专利名称：一种胶原海绵及其制备方法
技术领域：
本发明涉及生物材料的制备，特别涉及一种胶原海绵及其制备方法，该胶原海绵 适用于但不限于生物医用材料领域。
背景技术：
胶原是动物体内分布最广、含量最丰富、种类较多的纤维蛋白质家族，存在于各种 器官组织中的胶原约占人体蛋白质总量的30%以上。作为细胞外基质的主要成分，胶原被 视为最有用的生物材料。胶原抗原性低、可生物降解、易吸收、无毒、生物相容性好，而且具 有止血作用，在组织修复中扮演着重要角色。已知，将胶原海绵用于人工皮肤移植在创伤处，借助其适于细胞生长的多孔结构 和胶原本身在组织修复中起的作用，可以促进细胞繁殖进而加快组织愈合速度。传统的 胶原海绵多是通过将胶原溶液冷冻干燥制得，不进行交联处理或用戊二醛等化学交联剂交 联。未进行交联的胶原海绵降解太快而且强度不够；戊二醛等化学交联剂的残留毒性会严 重影响细胞生长和组织再生，从而影响治疗效果。中国发明专利公开说明书CN101066469A提供了一种胶原多孔海绵的制备方法。 该发明将胶原与壳聚糖的乙酸溶液按比例混合，控制冷冻干燥工艺，得到多孔胶原蛋白海 绵。但该工艺未对胶原进行交联处理，得到的海绵的降解速率和机械强度在实际应用中很 受限制。中国发明专利申请公开说明书CN1416907A提供的医用胶原海绵的制备方法是将 胶原溶液与甘油混合，冷冻干燥得到海绵状材料，再将其在100-15(TC下固定得到医用胶原 海绵。该方法实现胶原交联的方法是热交联法，会导致胶原变性，影响其生物活性。中国发明专利申请公开说明书CN101005865A提供了两种胶原海绵的制造方法， 旨在通过简易工艺达到高合格率。该发明用乙酸/盐酸调节胶原溶液的PH后添加氯仿，冷 冻胶原发泡液，干燥得到胶原海绵，再用戊二醛溶液熏蒸得到交联胶原海绵；另一种方法是 将含有戊二醛的胶原稀释液冷冻干燥得到胶原海绵。该方法虽然实现了胶原海绵的交联， 但其中使用的发泡剂和戊二醛交联剂会在材料中残留，这些化学试剂将严重影响胶原的生 物相容性。中国发明专利公开说明书CN1587391A中提供的胶原海绵膜的制备方法是将胶原 与6-硫酸软骨素溶液先冷冻干燥，再于105°C干燥制得胶原海绵膜，将此膜浸入戊二醛溶 液中实现交联。虽然有水洗过程，但未反应的戊二醛不可能完全除去，不可避免地会影响制 品的组织相容性。
发明内容
本发明旨在摒弃使用大量有毒化学剂的传统工艺，提供一种采用绿色合成工艺获 得的胶原海绵，其生物相容性好、结构均勻性好。本发明的另一目的在于提供一种胶原海绵的制备方法，该方法采用辐射交联后再进行冷冻干燥，制备过程同时进行了灭菌，避免了制备过程引起的安全问题。用此方法可获 得生物相容性更好、结构均勻性更好、降解速率和力学强度可调的胶原海绵。为实现本发明的目的及解决其技术问题，采用以下技术方案一种胶原海绵，不含有化学交联剂，孔隙率在90%以上，是通过先对胶原水溶液进 行辐射交联，然后进行冷冻干燥制备而成。所述胶原海绵中还可以含有水溶性天然聚多糖，胶原蛋白与水溶性天然聚多糖的 重量比为9 1 1 9，优选为8 2 4 6。所述水溶性天然聚多糖可选自芦荟多糖、羧甲基壳聚糖、羟丙基壳聚糖、海藻酸 钠、海藻酸丙二醇酯、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素中的一种或 多种。所述胶原海绵中还可以含有生长因子和/或药物以促进伤口愈合与组织再生，生 长因子和药物的含量根据具体应用要求而定。所述生长因子可选择本领域技术人员常用的成纤维生长因子、人表皮生长因子等 可以促进皮肤组织再生修复的生长因子。所述药物可选择本领域常用的消毒剂、抗生素、烧烫伤药、抗栓塞剂等药物，使之 具有相应的辅助治疗作用，其用量可采用本领域常规用量。本发明胶原海绵的制备方法是将胶原蛋白单独或与其它组分共混制成胶原水溶 液，然后密封包装进行辐射交联成胶原水凝胶，再进行冷冻干燥得到胶原海绵。所述胶原水溶液中胶原蛋白的重量百分浓度为0. 