一种具有弹性的多孔壳聚糖海绵的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有弹性的多孔壳聚糖海绵的制备方法，包括以下步骤：将脂肪醛溶于无水乙醇中，配成交联剂溶液，然后把空白壳聚糖海绵浸泡在交联剂溶液中，交联反应后取出壳聚糖海绵，用无水乙醇反复清洗数次，将表面残余的交联剂清洗干净，室温下自然风干，即得到具有弹性的多孔壳聚糖海绵。本发明方法具有如下的有益结果：避免了泡碱后壳聚糖海绵发生塌陷、体积缩小的缺点，同时也避免产生大量的废水污染；保证了海绵在人体内的生物安全性；本发明方法提供的多孔壳聚糖海绵具有弹性，这种特性使其在组织工程多孔支架领域具有广阔应用前景。
【专利说明】一种具有弹性的多孔壳聚糖海绵的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有弹性的多孔壳聚糖海绵的制备方法，属于生物医用材料、组 织工程材料制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 壳聚糖（chitosan)是由自然界广泛存在的几丁质（chitin)经过脱乙酰化作用得 到的，化学名称为聚葡萄糖胺（1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖。自1859年，法国人Rouget首先 得到壳聚糖后,这种天然高分子材料的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、生物降 解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回 收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展，特别是在组织工程多孔 支架材料领域也得到了广泛的应用。理想的支架材料应当具有以下特征：（1)有良好的生 物相容性，无明显炎症反应、免疫反应和细胞毒性。（2)材料与组织细胞间有良好的界面关 系，有利于细胞的黏附、铺展和繁殖等功能。（3)材料便于加工成为在分子水平、宏观水平 上理想的二维、三维空间结构，在移植后能保持原来的形态，且具有生物可降解性和适宜的 降解速率，即在体外以及植入体内后的降解和吸收速度与细胞组织生长的速度相匹配。（4) 材料可为生长因子的储存和释放及细胞的锚定提供适当的三维位点。（5)具有组织器官所 要求的生物力学强度，材料不会在患者活动中塌陷、撕裂、破溃。壳聚糖可生物降解、生物相 容性好、无刺激性、无免疫原性、无热原反应、具有抗菌活性及无毒副作用，成本低廉，且冻 干法制备的壳聚糖海绵具有一定的生物力学强度，是制备组织工程多孔支架材料的良好的 生物高分子材料。
[0003] 通过冷冻干燥法制备而成的壳聚糖水凝胶或海绵，广泛的应用于医用敷料和组织 工程领域中。传统的壳聚糖海绵需经历二次冷冻干燥过程，这主要是因为壳聚糖在第一次 冷冻干燥后还残留稀醋酸溶剂，需要用碱液中和后进行第二次冷冻干燥，否则得到的壳聚 糖海绵在水中会部分溶解。但泡碱后壳聚糖海绵容易发生塌陷，体积缩小，影响了壳聚糖海 绵的多孔性，且这种海绵不具有弹性。如中国专利CN101979104A报道了一种多孔壳聚糖 海绵支架，制作方法是将壳聚糖醋酸溶液预冻后进行冷冻干燥，再加入碱液NaOH做水化处 理，然后进行第二次冷冻干燥得到多孔壳聚糖海绵。进行NaOH水化处理不仅会对环境造成 污染，还会导致壳聚糖海绵发生塌陷，体积缩小，影响其多孔性。
[0004] 为了提高壳聚糖海绵的多孔性，有文献采用在壳聚糖溶液中直接添加交联剂的方 法。如 Mao 等（Chinese Journal Biomedical Engineering, 2001，10(2) :66-69)用戊二 醛交联壳聚糖和明胶的酸性水溶液得到壳聚糖-明胶复合聚合物水凝胶，利用其中的水作 为致孔剂，通过控制预冻过程的传热模式制备出多孔海绵支架。该方法在制备过程中加 入了有毒性的戊二醛作交联剂，因此这种多孔支架在临床应用上受到了限制。中国专利 CN102504328A报道了一种以壳聚糖为原料，正戊醇和水作为致孔剂，戊二醛作交联剂，采 用微波炉对其进行微波辐射处理，利用微波辐射产生热效应使壳聚糖多孔支架发生交联， 最终得到壳聚糖多孔支架。其制备过程较繁琐，同时也加入了有毒性的戊二醛作交联剂。 