口处理和伤口愈合)。有利地，添加石圭溶力交允许生物相容性并因此改善了伤口愈合。在这个方面，本发明的水凝胶可用作医学尤其是人医学或医疗技术中的可生物吸收和/或生物活性产品。本发明还涉及细胞体外增殖的方法，其中由本发明的纤维组成的纤维基质用作细胞支撑物质和/或由细胞形成的细胞外基质的引导结构，或给予细胞找到能允许细胞增殖和/或实现它们的遗传决定分化的空间排列的可能性。根据本发明的这种方法的优点可例如从实施例3中看出。使用的细胞可为例如未分化的多能干细胞或基因修饰的或自然分化的具有不同分化类型和程度的细胞。要被施加到纤维基质的细胞粘着到基质上或在这种基质上主要以13二维方式增殖，以便共同形成细胞外基质或信使物质(激素)。纤维基质优选形成平面元件，尤其以本发明纤维的非织造物或织物的形式。这种纤维基质优选是多孔的，从而引入/施加的细胞能穿过它，呈现三维分布，并根据它们的遗传决定分化或通过加入的分化因子诱导的分化，可诱导空间组织和器官生长或释放信使物质。在本发明的替代实施方案中，作为不被引入/施加的细胞穿过的密实纤维网(Fasemetz),借助可能的二维细胞分布和从复合移植意义上讲同时可能的三维组织和器官生长形成基质。本发明的体外增殖方法优选用于细胞复合物(Zellenverbund)、组织和/或器官的体外制备。本发明优选涉及可通过上面描述的方法制备的细胞复合物、组织和/或器官。这类细胞复合物、这类组织和/或这类器官适合作为例如药物-组织-器官相互作用的体外模型。为了在人体外产生组织，可使用在通用术语"组织工程"下涵盖的各种方法。为此，按照组织类型，从它们的现存组织复合物中分离细胞并增殖。然后，细胞被施加到不同稠度的平面材料上，或引入到多孔或凝胶状材料上，并借此诱导组织熟化和任选地用分化因子刺激。组织熟化可在体外或体内实现。本发明的纤维基质具有以下优点，即它是可生物降解和/或可生物吸收的，但是-如实施例3所示-尽管有体外增殖，但仍在一定时期内近乎保留了其2-或3-维形式。本发明因此优选涉及包括聚硅酸纤维基质(优选由本发明的纤维产生)的细胞复合物、组织和/或器官，其中可生物降解和/或可生物吸收的纤维基质在第一次体外细胞定殖后4周时间段后有至少60%、优选至少70%和更优选至少80%与纤维基质的原始2-或3-维形式相同。例如，在这种实施方案中，优选仅仅在施力口/引入细胞复合物、组织和/或器官到动物或人体上/内后，本发明的纤维基质才降解和/或吸收。根据细胞类型，细胞必须预先从它们的基质复合物中通过酶消解或通过机械分离释放出来，或通过在生理学条件下被施加或《I入到营养介质上/内诱导生长。在这种情况下，上述纤维基质用作细胞生长的引导结构或细胞外基质和组织成分累积的引导结构。根据本发明，可以以各种排列使用纤维材料。应选择何种排列对于本领域技术人员来说是已知的，取决于要产生的(细胞)组织。可能的排列如下l)作为平面元件，即作为密实纤维网，其尽管允许在施加的细胞尺寸以上通过性的穿透，单仅仅允许受限制的穿透(即孔/纤维或网眼空隙的平均尺寸绝不大于但优选小于要被培养的细胞的平均尺寸；因此，细胞可"生长到纤维内，，，但只有以这种方式它们才能很好粘着在纤维基底上)，基本上二维细胞分布和平面细胞、组织和器官生长的唯一可能性，但至少是主要可能性，2)作为三维立体元件，即作为可被细胞透过的多孔纤维网(即孔/纤维或网眼空隙的平均尺寸绝不小于但优选甚至大于要^:培养的细胞的平均尺寸)，具有三维细胞分布和空间细胞、组织和器官生长的可能性；3)作为1)和2)的组合，从利用细胞、组织或器官和表面覆盖组织(例如器官包封)的组合的"复合移植"或器官意义上说。