专利名称：胶原-壳聚糖球形多孔颗粒材料及其制备方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医学材料领域，具体涉及一种天然聚合物胶原一壳聚糖球形 多孔颗粒材料及其制备方法。
背景技术：
胶原蛋白或称胶原是由动物细胞合成的一种生物性高分子，广泛存在于动物 的骨、腱、软骨和皮肤及其它结缔组织中，约占哺乳动物总蛋白的约30%，是人 体重要的细胞外基质成份。胶原具有良好的生物学特性，可作为组织的支持物， 对细胞、组织乃至器官行使正常功能并对外伤修复有重大影响。大量的研究结果 表明，胶原的性能可以满足用于作为表皮细胞、成纤维细胞、角膜细胞、软骨细 胞及骨细胞的培养基质。在组织修复中，胶原可参与组织愈合过程并能引导、促 进细胞生长；具有显著引导/诱导组织再生的作用，使创面实现功能性、再生性 的愈合，可广泛应用于软、硬组织损伤的修复，如口腔科、骨科、整形外科、五 官科、神经外科及肌腱断裂和脏器穿孔等的治疗。甲壳素广泛存在于虾、蟹和昆虫等节肢动物的外壳和菌、藻类等低等植物的 细胞壁中，是自然界中最为丰富的生物高分子之一，是一种极为丰富的天然再生 资源。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物，无毒、生物相容性好、可生物降解，近年 来，作为天然医用高分子材料在可吸收手术缝合线、止血材料、伤口包扎材料以 及人造皮肤等方面的研究十分引人注目。同时，壳聚糖也是一种优良的硬组织修 复材料，在骨折可吸收固定材料和骨缺损填充材料方面也得到应用。但是，单纯的胶原或壳聚糖载体从强度和降解速度上都难以满足组织工程细 胞培养的需要，而将胶原和壳聚糖复合后，增加了载体机械强度。另外，胶原中 加入壳聚糖可延迟开始降解的时间，将有利于细胞和新生组织的长入。目前，胶 原一壳聚糖复合材料多以膜的形式用于人工皮肤或伤口敷料。本发明提供了一种 制备胶原一壳聚糖复合材料球形多孔颗粒的方法。发明内容为了解决现有技术制备的多孔颗粒材料球形度不好，粒径不均一的缺点，本 发明提供了一种粒径均一、球形度好的胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料及其制备 方法和使用的装置。本发明的技术方案为一种胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料，所述的胶原一壳 聚糖球形多孔颗粒材料的球形颗粒，粒径为小0.8 4mm，颗粒本体内部为孔径小 于150pm的微孔，微孔之间互通，胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料的孔隙率为 80 95%，颗粒组成质量比为胶原壳聚糖=(1 9): (9 1)。一种制备所述的胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料的制备方法，制备步骤为-第一步，按质量比胶原壳聚糖=(1 9) : (9 1)的比例称取胶原和壳聚糖；第二步，将第一步称取的胶原和壳聚糖加入质量浓度为1 5%的醋酸溶液 中，配制为胶原一壳聚糖的总质量占胶原一壳聚糖醋酸溶液总质量的3 20%的 溶液，搅拌，溶解；第三步，将第二步制备好的胶原-壳聚糖醋酸溶液从加料口加入储料罐，通 过压力表和压力控制阀控制储料罐中的压力为0.08 0.5MPa，以保证胶原-壳聚 糖醋酸溶液从管径为(()0.5 3mm的导液管以10 60滴/min的速度均匀流出。从 导液管流出的胶原-壳聚糖醋酸溶液在管口处长大到约())0.8 4mm的近球形颗粒 后滴落，在下落过程中，由于表面张力的作用形成球状，而后滴入保温容器内的 温度为-(10 20yC的冷凝液中冷凝，形成球形度好、粒径均一的胶原-壳聚糖球 形多孔颗粒材料。根据表面张力公式附g = 2;r i*cr式中m为液滴质量；r为毛细管外半径；O"为表面张力；g为重力加速度。当 胶原-壳聚糖溶液的密度和粘度一定时，在无外界干扰的条件下，该法可以制备 出球形度好、粒径均一的球形颗粒。