专利名称：一种具有生物相容性的细菌纤维素/胶原复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及生物医用领域，尤其是涉及一种具有生物相容性的细菌纤维素/胶原复合材料及其制备方法。
背景技术：
在日常生活中，疾病和意外常常导致人体的器官或组织发生病变与损伤。当病变和损伤不能由人体的自身系统进行修复时，就需要借助外界的医疗手段实现。在探索发展医学工程的过程中，组织工程研究成为当今科研与临床应用的一大热点。组织工程包括人工细胞外基质-支架、细胞以及信息因子三大要素，其中，组织工程支架材料的研究是决定组织工程成败的关键因素。目前，人们已经利用自组装、外置模板、静电纺丝等方法制备出聚乳酸、壳聚糖、聚乙烯醇等众多的高分子组织工程支架材料。与上述合成的生物高分子相t匕，细菌纤维素天然纳米纤维材料越来越受到人们的重视，被认为可以广泛应用到医学领域的仿生纳米纤维组织工程支架材料。细菌纤维素因其具有超精细网状结构、良好的弹性模量和抗张强度、很强的持水能力、良好的透气性能、较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性、以及合成时的可调控性等显著的优点，使其在生物医用领域中具有十分广泛的应用潜力，被广泛应用于人工皮肤、人工血管、硬脑膜、人工软骨和人工角膜等医学方面。通过对BC(细菌纤维素)的研究发现，BC被公认为是性能最好、实用价值也较好的纤维素，近年来关于BC的研究和开发应用成为当今新的微生物合成材料的研究热点之一，在食品、医学、造纸、纺织、环保、能有等各方面具有广泛的应用价值，并已在国内外得到了一定的实际应用。随着研究的深入，可以发现，BC属于多糖类物质，是一种超微超纯的纤维素，与自然界中植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元，具有一定的生物活性，但是与生物活性较好的材料(如壳聚糖、明胶、蚕丝蛋白等)相比，其生物活性还不能满足医学领域的广泛应用。因此，为扩展BC在医学领域的广泛应用，提高改善其生物活性，在使用过程中通常将BC纳米纤维与生物活性大分子复合，获得具有生物活性的复合支架材料。正是基于这一思想，许多研究报道了 BC基生物复合材料的制备及应用情况，如在皮肤辅料领域具有广泛应用的BC/壳聚糖复合材料，在骨修复领域具有应用前景的BC/羟基磷灰石复合材料等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好生物相容性的细菌纤维素/胶原复合材料。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种具有生物相容性的细菌纤维素/胶原复合材料，其特征在于所述复合材料是由细菌纤维素、胶原和京尼平为原料制成，所述细菌纤维素、胶原以及京尼平的质量 比为5_200 O. 1-5 0.1-5。所述细菌纤维素由木醋杆菌发酵制得，然后用碱液和去离子水交替清洗煮沸至乳白色，最后用去离子水洗至中性。所述碱液是质量分数为I %的氢氧化钠溶液。本发明的另一目的在于提供一种具有良好生物相容性的细菌纤维素/胶原复合材料的制备方法，采用的技术方案包括以下步骤(I)取权利要求1所述质量比的细菌纤维素、胶原以及京尼平，将胶原配置成O. 1-5克/升的胶原水溶液，将细菌纤维素置于所述胶原水溶液中，恒温浸泡，得到纤维膜；(2)将京尼平配置成O. 1-5克/升的京尼平水溶液，将步骤(I)中得到的纤维膜取出，放入所述京尼平水溶液中，恒温搅拌；(3)搅拌结束后，用去离子水冲纤维膜，然后置于饱和甘氨酸溶液中浸泡，最后再用去离子水反复冲洗，取出后进行灭菌处理，即得细菌纤维素/胶原复合材料。所述细菌纤维素可以为湿态细菌纤维素或冷冻干燥技术制备的干态细菌纤维素。所述步骤(I)中浸泡温度为低于37°C恒温浸泡，浸泡过程可搅拌，所述浸泡时间需超过2小时。所述步骤⑵中搅拌温度为低于37°C恒温搅拌，所述搅拌时间需超过2小时。本发明具有的优点和积极效果是(I)本发明首次以京尼平为交联剂用于细菌纤维素/胶原复合材料的制备，采用京尼平将胶原进行交联，使胶原包裹在细菌纤维素的每根纤维表面，最终制得细菌纤维素/胶原复合材料。胶原的引入解决 了天然细菌纤维素材料生物活性较低的缺陷，同时保持了精细的微观网络结构，有利于细胞的生长、迁移和繁殖，满足组织工程对支架材料的结构和成分的要求。