专利名称：一种颗粒化高分子膜及制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种颗粒化高分子膜及制备方法，特别是涉及一种颗粒化高分子膜在组织工程领域中作为一种新的培养细胞的膜基质的运用。
背景技术：
在组织工程领域中，生物材料是组织工程化的最基本构架，是组织工程研究必不可少的物质基础。研究表明，理想的生物材料应该具有以下特点:1)具有良好生物相容性；
2)良好的生物机械性能；3)合适的生物降解性；4)特殊的材料微观结构。其中，材料特殊的微观结构在整个组织过程中具有举足轻重的地位，合理的特殊的材料微观结构能有利于细胞的粘附和增殖，过于光滑或过于粗糙的表面都不利于细胞的粘附。大量的研究表明，未经处理的高分子膜片常为光滑的表面，在体外细胞培养中的意义不大。所以，在原本光滑的高分子膜表面进行加工使其变得粗糙并设计出特殊的形貌受到广泛关注。现有的主要的加工方法如下:I)盐析制孔法，将不能溶解在有机溶剂的盐类颗粒(如氯化钠等)与溶解的材料的有机相一起混合，待有机溶剂挥发后，将膜片放置在纯水中，盐类颗粒溶解后留下相同大小的孔状结构。这种方法操作简单，但制备时间过长，一般为1-2周。2)激光蚀刻法，利用激光蚀刻技术将高分子膜片光滑的表面蚀刻成设计好的微观形貌。所制备的微观形貌规则精确，但成本昂贵，不利于大规模生产。3)模具印压法， 将有规则表面形貌的模具贴附在高分子膜片表面，在一定温度下印压出互补对应的微观形貌，这种方法操作简单，但难以控制，常出现纹印不均的现象。总体少说上述方法可归结为“开凿制孔”的方法，也就是在膜片的表面向内部“开凿”出规则的凹形孔洞。这一大类方法都存在制备时间过长或成本昂贵的问题。所以需要一种制备时间更短，操作更简单，成本更廉价的高分子膜表面加工的方法，代替或改良上述“开凿制孔”的加工的方法。
发明内容
本发明公开一种新型颗粒化高分子膜作为一种新的有利于细胞粘附和增殖的生物材料基质，运用于医学组织工程和临床研究。本发明设想将高分子颗粒镶嵌到光滑的高分子膜片表面，使膜的表面粗糙。颗粒化高分子膜所用的材料为生物可以吸收的，具有粗糙的表面形貌，表面镶嵌着有粒径大小相同的颗粒，颗粒的大小和颗粒间的距离可以调节，颗粒的大小为50nm-3 μ m，颗粒间的距离为100nm-25ym。其特殊的颗粒镶嵌在高分子膜的结构，具有良好的生物相容性，有利于细胞的粘附和增殖。本发明提供一种颗粒化高分子膜，其特征在于，所述颗粒化高分子膜由高分子颗粒和高分子膜两部分组成，高分子颗粒镶嵌到光滑的高分子膜片表面，具有了粗糙的表面形貌，有利于细胞的粘附和增殖；表面的颗粒大小为50nm-3 μ m，颗粒间的距离为100nm-25 μ m。所述高分子膜由聚乳酸、聚3-羟基丁酸酯、聚乳酸-乙醇酸中的一种或其组合制备，优先选择聚乳酸、聚乳酸-乙醇酸中的一种或其组合。所述的高分子颗粒由聚乳酸、聚3-羟基丁酸酯、聚乳酸-乙醇酸、聚己内酯，聚(乳酸-乙烯酸)中的一种或其组合制备，优先选择聚乳酸、聚(乳酸-乙烯酸)、聚3-羟基丁酸酯中的一种或其组合。本发明提供一种颗粒化高分子膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤:(I)高分子颗粒的制备:材料溶于有机溶剂A中，冷凝回流使之完全溶解，形成有机相；稳定剂溶于水中，形成水相；有机相和水相二者混合，并经匀浆或超声处理，形成乳化液；乳化液倒入旋转蒸发仪处理除去二氯甲烷；反复离心和重悬洗去残余的聚乙烯醇，得到高分子颗粒的悬浮液；(2)高分子膜的制备:生物可降解高分子材料溶于有机溶剂B中，冷凝回流使之完全溶解，形成有机相；将上述有机相倒入干净的玻璃培养皿中，常温挥发，再冷冻干燥处理，得到高分子膜片；(3)颗粒镶嵌于膜:将颗粒用纯水稀释，悬浮液均匀地涂抹在高分子膜片上；自然风干，放入烘箱中加热；自然冷却至室温，即可得到颗粒化高分子膜。