专利名称：一种壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种组织工程支架及其制备方法，具体地说涉及一种壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架及其制备方法。
背景技术：
组织工程应用工程学和生命科学的原理与方法，将在体外培养、扩增的功能相关的活细胞种植于多孔支架上，构建生物替代物，修复、维持或改善损伤组织功能。支架为细胞的增殖和演化提供适宜的环境，其性能直接影响到工程组织、器官的发展，是组织工程研究的技术关键之一。理想的支架材料应具备以下条件较好的生物相容性；可控的生物可降解性；材料本身及其降解物都应无毒，不引发机体的免疫排斥反应；三维结构，利于细胞粘附、生长和分化；合适的孔尺寸和高的孔隙率，以提供细胞生长和细胞间基质重构的空间；一定的机械强度。壳聚糖和海藻酸钠是具有良好生物相容性的生物可降解天然高分子材料，其降解产物无毒、对机体无刺激。另外，壳聚糖具有抗菌、消炎、止血作用，作为外科敷料，有促进伤口愈合，减少瘢痕形成及防止感染等作用。海藻酸钠亲水，吸收渗透物的能力强，具有止血、抑菌作用，广泛用于保护创面和治疗烧伤、烫伤。壳聚糖作为典型的聚阳离子电解质，可与聚阴离子电解质海藻酸钠发生静电作用，形成聚电解质复合物，用作组织工程支架。迄今为止制备壳聚糖海藻酸钠复合物多采用冷冻干燥法，即将壳聚糖海藻酸钠混悬液冷冻干燥，或将冻干后的海藻酸钠与壳聚糖反应后再冻干制备复合物，这样可得到高孔隙率的复合物，但难以控制孔径，且耗时耗能，通常需要冷冻干燥箱及真空泵连续工作15hr以上。另一种方法是将壳聚糖海藻酸钠混悬液浇铸于平皿内自然或真空干燥，耗时较长。采用气体致孔法制备壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架工艺简单，条件温和，节时节能，通过调节工艺参数可达到支架的平均孔径和孔隙率可控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架。
本发明的另一目的在于提供上述壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的一种壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架，其结构为三层复合膜，分别是壳聚糖层、壳聚糖/海藻酸钠聚电解质层和海藻酸钠层，厚度是50～500μm，平均孔径是20～250μm，孔隙率是60～98％，拉伸强度是1～25MPa，断裂伸长率15～60％，吸水性能在90～900％。
本发明的制备方法其技术原理是壳聚糖和海藻酸钠通过静电反应在界面处形成聚电解质，使两层复合，并且通过在海藻酸钠中加入碳酸氢钠与酸反应释放二氧化碳气体在支架内部形成孔隙。通过调整壳聚糖分子量、壳聚糖溶液浓度、酸浓度、海藻酸钠分子量、海藻酸钠浓度、碳酸氢钠用量及反应温度等工艺参数可以达到平均孔径和孔隙率可控。
其具体操作是将海藻酸钠和碳酸氢钠按重量比20∶1-20∶10配成水溶液，然后按与水体积比20∶1-10∶3加入丙三醇，其中海藻酸钠的浓度按重量体积比为1-2.5％，将该溶液浇铸在一平面载体(如金属板、有机玻璃板以及玻璃板)成膜，放置在30-80℃烘箱中0.5-2hr至膜面略干，再将壳聚糖的酸溶液浇铸其上，本发明的壳聚糖酸溶液所用的酸可以是乙酸、甲酸、柠檬酸、或盐酸，壳聚糖的溶液按重量体积比为2-5％。
将上述制备的膜在30-80℃烘箱中干燥1-5hr后置于乙醇中0.5-5min得膜，干燥后保存在干燥器中。由于壳聚糖含有正电荷而海藻酸钠含有负电荷，两者接触后在界面上形成聚电解质复合膜，得到三层复合膜支架，上层为壳聚糖，下层是海藻酸钠，中间是两者反应物。同时碳酸氢钠与配制壳聚糖溶液所用的酸在界面处反应释放出CO2气体，向周围扩散，在复合膜内部致孔。
本发明可以通过调节壳聚糖分子量、壳聚糖溶液浓度、酸浓度、海藻酸钠分子量、海藻酸钠浓度、碳酸氢钠用量及反应温度等工艺参数可达到复合膜的平均孔径和孔隙率可控。
图1为本发明制备的壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架内部层面的激光共聚焦扫描显微镜图像，其中，a所示为海藻酸钠∶碳酸氢钠(质量比)＝20∶2；b所示为海藻酸钠∶碳酸氢钠(质量比)＝20∶3；c所示为海藻酸钠∶碳酸氢钠(质量比)＝20∶4。
具体实施例方式
例1将海藻酸钠和碳酸氢钠按质量比20∶3配置水溶液，然后按与水体积比10∶1加入丙三醇，过滤，静置脱泡；将壳聚糖溶于2％(v/v)的醋酸，过滤，静置脱泡。用两端系有直径为0.8mm铜丝的平直玻璃管在洁净的玻璃上刮海藻酸钠溶液，在50℃烘箱中放置1.5hr略干后将壳聚糖溶液浇铸其上，在50℃烘箱中干燥2hr后置于乙醇中1min，得到厚度为100μm左右的复合膜，平均孔径为106.5μm，孔隙率为85％。
例2将海藻酸钠和碳酸氢钠按质量比20∶5配置水溶液，然后按与水体积比10∶1加入丙三醇，过滤，静置脱泡；将壳聚糖溶于2％(v/v)的醋酸，过滤，静置脱泡。用两端系有直径为1.5mm铜丝的平直玻璃管在洁净的玻璃上刮海藻酸钠溶液，在40℃烘箱中放置2hr略干后将壳聚糖溶液浇铸其上，在40℃烘箱中干燥3hr后置于乙醇中1min，得到厚度为200μm左右的复合膜，平均孔径为163.2μm，孔隙率为95％。
本发明具有如下效果1.气体致孔法制备壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架，工艺简单，条件温和，节时节能。
2.壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架的厚度在50～500μm。