(2)本发明使用京尼平作为细菌纤维素和胶原的交联剂，京尼平作为天然生物交联剂，其毒性远低于戊二醛和其他常用化学交联剂，生物活性高、安全无毒性。本发明使用的原料易得，安全无毒。本发明在常压下即可完成材料制备，工艺简单，未使用任何有毒药品，安全无毒性。(3)本发明相比于现有的BC/胶原复合材料，具有合成效率高、合成均匀、保留原有BC的结构及性能优势等特点，此外，通过与成纤维细胞的体外培养发现，这种复合材料具有较好的生物相容性。因此，这种在材料微观结构、化学组成、力学性能以及生物活性都具有一定优势的生物复合支架材料将在生物医用领域，如皮肤复合、血管以及骨修复等方面具有很高的临床应用价值。
图1为实施例1制备细菌纤维素/胶原复合材料的红外光谱图。图2为实施例1制备的细菌纤维素/胶原复合材料的扫描电镜照片。图3为实施例1制备的细菌纤维素/胶原复合材料用于成纤维细胞生长的MTT增殖曲线。
具体实施例方式实施例1 :本发明所述细菌纤维素的分泌菌种为木醋杆菌(Acetobacter xylinum, Ax)。Ax为革兰氏阴性，宽O. 6-0. 8 μ m，长1. 0-4. Oym,淡棕色，呈圆形，以单个、成对或链状存在，不透明，菌落突起，表面粗糙，为好氧型，它已被作为细菌纤维素基础和应用研究的模式微生物。1.细菌纤维素的制备将葡萄糖5. O % (w/v)(或甘露醇10 % (w/v))、大豆蛋白胨O. 9 % (w/v)、Na2HP04 · 12H200. 8% (w/v)及柠檬酸O. 5% (w/v)依次加入烧杯中，用醋酸调节pH值至5. 5-7. O范围，115°C高温灭菌半小时后取出，作为木醋杆菌生长的培养基。木醋杆菌菌种接种到上述液体培养基中，充分振荡使菌液均匀，28°C恒温静置培养3天，得到细菌纤维素。用质量分数I %的氢氧化钠溶液与去离子水交替清洗煮沸至乳白色，最后用去离子水洗至中性，此时得到的细菌纤维素为湿态的细菌纤维素。将得到的湿态的细菌纤维素冻干得到干态细菌纤维素2.细菌纤维素/胶原复合材料的制备配制100毫升1. 5克/升的胶原(sigma，美国)水溶液。取5克冻干的细菌纤维素放入胶原水溶液中，室温充分浸泡且搅拌I天，得到纤维膜。将纤维膜取出，放入100毫升I克/升京尼平水溶液中，30°c恒温搅拌24小时。反应结束后，用去离子水冲洗纤维膜，然后置于饱和甘氨酸溶液中浸泡，持续换液直至溶液不再变色后再用去离子反复冲洗，取出后灭菌处理，即得本发明产物具有生物相容性细菌纤维素/胶原复合材料。实施例2 1.细菌纤维素的制备将葡萄糖5. O % (w/v)(或甘露醇10 % (w/v))、大豆蛋白胨O. 9 % (w/v)、Na2HP04 · 12H200. 8% (w/v)及柠檬酸O. 5% (w/v)依次加入烧杯中，用醋酸调节pH值至5. 5-7. O范围，115°C高温灭菌半小时后取出，作为木醋杆菌生长的培养基。木醋杆菌菌种接种到上述液体培养基中，充分振荡使菌液均匀，28°C恒温静置培养3天，得到细菌纤维素。用质量分数I %的氢氧化钠溶液与去离子水交替清洗煮沸至乳白色，最后用去离子水洗至中性，此时得到的细菌纤维素为湿态的细菌纤维素。2.细菌纤维素/胶原复合材料的制备配制100毫升I克/升的胶原(sigma，美国)水溶液,取10克湿态的细菌纤维素放入胶原水溶液中，室温充分浸泡且搅拌I天，得到纤维膜。将纤维膜取出，放入100毫升I克/升京尼平水溶液中，30°C恒温搅拌24小时。反应结束后，用去离子水冲洗纤维膜，然后置于饱和甘氨酸溶液中浸泡，持续换液直至溶液不再变色后再用去离子反复冲洗，取出后灭菌处理，即得本发明产物具有生物相容性细菌纤维素/胶原复合材料。实施例31.细菌纤维素的制备将葡萄糖5. O % (w/v)(或甘露醇10 % (w/v))、大豆蛋白胨O. 9 % (w/v)、Na2HP04 · 12H200. 8% (w/v)及柠檬酸O. 5% (w/v)依次加入烧杯中，用醋酸调节pH值至
5.5-7. O范围，115°C高温灭菌半小时后取出，作为木醋杆菌生长的培养基。木醋杆菌菌种接种到上述液体培养基中，充分振荡使菌液均匀，28°C恒温静置培养3天，得到细菌纤维素。用质量分数I %的氢氧化钠溶液与去离子水交替清洗煮沸至乳白色，最后用去离子水洗至中性，此时得到的细菌纤维素为湿态的细菌纤维素。