步骤(I)所述稳定剂为聚乙二醇水溶液、聚乙烯醇水溶液中的一种或其组合，浓度为0.05-4.00g/100ml ;所述有机溶剂A为氯仿，二氯甲烷中的一种或其组合，材料在有机溶剂A中的浓度为2.5-15% (g/100ml);所述乳化液，其有机相和水相二者混合时的体积比为 1: 20 1: 40。步骤(I)所述匀浆处理为1000-1500转/分钟，工作总时间为1_3分钟；所述超声处理为100-400W，工作总时间为5-30分钟。步骤(2)所述有机溶剂B为氯仿，二氯甲烷，乙酸乙酯，1，4_ 二氧六环中的一种或其组合；材料在有机溶剂B中的浓度为0.2-5.0% (g/100ml)。步骤(2)所述烘箱的温度为40_80°C，加热处理的时间为5-60分钟。本发明提供一种颗粒化高分子膜作为组织工程中一种细胞粘附和增殖的生物材料基质的应用。本发明所用的材料为生物可以吸收的，表面镶嵌着有粒径大小相同的颗粒，使其具有粗糙的表面形貌；其中颗粒的大小和颗粒间的距离可以调节以适应不同细胞的需求。将颗粒化膜与相同材料光滑的膜种植小鼠成纤维细胞L929和小鼠胚胎成纤维细胞NIH3T3进行生物学评估，发现其特殊的颗粒镶嵌在高分子膜的结构表现出具有更好的生物相容性，有利于细胞的粘附和增殖。本发明 提供的颗粒化膜的制备工艺操作简单，无需特殊的大型仪器，成本低廉，有利于在技术推广。
图1为本发明制备的生物可降解的颗粒化高分子膜的电子扫描电镜照片。图2为本发明制备的生物可降解的颗粒化高分子膜种植了细胞的电子扫描电镜照片。
具体实施例方式实施例1:微米级聚乳酸颗粒的制备。称取2g聚乳酸溶于20ml 二氯甲烷中，高温冷凝回流溶解I小时至完全溶解，形成有机相。称取0.1g聚乙烯醇溶解于IOOOml水中，高温溶解I小时至完全溶解，形成水相。取出上述有机相5ml和水相150ml置于干燥的250ml型的烧杯中，随后进行1000转/分钟匀浆处理I分钟，形成乳化液。立刻将乳化液倒入旋转蒸发仪处理除去二氯甲烷。经粒径分析仪检测，所制备的颗粒为2.52 μ m的微米级的聚乳酸颗粒。实施例2:微米级聚3-羟基丁酸酯颗粒的制备。称取3g聚3-羟基丁酸酯溶于20ml 二氯甲烷/氯仿(体积比为80: 20)中，高温冷凝回流溶解I小时至完全溶解，形成有机相。称取30g聚乙烯醇溶解于IOOOml水中，高温溶解I小时至完全溶解，形成水相。取出上述有机相5ml和水相IOOml置于干燥的250ml型的烧杯中，随后进行1500转/分钟匀浆处理3分钟，形成乳化液。立刻将乳化液倒入旋转蒸发仪处理除去二氯甲烷。\经粒径分析仪 检测，所制备的颗粒的粒径为2.98 μ m。实施例3:纳米级的聚乳酸颗粒的制备。称取Ig聚乳酸溶于20ml 二氯甲烷中，高温冷凝回流溶解I小时至完全溶解，形成有机相。称取40g聚乙烯醇溶解于IOOOml水中，高温溶解I小时至完全溶解，形成水相。取出上述有机相5ml和水相200ml置于干燥的250ml型的烧杯中，随后进行超声(功率100W，工作总时间30分钟)处理，形成乳化液。立刻将乳化液倒入旋转蒸发仪处理除去二氯甲烷。经粒径分析仪检测，所制备的颗粒的粒径为880nm。实施例4:纳米级的聚3-羟基丁酸酯颗粒的制备。称取0.5g聚3-羟基丁酸酯溶于20ml氯仿中，高温冷凝回流溶解I小时至完全溶解，形成有机相。称取38g聚乙烯醇和2g聚乙二醇的溶解于IOOOml水中，高温溶解I小时至完全溶解，形成水相。取出上述有机相5ml和水相150ml置于干燥的250ml型的烧杯中，随后进行超声(功率400W，工作总时间5分钟)处理，形成乳化液。立刻将乳化液倒入旋转蒸发仪处理除去二氯甲烷。经粒径分析仪检测，所制备的颗粒的粒径为420nm。实施例5:纳米级的聚(乳酸-乙烯酸)颗粒的制备。