C. Wischke 等（Journal of Materials Chemistry B, 2014, 21 (2) :3315-3323)在制作壳聚 糖海绵支架时加入了 3%的京尼平作为交联剂，通过二次冷冻干燥方法制备了在水合作用 下具有形状记忆功能的壳聚糖海绵支架。该方法所选用的交联剂京尼平价格昂贵，所得到 的样品只有在水合作用下才具有形状恢复的功能，应用较窄。到目前为止，还未见有关于具 有弹性的多孔壳聚糖海绵的报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的是解决目前壳聚糖海绵不具有弹性的技术难题，提供一种具有 弹性的多孔壳聚糖海绵的制备方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题采用如下技术方案：一种具有弹性的多孔壳聚糖海绵的 制备方法，包括以下步骤：将脂肪醛溶于无水乙醇中，配成0. 015?0. 2mol/L的交联剂溶 液，然后把空白壳聚糖海绵浸泡在交联剂溶液中，交联反应后取出壳聚糖海绵，用无水乙醇 反复清洗数次，将表面残余的交联剂清洗干净，室温下自然风干，即得到具有弹性的多孔壳 聚糖海绵。
[0007] 按上述方案，空白壳聚糖海绵的制备方法：将壳聚糖粉末溶解在1% (v/v)的醋酸 溶液中，制备得到1.0%?3.0% (w/v)的壳聚糖醋酸溶液（即每IOOmL浓度为1%的醋酸 溶液中，溶解有I. 〇?3. Og的壳聚糖），然后倒入模具中，进行预冷冻、冷冻干燥即得空白的 壳聚糖海绵。
[0008] 按上述方案，所述的壳聚糖粉末脱乙酰度为70 %?100%，粘度为100? 200cp · s。
[0009] 按上述方案，所述的脂肪醛为十二醛、十四醛、十六醛和十八醛中的任意一种。
[0010] 按上述方案，所述的交联反应条件是在60?80°C下浸泡4?18h。
[0011] 按上述方案，所述预冷冻的温度为_18°C以下；冷冻干燥机的参数为：冷阱温度 <-52°C，真空度<10Pa，冻干时间为16?24h。
[0012] 本发明的机理是：壳聚糖大分子链上分布着许多羟基、氨基，它们会形成各种分子 内和分子间的氢键，正是因为这些氢键的存在，才形成了壳聚糖大分子的二级结构。壳聚糖 的三级结构就是指重复顺序的一级结构和非共价相互作用造成的有序的二级结构导致空 间有规则的形成了三维网状结构。本发明旨在向壳聚糖中添加无毒副作用的直链饱和脂肪 醛类交联剂，通过醛基与壳聚糖分子中的氨基发生希夫碱反应，在壳聚糖链上引入直链烷 烃，削弱壳聚糖的分子间氢键，增加壳聚糖分子链的间距，改变了原有单纯壳聚糖的三维网 状结构，从而使得壳聚糖海绵孔隙率增加，且具有弹性。本发明方法中壳聚糖与直链饱和 脂肪醛的交联反应方程式如下式所示：
[0013]
【权利要求】
1. 一种具有弹性的多孔壳聚糖海绵的制备方法，包括以下步骤：将脂肪醛溶于无水乙 醇中，配成0. 015?0. 2mol/L的交联剂溶液，然后把空白壳聚糖海绵浸泡在交联剂溶液中， 交联反应后取出壳聚糖海绵，用无水乙醇反复清洗数次，将表面残余的交联剂清洗干净，室 温下自然风干，即得到具有弹性的多孔壳聚糖海绵。
2. 根据权利要求1所述的具有弹性的多孔壳聚糖海绵的制备方法，其特征在于，空白 壳聚糖海绵的制备方法：将壳聚糖粉末溶解在1% (v/v)的醋酸溶液中，制备得到1.0%? 3.0% (w/v)的壳聚糖醋酸溶液，然后倒入模具中，进行预冷冻、冷冻干燥即得空白的壳聚 糖海绵。
3. 根据权利要求2所述的具有弹性的多孔壳聚糖海绵的制备方法，其特征在于，所述 的壳聚糖粉末脱乙酰度为70%?100%，粘度为100?200cp · s。
4. 根据权利要求1所述的具有弹性的多孔壳聚糖海绵的制备方法，其特征在于，所述 的脂肪醛为十二醛、十四醛、十六醛和十八醛中的任意一种。
5. 根据权利要求1所述的具有弹性的多孔壳聚糖海绵的制备方法，其特征在于，所述 的交联反应条件是在60?80°C下浸泡4?18h。
6. 根据权利要求1所述的具有弹性的多孔壳聚糖海绵的制备方法，其特征在于，所述 预冷冻的温度为_18°C以下；冷冻干燥机的参数为：冷阱温度<_52°C，真空度<10Pa，冻干时 间为16?24h。
【文档编号】A61L27/56GK104288841SQ201410482241
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】陈嵘, 高婧婷, 杨浩, 吕中 申请人:武汉工程大学