3)这种变体对于由几种细胞类型组成的组织结构是可能的。例如，血管由内皮和结締组织组成，具有平面结构的内皮用于作为血管衬里，而结締组织用作血管的支撑物质并形成三维中空结构。1)作为内皮生长的平面元件和2)作为结締组织生长的三维立体元件的组合最终允许血管被重建。尤其适合借助三个变体之一增殖/制备并因此根据本发明而优选的一些组织或细胞类型列在下面。对于应用1)，优选以下组织上皮、内皮、尿^各上皮、粘膜、硬脑膜、结締组织；和优选以下细胞多能干细胞、软骨细胞(软骨组织)；对于软骨细胞增殖，需要二维介质；对于软骨细胞分化和软骨基质形成，相反，需要三维介质。这里，对于软骨，其意思仅仅是当分化并增殖时的细胞。分化在后面的应用2)中，骨细胞(骨；二维或三维的，这里同样使用的是如对软骨细胞所述的那些)、神经细胞(神经)、毛发细胞(内耳听觉器官)或任意分化阶段的它们的前体细胞(例如多能干细胞)。对于应用2),有以下细胞针对应用l)描述的细胞在其二维增殖后，器官特异性细胞(例如肝细胞、肾原细胞、心原细胞、胰腺原细胞(Pankreozyte))、有/没有内分泌功能的ZNS细胞例如视网膜、神经细胞、松果腺、多巴胺能细胞、血管形成细胞(例如血管原细胞(Angiozyte))、具有内分泌或外分泌功能的细胞(例如胰岛细胞、肾上腺细胞、唾液腺细胞、上皮体、甲状腺细胞)、免疫系统的细胞(例如巨喧细胞、B细胞、T细胞或任意分化阶段的它们的前体细胞，如多能干细胞)。以三维形式培养免疫系统的细胞，因为在组织中，在穿透血液-组织屏障后，它们满足符合组织类型的三维结构并在那里以三维形式表现出它们的作用。对于应用3),有下面的细胞/组织/器官气管，支气管，血管，淋巴组织，尿道，输尿管，肾，膀胱，肾上腺，肝，脾，心脏，血管，甲状腺，扁桃体，唾液腺，脑，肌肉(平滑肌，骨骼肌)，椎间盘，半月板，心脏，肺，胆嚢，食管，肠，眼。EP1262542的实施例1-3描述了可从DE19609551Cl得知的纤维的示例性可能应用。本发明中使用的材料的另一种可能用途是用具有内分泌或外分泌功能并释放在生物体中或其外面表现出效果的活性成分(例如激素、白细胞介素、炎症介质、酶)的细胞定殖材料。这意味着，当用具有内分泌或外分泌功能的细胞定殖时，根据本发明使用的材料也可用于在体外产生上述活性成分，于是这些活性成分可借助已知的方法作为药物应用于身体。在体外表现出的作用可用于利用释放的物质影响组织或细胞。基质的另一种用途是作为可生物吸收生物植入物，作为器官和组织手术过程中皮肤、粘膜下面或皮肤、粘膜表面处或身体内内源性伤口愈合的引导夹板。为此，如果可能的话，材料被引入到伤口或器官/组织内，例如在手术期间，如果可能的话，作为平面元件或三维立体元件由医生直接或与促进伤口愈合的物质或药物一起引入。根据本发明使用的纤维形式的可生物吸收无机材料的性质只会对要生长细胞用组织介质带来轻微变化；更特别地，没有酸性介质出现，因此防止了对组织和器官分化的负面影响。另外，不管组织的pH如何，都存在材料的完全降解。由于同时的组织或器官形成，活组织可稳定得到，并在不合需要的病原体定殖(感染)事件中抗感染药物可以透过。另外，纤维基质可与不同物质组的活性成分混合，通过在使用部位处主动和:帔动作用的发生还有在离开(entfernt)的作用部位处的作用发生，可对组织和器官分化有积极影响。这些尤其包括首先是抗感染活性成分，其次还有促进和调节伤口愈合、炎症反应和组织分化的活性成分，例如首先是生长因子(IGF、TGF、FGF等)，其次是糖皮质激素和白细胞介素，还有化疗药物和免疫抑制剂。