2% -10%，优选为0. 75% 1.5%。所述胶原蛋白一般是分子量大于3000的胶原蛋白。所述其它组分包括但不限于水 溶性天然聚多糖、生长因子和药物。在胶原水溶液中，胶原蛋白与水溶性天然聚多糖的比例 为9 1 1 9，优选为8 2 4 6 ；生长因子的含量一般为0.001% 0.02% (重 量)；药物含量根据药物的种类和使用范围而定。所述的辐射交联为采用Y射线、电子束或紫外线进行辐射交联。所述的辐射交联采用Y射线或电子束时，辐照剂量为3 125kGy，优选为3 30kGy。所述的辐射交联为紫外线时，波长为200-400nm，功率为1. 11 135mW/cm2，工作 距离为l_20cm，辐照时间为30分钟 M小时。所述冷冻干燥的温度在-10 -80°C，优选-20 _60°C。如果必要的话，可将多孔胶原海绵粉碎、筛分，得到不同粒径的颗粒状胶原海绵。本发明的胶原海绵，可用作止血敷料、烧创伤敷料、溃疡敷料等。多孔胶原材料也 可以作为组织工程支架，促进细胞增殖、组织修复。在本发明得到的胶原海绵上覆盖具有透 水性的高分子薄膜，形成透水调节层，这种双层结构可用于大面积全层皮肤损伤，作为人工 真皮。本发明得到的胶原海绵也可用于腹壁修复，起到防粘连的作用，在整形外科手术中亦 可作为组织填充物等用途。胶原海绵颗粒可作为栓塞剂用于各种介入治疗，如子宫肌瘤、血 管瘤、动静脉畸形、恶性肿瘤及各种大出血的动脉栓塞治疗等。利用本发明提供的方法得到的胶原海绵没有化学试剂残留，具有更好的生物相容 性和结构均勻性。成纤维细胞在本发明的胶原多孔支架上生长情况良好，2天增殖率大于 100%。
本发明的胶原海绵及其制备方法至少具有下列优点及有益效果(1)本发明采用天然大分子胶原，而且溶剂中没有加入乙酸等有皮肤刺激性的物 质。(2)用水溶性天然聚多糖改性胶原，可以增加胶原海绵的溶胀性能和柔韧性，并可 促进肉芽生长，对其作为敷料应用很关键。(3)用辐射交联技术代替用戊二醛等化学交联技术，可以避免产品的化学试剂残 留毒性，同时起到灭菌的作用。(4)本发明选用的胶原分子量比较大，在低浓度可取得很好的交联效果。(5)用辐射交联技术得到的多孔材料，具有更好的结构均勻性，有利于皮肤组织细 胞的粘附与皮肤组织再生。(6)用辐射技术得到的胶原多孔材料抗酶降解能力和力学强度显著提高，而且可 以通过控制制备工艺进行调节。(7)控制冷冻干燥工艺可调控多孔材料的孔径。(8)该过程的可控性很好，得到产品的结构均勻性也较化学交联法的好，作为生物 医用材料具有独特的优势。
图1是实施例6所制备的胶原海绵的扫描电镜图。
具体实施例方式下面通过实施例进一步详细描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。实施例1将5g含水胶原(含水约98% )与5g水混合，用脱泡搅拌机搅拌均勻，得到固含量 为的水溶液。将水溶液装入试管，脱除气泡，封口后用钴-60γ射线辐照25kGy，得到胶 原水凝胶。将此胶原水凝胶在-60°C冷冻干燥，得到胶原海绵。实施例2将含水胶原(含水约98% )装入试管，脱除气泡，封口后置于波长为2Mnm，功率 为1. 66mff/cm2紫外装置下，工作距离为5cm，辐照4小时，得到胶原水凝胶。将此胶原水凝 胶在_20°C冷冻干燥，得到胶原海绵。实施例3将1克含水胶原(含水约98%)与9g水混合，用脱泡搅拌机搅拌均勻，得到固含 量为0. 2%的水溶液。将水溶液装入试管，脱除气泡，封口后用电子束辐照125kGy，得到胶 原水凝胶。将此胶原水凝胶在-60°C冷冻干燥，得到胶原海绵。实施例4将0. 1克羧甲基纤维素、20克含水胶原(含水约98% )混合，用脱泡搅拌机搅拌 均勻后装入试管，脱除气泡，封口后用钴-60 Y射线辐照50kGy，得到胶原-羧甲基纤维素水 凝胶。将此胶原-羧甲基纤维素水凝胶在-60°C冷冻干燥，得到海绵。