第四步，将第三步冷凝后的球形颗粒分离、冷冻干燥；将冷冻干燥后的球形 颗粒放入质量浓度为0.25 2.5%的交联剂溶液交联处理3 24h，然后用无水乙 醇清洗，得到胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料。所述的冷凝液为二甲基硅油或植 物油。所述的交联剂为甲醛、戊二醛、乙二醛中的任意一种。制备所述的胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料的装置，所述的装置由储料罐 和保温容器组成，在储料罐顶部设有加料口，在储料罐上还设有压力表，压力表与压力控制阀连接，在储料罐的底部设有导液管，在导液管上设有流量控制阀， 在导液管下方设有保温容器。有益效果本发明制备的胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料(1) 在颗粒本体内部含有大量的互通微孔，形成三维立体网状结构，这种颗 粒具有较高的比表面积，有利于细胞的粘附的组织液的流动；(2) 胶原一壳聚糖颗粒具有均一的粒径分布，不需要筛分处理即可得到具有相同粒径的颗粒材料；根据表面张力公式mg = 2;r/^式中w为液滴质量；r为毛细管外半径；O"为表面张力；g为重力加速度。 当胶原一壳聚糖溶液的密度和粘度一定时，在无外界干扰的条件下，该法可以制 备出球形度好、粒径均一的球形颗粒。(3) 本发明制备的球形颗粒的粒径均一，而相同粒径的球形颗粒材料，充填 后颗粒间空隙率最大，所以本发明制备的胶原-壳聚糖颗粒有利于组织液的流动 和细胞的迁移生长。(4) 可通过改变材料的组成，调节球形颗粒材料的降解速度。
图1为本发明所用到的装置示意图。装置主要由加料口l、压力表2、压力控制阀3、储料罐4、流量控制阀5、 导液管6、冷凝液7和保温容器8组成。图2为胶原-壳聚糖球形多孔颗粒的照片。图3为胶原一壳聚糖球形多孔颗粒的内部孔隙照片。
具体实施例方式
实施例l:(1) 按胶原壳聚糖的质量比为l:9称取胶原和壳聚糖；(2) 将第一步称取的胶原和壳聚糖加入质量浓度为3%的醋酸溶液中，配制成胶原和壳聚糖的质量占整个溶液质量为20%的胶原一壳聚糖醋酸溶液，搅拌， 充分溶解；(3) 如图1所示，将配制好的胶原一壳聚糖醋酸溶液从加料口 1加入储料罐 4，通过压力控制阀和压力表控制储料罐4中的压力为0.08MPa，以保证胶原一 壳聚糖溶液从管径为小0.5mm的导液管6中以10滴/min的速度均匀流出，可以 通过流量控制阀5来控制流速。滴入保温容器8内的冷凝液7中冷凝，冷凝液的 温度为-(10 20)'C，形成球形颗粒，如图2所示，本发明制得的球形颗粒的球形 度相当好，粒径均一；冷凝液为植物油。(4) 冷凝后的微球分离，并在-5。C的温度冷冻干燥处理8h，冷冻干燥后的球 形颗粒先放入质量浓度为0.25%的戊二醛溶液交联处理3h，再用无水乙醇清洗， 得到胶原-壳聚糖球形多孔颗粒材料，如图3所示，粒径为())0.8mm，颗粒本体内 部为孔径小于150pm的微孔，微孔之间互通，为三维网状结构，胶原一壳聚糖 球形多孔颗粒材料的孔隙率为80%。实施例2:(1) 按胶原壳聚糖的质量比为9: 1称取胶原和壳聚糖；(2) 将第一步称取的胶原和壳聚糖加入质量浓度为1%的醋酸溶液中，配制成 胶原和壳聚糖的质量占整个溶液质量为3%的胶原一壳聚糖醋酸溶液，搅拌，充 分溶解；(3) 将配制好的胶原一壳聚糖醋酸溶液从加料口 l加入储料罐4，通过控制 储料罐4中的压力为0.5MPa，以保证胶原一壳聚糖溶液从管径为())3mm的导液 管6中以60滴/min的速度均匀流出，滴入保温容器8内的冷凝液7中冷凝，冷 凝液的温度为-20'C，冷凝液为二甲基硅油，形成球形颗粒；(4) 冷凝后的微球分离，并在-10。C的温度冷冻干燥处理24h，冷冻干燥后的 球形颗粒先放入质量浓度为2.5%的乙二醛溶液交联处理24h，再用无水乙醇清 洗，得到胶原-壳聚糖球形多孔颗粒材料，粒径为())0.8 4mm，颗粒本体内部为 孔径小于150nm的微孔，微孔之间互通，胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料的孔 隙率为95%。