根据本发明使用的可生物吸收无机纤维能粘着使用的细胞，可以沿纤维增殖细胞，而且可以形成组织或器官基质。在细胞增殖或组织或器官基质形成的同时，纤维结构被降解。理想地，通过改变纤维的缩合使组织结构、器官结构或细胞结构与纤维材料的降解速度关联。缩合过程(即脱水和因此缩聚)进行越少，材料就可更好地被降解。在新纺成纤维情况下得到最高的OH含量和因此可最快速降解的纤维，然后将其放到乙醇内。缩合过程还尤其受纺丝参数即拉伸率、气氛、纺丝温度等影响。这样制得的纤维是可生物降解的和可生物吸收的，并以优选2周-10周的可调节时间降解，降解速度与纤维的硅烷醇基团的数目关联。本发明的另一个方面涉及本发明的细胞、器官和组织在它们与药物和/或活性成分混合后作为药物-组织-器官相互作用体外模型的应用。因此，可减少或避免动物试-验。本发明还更优选涉及一种制备皮肤植入物的方法，其中皮肤细胞被施加到营养液表面并使其生长，并将由本发明的纤维组成的平面元件放到营养液上。在本发明的优选主题中，本发明还涉及由皮肤细胞和包括本发明纤维的平面元件组成的皮肤植入物。平面元件(优选平的)能使皮肤细胞平面地并因此快速生长，任选地使用浸润的药物。现在将参考实施例更具体地描述本发明，但本发明不限于此。所有记载的粘度都在4。C下和10s"的剪切速率下用Physica的粘度仪(MCR300和MCR301)测量。实施例实施例1硅溶胶以及可生物吸收和可生物降解硅凝胶材料作为水解缩合的反应物，引入作为初始装料的在乙醇中的4mo1TEOS(四乙氧基硅氧烷)到反应容器内，并以0.01NHN03溶液的形式加入7mo1水，并通过搅拌使其彼此混合。在室温下搅拌混合物8天。随后通过在7(TC的玻璃烧杯中蒸发和冷凝将来自水解缩合反应的溶液转变成几乎无水和无乙醇的溶液。这种溶液为单相的，不包含固体并具有1Pa's(剪切速率为10s—、(C下)的粘度。冷却溶液到4。C并在这个温度下进行熟化。在18天的熟化时间后，得到粘度为43Pa's(剪切速率为10s",4匸下)的均匀单相溶胶物料。溶胶物料没有可察觉的固相含量。均匀溶胶物料可被纺丝成纤维。其也被称为纺丝料。在常规纺丝装置中制备纤维。为此，将纺丝料填充到冷却至-15。C的压力瓶中，用20bar的空气压力对其加压。产生的力强制溶胶通过喷嘴，由此形成纤丝。纤丝具有5和100pm的直径，具体取决于喷嘴直径。流动性的蜜状纤丝在其自身重量下落到压力瓶下的纺丝筒内，它们在那里反应形成基本固体形式和形成尺寸稳定的纤丝。纤丝在它们的表面处仍具反应性，因而它们能在落到任选提供的振动台上时沿它们的接触面积彼此粘着。振动台上的可调整冲程循环在纤维之间形成进一步交联，并形成非织造物。有利地，根据本发明得到的纤丝比在DE19609551Cl方法中可比较纺丝条件下制得的纤维干燥。因此，在随后的非织造物制造中，根据本发明得到交联较少并因此更有弹性的非织造物。对根据本发明制备的非织造物进行ISO10993-5(1999)、EN30993-5(1994)的细胞毒理学试验。在用DMEM(Dulbecco's改性EagleMedium)提取非织造物材料后，无菌过滤提取物，并与FCS(胎牛血清；提取物中10%的FCS)混合。将这种与FCS混合的提取物在无菌条件下施加到L929小鼠成纤维细胞上并在37。C和5%。02分压下存放48小时。使用TritonX100作为毒性对照物质，并使用细胞培养基作为非毒性对照物质。为了测定细胞计数，将细胞固定并用亚曱基蓝染色。在酸性提取亚曱基蓝后，借助光度测定法检测染料含量，并将消光度与标准曲线相比以便参考染料消光度确定细胞计数。