CN102068714A - 一种胶原海绵及其制备方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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100-150℃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℃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、结构均匀性好。

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、结构均匀性更好、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γ射线、电子束或紫外线进行辐射交联。

所述的辐射交联采用γ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1-20cm，辐照时间为30分钟～24小时。

所述冷冻干燥的温度在-10～-80℃，优选-20～-60℃。

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匀性。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，具有更好的结构均匀性，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，得到产品的结构均匀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。

附图说明

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匀，得到固含量为1％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℃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254nm，功率为1.66mW/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℃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匀，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℃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匀后装入试管，脱除气泡，封口后用钴-60γ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℃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0.1mg/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℃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-60γ射线辐照15kGy，得到胶原水凝胶，测定其压缩模量约35kPa，在0.1mg/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℃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。

Claims (10)

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1-20cm，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℃。