实施例5将含水胶原(含水约98%)装入试管，脱除气泡，封口后用钴-60γ射线辐照5kGy，得到胶原水凝胶，测定其压缩模量约30kPa，在0. lmg/ml胶原蛋白酶溶液中，一个小 时的质量损失率约70%。将此胶原水凝胶在_60°C冷冻干燥，得到多孔网状结构的胶原海 绵。实施例6将含水胶原(含水约98%)装入试管，脱除气泡，封口后用钴-60Y射线辐照 15kGy，得到胶原水凝胶，测定其压缩模量约35kPa，在0. lmg/ml胶原蛋白酶溶液中，一个小 时的质量损失率约20%。将此胶原水凝胶在_20°C冷冻干燥，得到多孔网状结构的胶原海 绵，如图1所示。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在 本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因 此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
权利要求
1.一种胶原海绵，不含有化学交联剂，孔隙率在90%以上，是通过对胶原水溶液进行 辐射交联，然后冷冻干燥制备而成。
2.如权利要求1所述的胶原海绵，其特征在于，所述胶原海绵中含有水溶性天然聚多 糖，其中胶原蛋白与水溶性天然聚多糖的重量比为9 1 1 9。
3.如权利要求2所述的胶原海绵，其特征在于，所述水溶性天然聚多糖选自芦荟多糖、 羧甲基壳聚糖、羟丙基壳聚糖、海藻酸钠、海藻酸丙二醇酯、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维 素和羧甲基羟丙基纤维素中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的胶原海绵，其特征在于，所述胶原海绵中含有生长因子和/或药物。
5.一种胶原海绵的制备方法，将胶原蛋白单独或与其它组分共混制成胶原水溶液，然 后密封包装进行辐射交联成胶原水凝胶，再冷冻干燥得到胶原海绵。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述胶原水溶液中胶原蛋白的重量百 分浓度为0. 2% -10%，所述胶原蛋白的分子量大于3000。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述其它组分是水溶性天然聚多糖、 生长因子和/或药物，其中，在胶原水溶液中，胶原蛋白与水溶性天然聚多糖的比例为 9 1 1 9 ；生长因子的重量百分含量为0.001% 0.02%。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述辐射交联为采用γ射线、电子束或 紫外线进行辐射交联。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，采用γ射线或电子束辐射交联的辐 照剂量为3 125kGy ；采用紫外线辐射交联的紫外线波长为200-400nm，功率为1. 11 135mW/cm2，工作距离为l_20cm，辐照时间为30分钟 24小时。
10.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥的温度在-10 -80°C。
全文摘要
本发明公开了一种胶原海绵及其制备方法。该胶原海绵不含有化学交联剂，孔隙率在90％以上，是通过对胶原水溶液进行辐射交联，然后冷冻干燥制备而成，在交联的同时进行了灭菌，避免了制备过程引起的生物安全问题。通过本发明方法制备的胶原海绵没有化学试剂残留，具有更好的生物相容性和结构均匀性，且降解速率和力学强度可调，可用作敷料、组织工程支架、人工组织成分、组织填充物、栓塞剂等生物医用材料。
文档编号A61L15/32GK102068714SQ201110022008
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者张向梅, 许零 申请人:北京大学