3.壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架的平均孔径在20～250μm，孔隙率在60～98％。
4.壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架的拉伸强度在1～25MPa，断裂伸长率在15～60％。
5.壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架的吸水性能在90～900％。
下面是与本发明相关的参考文献提供的比较例，通过对比可以看出本发明的积极效果这些参考文献分别是[参考文献Hyun-Jung Kim，Hyun-Chui Lee，Jong-Suk Oh，Boo-Ahn Shin，Chang-Seok Oh，Ro-Dong Park，Kap-SeungYang and Chong-Su Cho.Polyelectrolyte complex composed of chiosan andsodium alginate for wound dressing application.J.Biomater Sci PolymerEdn，1999，10(5)543-556]；此参考文献采用冷冻干燥技术制备壳聚糖/海藻酸钠复合物，表层致密，内部为贯穿孔洞结构。耗时耗能，需冷冻干燥箱及真空泵连续工作20hr以上。
；[参考文献Xiao-Liang Yan，Eugene Khor，Lee-Yong Lim.Chitosan-Alginate Films Prepared with chitosan of Different Molecular Weights.JBiomed.Mater.Res(Appl Biomater)，2001，58358-365]；[参考文献Lishan Wang，Eugene Khor，Aileen Wee，Lee YongLim.Chitosan-Alginate PEC Membrane as a Wound DressingAssessment ofIncisional Wound Healing.J.Biomed.Mater.Res(Appl Biomater)，2002，63610-618]；上述参考文献采用浇铸法制备复合膜，耗时30小时以上，膜表面有条纹、无孔，内部为纤维状孔结构，平均厚度25～45μm，拉伸强度在7.5～20MPa，断裂伸长率在1.5～3.2％。
另有一份参考文献[Hui Ling Lai，Asad Abu’Khalil，Duncan Q.M.Craig.The preparation and characterization of drug-loaded alginate andchitosan sponges.International Journal of Pharmaceutics，2003，251175-1816]采用冷冻干燥技术制备具有不规则孔形态的壳聚糖/海藻酸钠海绵，耗时10小时以上，海绵厚度为8mm，拉伸强度2～5N，断裂伸长率在1～3％。
权利要求
1.一种壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架，其结构为三层复合膜，分别是壳聚糖层、壳聚糖/海藻酸钠聚电解质层和海藻酸钠层，厚度是50～500μm，平均孔径是20～250μm，孔隙率是60～98％，拉伸强度是1～25MPa，断裂伸长率15～60％，吸水性能在90～900％。
2.一种制备如权利要求1所述壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架的方法，其主要步骤为a)海藻酸钠和碳酸氢钠按重量比20∶1-20∶10配成水溶液，然后按与水体积比20∶1-10∶3加入丙三醇，其中的海藻酸钠浓度按重量体积比为1-2.5％；b)壳聚糖配成酸溶液，其中壳聚糖的浓度按重量体积比为2-5％；c)将海藻酸钠/碳酸氢钠溶液浇铸在平面载体上，置于30-80℃烘箱中0.5-2hr，再将壳聚糖溶液浇铸其上，在壳聚糖/海藻酸钠界面处发生静电反应，形成聚电解质复合膜；d)在30-80℃烘箱中干燥1-5hr后置于乙醇中0.5-5min得膜，干燥后保存在干燥器中。
3.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于，配制壳聚糖酸溶液所用的酸为乙酸、甲酸、柠檬酸、或盐酸。
4.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于，海藻酸钠/碳酸氢钠溶液中的碳酸氯钠与壳聚糖中的酸发生反应放出CO2气体制孔。
5.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于，海藻酸钠/碳酸氢钠溶液浇铸的平面载体为玻璃板、有机玻璃板或金属板。
全文摘要
一种壳聚糖/海藻酸钠组织工程支架，其结构为三层复合膜，分别是壳聚糖层、壳聚糖/海藻酸钠聚电解质层和海藻酸钠层，厚度是50～500μm，平均孔径是20～250μm，孔隙率是60～98％，拉伸强度是1～25MPa，断裂伸长率15～60％，吸水性能在90～900％。制备方法是壳聚糖和海藻酸钠通过静电反应在界面处形成聚电解质，使两层复合，并且通过在海藻酸钠中加入碳酸氢钠与酸反应释放二氧化碳气体在支架内部形成孔隙。通过调整壳聚糖分子量、壳聚糖溶液浓度、酸浓度、海藻酸钠分子量、海藻酸钠浓度、碳酸氢钠用量及反应温度等工艺参数可以达到平均孔径和孔隙率可控。
文档编号A61L31/12GK1628865SQ20031012333
公开日2005年6月22日 申请日期2003年12月17日 优先权日2003年12月17日
发明者马小军, 马莉华 申请人:中国科学院大连化学物理研究所