与对照相比，细胞计数的测量值表明本发明的硅凝胶材料没有细胞毒性。蛋白质含量的测量(在碱裂解和通过Bradford法测定蛋白质含量后)和乳酸脱氢酶(LDH;光度测定法)的释放证实了该结果。对比实施例在相同条件下，在使用1.5小时的水解缩合时间类似于DE19609551Cl中的实施例得到的非织造物材料上进行毒性测量。在这种情况下，总反应批料只有50%可被纺丝。得到的纤维材料在细胞毒性测试中检测到细胞毒性。对比实施例2在另一个研究中，在对豚鼠的3个月伤口愈合研究中将五种不同本发明的纤维非织造物(KG211,KG226,AEH06KGF553，AEH06KGF563和AEHKGF565)与可吸收对照伤口治疗体系(Promogran)比较。通过下面表1中列举的不同生产参数发现本发明纤维非织造物之间的不同。表1:参数/描述KG211KG226AEH06KGF553AEH06KGF563AEHKGF565水解/缩合械2L单颈2L单颈反应容器类型圆底烧瓶圆底烧瓶搅拌釜搅拌釜搅拌釜彻底混合搅拌棒搅拌棒十字棒十字棒十字棒方法步骤的终止反应时间反应时间反应时间反应时间反应时间标准/目标18h18h18h18h18h称重+引入TEOS562.49g562.49g562.49g562.49g562.49g称重+加入乙醇156.8g156.8g156.8g156.8g156.8g混合15min15min15min15min15min称重+提供水60.38g60.38g60.38g60.38g60.38g戏称重+添加INHN0327.81g".81g27.81g27.81g27.81g混合1NHN03+水振摇振摇振摇振摇振摇自热，即自热，即在放热反在放热反首先自热，从首先自热，从首先自热，从应后在RT应后在RT反应时间3:00反应时间0:20反应时间0:20热处理下进行下进行h时T=25。Ch时丁=70。〇h时T=50'C19<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>为了研究，在36只豚鼠中通过外科手术建立皮-表皮伤口。在每只动物中，以大致6.25cm2(2.5x2.5cm)的面积在脊柱的两侧上去掉真皮和表皮。用手术刀产生伤口。肉膜未受损伤。将本发明的伤口敷料和Promogran⑧放入到各个伤口中。用非粘合性伤口敷料(URGOTUL)和半透的粘合性聚氨酯薄膜(TEGADERM⑧或OPSITE)盖住材料。内聚性绷带(纱布和ELASTOPLAST)保护伤口上的伤口包扎。在5只动物上对应于IO个伤口(n=10)测试每种纤维非织造物或对照材料。在不同时间间隔下，通过肉眼观察、形态测定和组织学试验来评价伤口愈合。在所有被测试的伤口敷料中，未观察到局部不耐性。形态测定试验表明已用Promogran⑧处理的那些伤口实现了稍早于用非织造物处理的50%伤口闭合。但是，为了获得完全(100%)或几乎完全(75%，95%)的伤口闭合，Promogran⑧的时间与大多数非织造物相比有些慢。对于KG211和KG226,在平均大约23天后获得100%愈合，对于AEH06KGF553、AEH06KGF563和AEH06KGF565,在平均大约24天后，对于Promogran,在平均26天后才得到。伤口产生28天后KG211动物的组织学试验显示出非常好的伤口愈合(见图la)。只有局部组织反应还未被完全稳定，因为仍观察到分离的巨噬细胞。尽管如此，肉芽组织是不显眼的，表现出正常厚度，并被新形成的连续上皮层覆盖。