实施例3:(1) 按胶原壳聚糖的质量比为5:4称取胶原和壳聚糖；(2) 将第一步称取的胶原和壳聚糖加入质量浓度为5%的醋酸溶液中，配制成胶原和壳聚糖的质量占整个溶液质量为12%的胶原_壳聚糖醋酸溶液，搅拌， 充分溶解；(3) 将配制好的胶原一壳聚糖醋酸溶液从加料口 1加入储料罐4，通过控制 储料罐4中的压力为20.5MPa，以保证胶原一壳聚糖溶液从管径为(()1.5mm的导 液管6中以40滴/min的速度均匀流出，滴入保温容器8内的冷凝液7中冷凝， 冷凝液的温度为-(10 20)t:，形成球形颗粒；冷凝液为二甲基硅油。(4) 冷凝后的微球分离，并在-7'C的温度冷冻干燥处理14h，冷冻干燥后的 球形颗粒先放入质量浓度为1.5。/。的甲醛溶液交联处理18h，再用无水乙醇清洗， 得到胶原-壳聚糖球形多孔颗粒材料，粒径为小1.8mm，颗粒本体内部为孔径小于 150)Lim的微孑L，微孔之间互通，胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料的孔隙率为88%。
权利要求
1.一种胶原-壳聚糖球形多孔颗粒材料，其特征在于所述的胶原-壳聚糖球形多孔颗粒材料的球形颗粒，粒径为φ0.8～4mm，颗粒本体内部为孔径小于150μm的微孔，微孔之间互通，胶原-壳聚糖球形多孔颗粒材料的孔隙率为80～95％，颗粒组成质量比为胶原∶壳聚糖＝(1～9)∶(9～1)。
2. —种制备如权利要求1所述的胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料的制备方法，其 特征在于，制备步骤为第一步，按质量比胶原壳聚糖=(1 9) : (9 1)的比例称取胶原和壳聚糖；第二步，将第一步称取的胶原和壳聚糖加入质量浓度为1 5%的醋酸溶液 中，配制为胶原一壳聚糖的总质量占胶原一壳聚糖醋酸溶液总质量的3 20%的 溶液，搅拌，溶解；第三步，将第二步制备好的胶原一壳聚糖醋酸溶液从管径为())0.5 3mm的管 子，以10 60滴/min的速度均匀流出，滴入温度为-(10 20)'C的冷凝液中冷凝， 形成球形颗粒；第四步，将第三步冷凝后的球形颗粒分离、冷冻干燥；将冷冻干燥后的球形 颗粒放入质量浓度为0.25 2.5%的交联剂溶液交联处理3 24h，然后用无水乙 醇清洗，得到胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料。
3. 如权利要求2所述的胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料的制备方法，其特征在于， 所述的冷凝液为二甲基硅油或植物油。
4. 如权利要求2所述的胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料的制备方法，其特征在于， 所述的交联剂为甲醛、戊二醛、乙二醛中的任意一种。
5. 制备如权利要求1所述的胶原一壳聚糖球形多孔颗粒材料的装置，其特征在于， 所述的装置由储料罐(4)和保温容器(8)组成，在储料罐(4)顶部设有加料 口 (1)，在储料罐(4)上还设有压力表(2)，压力表(2)与压力控制阀(3) 连接，在储料罐(4)的底部设有导液管(6)，在导液管(6)上设有流量控制 阀(5)，在导液管下方设有保温容器(8)。
全文摘要
本发明涉及一种胶原-壳聚糖球形多孔颗粒材料及其制备方法和设备。制备步骤为第一步，按质量比胶原∶壳聚糖＝(1～9)∶(9～1)的比例称取胶原和壳聚糖；第二步，配制胶原-壳聚糖醋酸溶液；第三步，将溶液从加料口加入储料罐，控制压力为0.08～0.5MPa，以10～60滴/min的速度均匀流出。而后滴入保温容器内的温度为-(10～20)℃的冷凝液中冷凝，形成球形度好、粒径均一的胶原-壳聚糖球形多孔颗粒材料。第四步，分离、冷冻干燥；将冷冻干燥交联处理3～24h，然后清洗，得到胶原-壳聚糖球形多孔颗粒材料。这种球形颗粒材料具有均一的粒径分布，内部含有大量的互通微孔，具有较高的比表面积，可在组织修复和药物缓释中得到应用。
文档编号A61K6/08GK101401972SQ20081023507
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年11月7日
发明者储成林, 林萍华, 浦跃朴, 盛晓波, 董寅生, 超 郭 申请人:东南大学