称取Ig聚(乳酸-乙烯酸)溶于20ml 二氯甲烷中，高温冷凝回流溶解I小时至完全溶解，形成有机相。称取35g聚乙烯醇和5g的聚乙二醇溶解于IOOOml水中，高温溶解I小时至完全溶解，形成水相。取出上述有机相5ml和水相IOOml置于干燥的250ml型的烧杯中，随后进行超声(功率150W，工作总时间15分钟)处理，形成乳化液。立刻将乳化液倒入旋转蒸发仪处理除去二氯甲烷。经粒径分析仪检测，所制备的颗粒的粒径为403nm。实施例6:纳米级的聚己内酯颗粒的制备。称取Ig聚己内酯溶于20ml 二氯甲烷中，高温冷凝回流溶解I小时至完全溶解，形成有机相。称取20g聚乙烯醇溶解于IOOOml水中，高温溶解I小时至完全溶解，形成水相。取出上述有机相5ml和水相IOOml置于干燥的250ml型的烧杯中，随后进行超声(功率150W，工作总时间20分钟)处理，形成乳化液。立刻将乳化液倒入旋转蒸发仪处理除去
二氯甲烷。经粒径分析仪检测，所制备的颗粒的粒径为211nm。实施例7:聚乳酸和聚乳酸-乙醇酸膜的制备。称取Ig的聚乳酸分别溶于20ml、100ml和500ml的氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯/ 二氯甲烷(体积比为20: 80)的混合液、I，4-二氧六环/氯仿(体积比为5: 95)的混合液中，高温冷凝回流溶解I小时至完全溶解，形成有机相。将上述有机相倒入干净的玻璃培养皿中，20°C常温挥发。48小时，将样品进行冷冻干燥处理，24小时后，均可得到光滑的的聚乳酸膜片。称取Ig的聚乳酸-乙醇酸分别溶于20ml、50ml和IOOml的氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯/氯仿(体积比为10: 90)的混合液、I，4-二氧六环/氯仿(体积比为5: 95)的混合液中，高温冷凝回流溶解I小时至完全溶解，形成有机相。将上述有机相倒入干净的玻璃培养皿中，20°C常温挥发。48小时，将样品进行冷冻干燥处理，24小时后，均可得到光滑的聚乳酸-乙醇酸膜片。实施例8:将实施例7中所制备的聚乳酸膜片平铺在干净的玻璃板上。将实施例2中制备的纳米级的聚乳酸颗粒稀释到0.5mg/ml的浓度，适度超声后，均匀地涂抹在聚乳酸膜片上。自然风干24小时，放入70°C烘箱中加热20分钟。取出后自然冷却至室温。即可得到颗粒化闻分子膜。通过扫描电子显微镜观察并测量颗粒间的距离，统计1000个数据取平均值。颗粒化高分子膜为镶嵌了平均粒径为200nm的聚乳酸颗粒，聚乳酸颗粒之间的平均间距为4.67 μ m。实施例9:将实施例7中所制备的聚乳酸膜片平铺在干净的玻璃板上。将实施例2中制备的纳米级的聚乳酸颗粒稀释到4mg/ml的 浓度，适度超声后，均匀地涂抹在聚乳酸膜片上。自然风干24小时，放入70°C烘箱中加热20分钟。取出后自然冷却至室温。即可得到颗粒化高分子膜。
通过扫描电子显微镜观察并测量颗粒间的距离，统计1000个数据取平均值。颗粒化高分子膜为镶嵌了平均粒径为200nm的聚乳酸颗粒，聚乳酸颗粒之间的平均间距为0.67 μ m。实施例10:将实施例8中所制备的颗粒化高分子膜和实施例7中所制备的光滑的膜(对照组)用于细胞相关实验。将颗粒化高分子膜分别剪成24孔板大小相当圆形。75%乙醇浸泡12小时灭菌，I倍的磷酸缓冲溶液溶液洗去残余的乙醇，细胞培养基浸泡6小时，每个孔中加入1.0X IO4个小鼠成纤维细胞L929。在37°C，5.0%二氧化碳细胞培养箱中分别培养I天，4天和7天。用CCK-8细胞活性试剂盒(天根，中国)进行细胞活性测试，在450nm波长的滤光片下的吸光值反应了细胞总活性，当吸光值越大，总活性越大；当吸光值越小，总活性越小，吸光值随时间增长，说明细胞在增殖。结果如表I所示:表1.颗粒化高分子膜上种植的细胞活性测试(450nm的吸光值)
权利要求
1.一种颗粒化高分子膜，其特征在于，所述颗粒化高分子膜由高分子颗粒和高分子膜两部分组成，高分子颗粒镶嵌到光滑的高分子膜片表面，具有了粗糙的表面形貌，有利于细胞的粘附和增殖；表面的颗粒大小为50nm-3 μ m,颗粒间的距离为100nm_25 μ m。