伤口产生28天后Promogmn⑤动物上的组织学试验显示出被多形核细胞渗透的高度液泡化肉芽组织(见图lb)。与KG211相反，肉芽组织未被上皮层覆盖。在开始的4周伤口愈合中，与Promogran⑧相比，本发明的伤口敷料因此表现出缩短的伤口愈合，同时产生更好的肉芽层和最小化发炎过程。实施例3由作为细胞支撑物质的可生物降解和/或可生物吸收纤维以及胶原和聚乙醇酸(PGA)组成的本发明的纤维基质KG119被用Y射线杀菌，并放入到在培养箱中的完全培养基(Vollmedium)中1小时。纤维基质KG119涉及作为平面元件的非织造物。其按照表2中所示的工艺参数生产。冲出圆形形状的切片(见图3)。表2:<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>。然后，加入人真皮成纤维细胞。在24孔Falcon351147塑料培养皿中培养细胞。每天更换培养基。细胞定殖培养基为GibcoDulbecco，sModifiedEagle'sMedium42430-250，其补充有10%胎牛血清(FCS)和100单位/ml青霉素、0.25pg/ml两性霉素B和O.lmg/ml链霉素作为抗生素。在细胞生长期间，在初次更换培养基后，向培养基中50ng/ml抗坏血酸。此外，考虑细胞数目上升，有必要使培养基与碳酸氪钠緩沖液(7.5%,Sigma)混合。在常规组织培养皿和玻璃基底Iwaki板中培养细胞标准物(没有细胞支撑物质的对照细胞)。用Serotec的试剂进行AlamarBlue分析。用HBSS(无苯酚)緩冲液稀释这些到10%,调节到37。C,无菌过滤。在PBS中洗涤包括细胞的细胞支撑物质，然后从它们的原板中取出并放到组织培养皿和玻璃基底Iwaki板中。用AlamarBlue分析测量的新陈代谢活性为细胞计数和单个细胞新陈代谢活性的函数。图2比较了1周(Wk1)、2周(Wk2)和4周(Wk4)培养时间时胶原、PGA和本发明纤维基质KG119不同基质上的真皮成纤维细胞以及没有支撑结构的细胞(对照培养物，Ctrl)的活性(以焚光测量值的形式显示)。细胞到KG119的原发性粘连强，可以与胶原的相比较。KG119和胶原在细胞粘连性方面超过PGA(数据未示出)。细胞在基质上生长时间越长，KGU9纤维基质的优越性就表现得越明显。图2表明，KG119在细胞的新陈代谢活性方面超过其它细胞支撑结构。在整个测量期间(4周)都保持了高新陈代谢活性。相反，胶原、PGA和没有细胞支撑结构的细胞不能在这个期间内保持新陈代谢活性。只有KG119表现出高的细胞粘连性、在整个期间内保留新陈代谢活性的细胞增殖。图3显示了在用人真皮成纤维细胞培养前和4周培养时间后细胞支撑结构胶原、PGA和KG119。胶原和PGA细胞支撑结构收缩并降解成紧密的组织球。只有KG119保留其原始形式。在KG119内，形成紧密的真皮组织块，并且纤维被牢固连接到组织上。2权利要求1、可通过以下得到的硅溶胶材料a)在0至≤7的初始pH下在任选存在水溶性溶剂的情况下在0℃至80℃温度下在酸性催化条件下进行式(I)的一种或多种硅化合物的水解缩合反应至少16小时SiX4(I)其中X基团相同或不同，并代表羟基、氢、卤素、氨基、烷氧基、酰氧基、烷基羰基和/或烷氧基羰基，并可源于为具有1-20个碳原子、优选具有1-10个碳原子的任选取代的直链、支链或环状基团和可被氧或硫原子或被氨基间断的烷基，b)然后蒸发形成在4℃时在10s-1剪切速率下粘度为0.5-2Pa·s的单相溶液，c)然后冷却该溶液，和d)对冷溶液进行动力学控制的熟化以形成均匀溶胶。