2.细菌纤维素/胶原复合材料的制备配制100毫升3. 5克/升的胶原(sigma，美国)水溶液，取200克湿态的细菌纤维素放入胶原水溶液中，室温充分浸泡且搅拌I天，得到纤维膜。将纤维膜取出，放入100毫升3克/升京尼平水溶液中，30°C恒温搅拌24小时。反应结束后，用去离子水冲洗纤维膜，然后置于饱和甘氨酸溶液中浸泡，持续换液直至溶液不再变色后再用去离子反复冲洗，取出后灭菌处理，即得本发明产物具有生物相容性细菌纤维素/胶原复合材料。试验例I对上述复合材料进行红外分析，得到的图谱如图1所示。对上述复合材料进行电镜扫描，得到的照片如图2所示。将上述复合材料应用到小鼠成纤维细胞的体外培养中，将小鼠成纤维细胞接种到上述复合材料中，按照接种浓度为1X105细胞/ml的成纤维细胞，分别培养1、3、5、7天，采用噻唑蓝比色法测试细胞在复合材料上的增殖情况，其增值曲线如图3所示。实验结果由图1所示的复合材料的FTIR图谱可知，材料中分别出现了细菌纤维素和胶原的特征吸收峰，表明胶原成功地引入到细菌纤维素支架中。图2给出了本发明制备的细菌纤维素/胶原复合材料的扫描电镜照片，结果可以看出，在细菌纤维素的纳米纤维中存在胶原包覆层，与图1的FTIR图谱的结果相一致。由图3可知，成纤维细胞在复合材料的支架上保持很好的增殖，在7天的培养周期内，细胞一直保持良好的增 殖速率，说明复合材料有很好的生物活性，适合成纤维细胞的生长于繁殖。以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
权利要求
1.ー种具有生物相容性的细菌纤维素/胶原复合材料，其特征在于所述复合材料是由细菌纤维素、胶原和京尼平为原料制成，所述细菌纤维素、胶原以及京尼平的质量比为5-200 0.1-5 0.1-5。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述细菌纤维素由木醋杆菌发酵制得，然后用碱液和去离子水交替清洗煮沸至乳白色，最后用去离子水洗至中性。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于所述碱液是质量分数为I%的氢氧化钠溶液。
4.一种制备如权利要求1所述的生物相容性的细菌纤维素/胶原复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)取权利要求1所述质量比的细菌纤维素、胶原以及京尼平，将胶原配置成0.1-5克/升的胶原水溶液，将细菌纤维素置于所述胶原水溶液中，恒温浸泡，得到纤维膜； (2)将京尼平配置成0.1-5克/升的京尼平水溶液，将步骤(I)中得到的纤维膜取出，放入所述京尼平水溶液中，恒温搅拌； (3)搅拌结束后，用去离子水冲纤维膜，然后置于饱和甘氨酸溶液中浸泡，最后再用去离子水反复冲洗，取出后进行灭菌处理，即得细菌纤维素/胶原复合材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述细菌纤维素可以为湿态细菌纤维素或冷冻干燥技术制备的干态细菌纤维素。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在干所述步骤⑴中浸泡温度为低于37°C恒温浸泡，浸泡过程可搅拌，所述浸泡时间需超过2小吋。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在干所述步骤⑵中搅拌温度为低于37°C恒温搅拌，所述搅拌时间需超过2小时。
全文摘要
本发明提供一种具有生物相容性的细菌纤维素/胶原复合材料及其制备方法，其特征在于所述复合材料是由细菌纤维素、胶原和京尼平为原料制成，所述细菌纤维素、胶原以及京尼平的质量比为5-200∶0.1-5∶0.1-5。本发明的优点和有益效果为具有合成效率高、合成均匀、保留原有BC的结构及性能优势等特点，此外，通过与成纤维细胞的体外培养发现，这种复合材料具有较好的生物相容性。
文档编号A61L27/24GK103041446SQ20131001016
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月9日 优先权日2013年1月9日
发明者徐俊青, 李丽, 叶建国, 邢胜男, 李秀萍 申请人:中国天辰工程有限公司, 天津天辰绿色能源工程技术研发有限公司