2.根据权利要求1所述一种颗粒化高分子膜，其特征在于，所述高分子膜由聚乳酸、聚3-羟基丁酸酯、聚乳酸-乙醇酸中的一种或其组合制备，优先选择聚乳酸、聚乳酸-乙醇酸中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述一种颗粒化高分子膜，其特征在于，所述的高分子颗粒由聚乳酸、聚3-羟基丁酸酯、聚乳酸-乙醇酸、聚己内酯，聚(乳酸-乙烯酸)中的一种或其组合制备，优先选择聚乳酸、聚(乳酸-乙烯酸)、聚3-羟基丁酸酯中的一种或其组合。
4.根据权利要求1，或2，或3所述一种颗粒化高分子膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤: (1)高分子颗粒的制备: 材料溶于有机溶剂A中，冷凝回流使之完全溶解，形成有机相； 稳定剂溶于水中，形成水相； 有机相和水相二者混合，并经匀浆或超声处理，形成乳化液； 乳化液倒入旋转蒸发仪处理除去二氯甲烷； 反复离心和重悬洗去残余的聚乙烯醇，得到高分子颗粒的悬浮液； (2)高分子膜的制备: 生物可降解高分子材料溶于有机溶剂B中，冷凝回流使之完全溶解，形成有机相； 将上述有机相倒入干净的玻璃培养皿中，常温挥发，再冷冻干燥处理，得到高分子膜片; (3)颗粒镶嵌于膜: 将颗粒用纯水稀释，悬浮液均匀地涂抹在高分子膜片上； 自然风干，放入烘箱中加热； 自然冷却至室温，即可得到颗粒化高分子膜。
5.根据权利要求4所述一种颗粒化高分子膜的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述稳定剂为聚乙二醇水溶液、聚乙烯醇水溶液中的一种或其组合，浓度为0.05-4.00g/100ml ;所述有机溶剂A为氯仿，二氯甲烷中的一种或其组合，材料在有机溶剂A中的浓度为2.5-15%(g/100ml);所述乳化液，其有机相和水相二者混合时的体积比为1: 20 1: 40。
6.根据权利要求4所述一种颗粒化高分子膜的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述匀浆处理为1000-1500转/分钟，工作总时间为1-3分钟；所述超声处理为100-400W，工作总时间为5-30分钟。
7.根据权利要求4所述一种颗粒化高分子膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述有机溶剂B为氯仿，二氯甲烷，乙酸乙酯，1，4_ 二氧六环中的一种或其组合；材料在有机溶剂B中的浓度为 0.2-5.0% (g/100ml)。
8.根据权利要求4所述一种颗粒化高分子膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述烘箱的温度为40-80°C，加热处理的时间为5-60分钟。
9.根据权利要求1所述一种颗粒化高分子膜作为组织工程中一种细胞粘附和增殖的生物材料基质的应用。
全文摘要
本发明涉及一种颗粒化高分子膜，其特征在于，所述颗粒化高分子膜由高分子颗粒和高分子膜两部分组成，高分子颗粒镶嵌到光滑的高分子膜片表面，具有了粗糙的表面形貌，有利于细胞的粘附和增殖；表面的颗粒大小为50nm-3μm，颗粒间的距离为100nm-25μm。本发明还涉及该颗粒化高分子膜得制备方法。本工艺操作简单，成本低廉，所制备的颗粒化高分子膜为生物可降解材料，表面可镶嵌不同材料、不同大小、不同间距的纳米颗粒或微米颗粒。用于组织工程中细胞的培养，和传统光滑的高分子膜相比较，具有更好地生物相容性，有利于细胞的粘附和增殖。
文档编号C08L67/04GK103239757SQ201110436868
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月7日 优先权日2012年2月7日
发明者魏岱旭, 钟建, 闫志强, 何丹农 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司