2、根据权利要求1的硅溶胶材料，特征在于，对于酸性催化，使用摩尔比在l丄7至1:1.9范围内、优选在1:1.7至1:1.8范围内的硝酸酸化的H20,水解缩合反应进行至少16小时，优选18小时，并在20-60°C,更优选在室温(20-25°C)。3、根据权利要求1或2的材料，特征在于步骤a)中的水解缩合反应在20-60。C、优选20-50。C、更优选在室温(20-25°C)在至少16小时到4周、优选18小时到4周、更优选24小时到18天和最优选3到8天的时间内进行。4、根据前述权利要求中任何一项的材料，特征在于步骤b)在约30至约9(TC的反应温度下在封闭装置中进行。5、根据前述权利要求中任何一项的材料，特征在于步骤c)中的溶液一皮冷却到2°C-4°C,优选纟皮冷却到4。C。6、根据前述权利要求中任何一项的材料，特征在于步骤d)中的熟化在2。C-4。C的温度、优选在4。C实施。7、根据前述权利要求中任何一项的材料，特征在于步骤d)中的熟化进行至在4。C和10s"剪切速率下的溶胶粘度为30-100Pa.s和损失因子为2-5(4°C,101/s,1%变形)。8、根据前述权利要求中任何一项的材料，特征在于步骤a)中使用的硅化合物为四乙氧基硅烷。9、根据权利要求1-9中任何一项的材料作为制备可生物降解和/或可生物吸收硅凝胶材料的用途。10、根据权利要求1-8中任何一项的材料作为制备人医学和/或医疗技术中尤其用于伤口处理和/或伤口愈合的可生物降解和/或可生物吸收纤维和非织造物的纺丝材料的用途。11、根据权利要求1-8中任何一项的材料作为制备可生物吸收和/或生物活性粉末、整料和/或涂层的材料的用途。12、可生物吸收和/或生物活性粉末、整料和/或涂层，特征在于其从根据权利要求1-8中任何一项的硅溶胶出发通过至少一个其它步骤制3曰付。13、可生物降解和/或可生物吸收的纤维材料，特征在于根据权利要求1-8中任何一项的硅溶胶随后在纺丝操作中经受纺丝。14、根据权利要求13的可生物降解和/或可生物吸收的纤维材料，特征在于该纤维材料包括纤维、连续纤丝、非织造物和/或织物。15、用于制备可被纺丝至全部反应混合物的至少70%的程度的硅溶胶材料的方法，通过a)式(I)的一种或多种Si化合物的至少16小时水解缩合反应SiX4①其中X基团相同或不同，并代表羟基、氬、卤素、氨基、烷氧基、酰氧基、烷基羰基和/或烷氧基羰基，并可源于为具有1-20个碳原子、优选具有1-10个碳原子的任选取代的直链、支链或环状基团和可被氧或硫原子或被氨基间断的烷基，b)蒸发形成单相溶液，优选同时温和彻底混合反应体系，c)冷却单相溶液，和d)动力学控制的熟化以得到硅溶胶材料。16、体外增殖细胞的方法，其中使用由根据权利要求13和/或14中任何一项的纤维组成的纤维基质作为细胞支撑物质和/或由细胞形成的细胞外基质的引导结构。17、可通过根据权利要求16的方法制备的细胞复合物、组织和/或器官。18、包括由聚硅酸组成的纤维基质的细胞复合物、组织和/或器官，其中可生物降解和/或可生物吸收的纤维基质在开始的体外细胞定殖4周时间后有至少60%与纤维基质最初的2或3维形式相同。全文摘要本发明涉及新型的硅溶胶材料和它用于制备具有改善性能的可生物吸收和可生物降解硅凝胶材料的用途。材料例如纤维、非织造物、粉末、整料和/或涂层用在例如医疗技术和/或人医学中，尤其用于伤口处理。文档编号C12N5/06GK101583574SQ200880002330公开日2009年11月18日申请日期2008年1月10日优先权日2007年1月15日发明者A·蒂劳夫,W·格劳比特申请人:拜尔创新有限责任公司