CN105079875A - 一种胸膜/脑膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胸膜/脑膜及其制备方法，该制备方法包括步骤：S1、将鱿鱼软骨壳聚糖溶解成胶液，其中，鱿鱼软骨壳聚糖的脱乙酰度大于60％、分子量大于0.5×106；S2、对胶液涂膜，得到所述胸膜/脑膜。通过本方法制备的胸膜/脑膜补片能有效地促进人体自身胸膜及硬脑膜的再生修复，并最终在体内被降解吸收，具有较高的临床应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及生物材料技术领域，特别涉及一种胸膜/脑膜及其制备方法。
背景技术
硬脑膜和胸膜分别是大脑与颅骨、胸壁内面与膈上面和肺表面之间重要的功能性膜组织，具有相似的生物学特征和功能。硬脑膜和胸膜缺损主要来自肿瘤切除、外伤、炎症、病毒感染及放射性损伤等原因。硬脑膜修复不当，常引起脑脊液外漏、脑膜组织粘连及脑组织瘢痕的形成，严重者会导致癫痫；而胸壁缺损不仅会影响外观，还伴有不同程度的胸廓内脏器损伤，且面积较大的胸壁缺损往往造成反常呼吸，干扰正常的呼吸循环功能，甚至导致死亡。故研究理想的硬脑膜/胸膜修复材料以满足临床需要一直是脑外科和胸心外科关注的问题。
胸膜和硬脑膜替代材料依次经历了自体材料、异体材料、生物材料及人工合成材料四个过程，但都存在优缺点。在国内专利《一种硬脑/脊膜生物补片材料及其制备方法》(申请号201410373258.6)中，以牛的膜组织为材料，并将该材料顺次置于表面活性剂溶液、碱液、过氧化物溶液、质量百分比浓度为1-5％的缩水甘油醚类环氧交联剂溶液以及磷酸缓冲液中浸泡，经干燥辐射后得硬脑膜补片材料，该类材料容易导致粘连，且不易保存及消毒，甚至可能发生免疫反应。在国内专利《脂肪族聚酯-壳聚糖复合纤维组织修复支架的制备方法》(申请号200810051315)中，公开了壳聚糖(Chitosan)作为甲壳素的部分脱乙酰基产物，有着与粘多糖(GAG)相似的化学结构，并且有许多适用于组织工程支架材料的优良性质。然而，同其它天然大分子一样，壳聚糖在支撑组织细胞方面的力学性能不好。随着天然大分子与合成聚酯复合材料逐步用在组织工程中，壳聚糖与力学性能良好的合成聚酯的混合可以有效的改善材料的力学性能。美中不足的是此法牺牲了许多壳聚糖上的氨基和羟基，而这些基团正是细胞粘附性得以提高的活性基团。在国内专利《一种用于神经再生与硬脑膜修复的三维补片及制备方法》(申请号201310230908.7)中，提出三维结构的补片修复人体硬脑膜，其支撑层由高模量、高强度及良好形状保持能力的再生细菌纤维素编织而成，中间层由强化抗菌壳聚糖膜组成，最外层由具有强保湿型、透水性及透气性质的抗黏附交联玻璃酸钠组成；补片编织结构存在的空隙能够吞噬引起感染的细菌，该材料制备较为复杂，成本极高。在国内专利《一种复合人工硬脑膜及其制备方法》(申请号201410627515.4)中，提出将壳聚糖与乙烯基硅橡胶、羟基硅油、聚乙二醇、气象法白炭黑、硫化剂双-25、聚乳酸、磷酸三钙和聚四氟乙烯混合后高温溶解，制备的混炼胶再与汽油混合制成浆液，纺丝并经编针织网后硫化得人工硬脑膜，该材料力学性质较佳，但其生物相容性较差，且不可吸收。
发明内容
本发明目的在于提出一种胸膜/脑膜及其制备方法，以解决上述现有技术存在的制备工艺复杂、生物相容性与力学性能无法兼得的技术问题。
为此，本发明提出的一种胸膜/脑膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将鱿鱼软骨壳聚糖溶解成胶液；其中，所述鱿鱼软骨壳聚糖的脱乙酰度大于60％、分子量大于0.5×106；
S2、对所述胶液涂膜，得到所述胸膜/脑膜。
优选地，步骤S2中所述涂膜为旋转涂膜。
优选地，所述旋转涂膜的转速为2000～3000rad/min，时间为9～12s。
优选地，步骤S1中按固液比1.0:100～5.0:100g/ml的比例，将所述鱿鱼软骨壳聚糖溶解于溶剂中得到所述胶液。
优选地，所述溶剂为质量百分比浓度2％的醋酸。
优选地，步骤S2中对所述胶液涂膜前还包括对所述胶液过滤、脱泡。
优选地，步骤S1中所述鱿鱼软骨壳聚糖的制备包括如下步骤：
S11、按固液比5.0:100～25:100g/ml的比例，将鱿鱼软骨β-甲壳素溶解于质量百分比浓度30％～40％的NaOH溶液中，在50～80℃下搅拌1～6h后过滤，得到第一滤渣；
S12、对所述第一滤渣洗涤至中性后干燥，得到第一鱿鱼软骨壳聚糖，作为步骤S1的鱿鱼软骨壳聚糖。
优选地，在步骤S12之后还包括如下步骤：
S13、将步骤S12得到的所述第一鱿鱼软骨壳聚糖作为第一中间产物，按固液比5.0:100～25:100g/ml的比例，将所述第一中间产物溶解于质量百分比浓度30％～40％的NaOH溶液中，在50～80℃下搅拌1～6h后过滤，得到第二滤渣；
S14、对所述第二滤渣洗涤至中性后干燥，得到与所述第一中间产物脱乙酰度不同的第二鱿鱼软骨壳聚糖，作为步骤S1的鱿鱼软骨壳聚糖。
优选地，在步骤S12或步骤S14之后还包括如下步骤：
S15、将步骤S12得到的所述第一鱿鱼软骨壳聚糖或步骤S14得到的所述第二鱿鱼软骨壳聚糖作为第二中间产物，按固液比5.0:100～25:100g/ml的比例，将所述第二中间产物在室温下溶解于质量百分比浓度1％～5％的盐酸溶液中，在60～80℃下超声处理2～8h，得到混合液；
S16、在所述混合液中加入0.1～1.0mol/L的NaOH溶液调节所述混合液至中性，抽滤得到第三滤渣；
S17、对所述第三滤渣洗涤至中性后干燥，得到与所述第二中间产物分子量不同的第三鱿鱼软骨壳聚糖，作为步骤S1的鱿鱼软骨壳聚糖。
本发明还提出一种胸膜/脑膜，使用上述任一项胸膜/脑膜的制备方法制成。
生物材料壳聚糖具有良好的抗菌性、成膜性、生物降解性、生物相容性，并具有快速促进伤口愈合、防止组织粘连等特性，因而壳聚糖膜具有成为胸膜及硬脑膜补片的潜在应用价值。但市售壳聚糖普遍是由虾蟹壳α-甲壳素为原料，采用强碱和高温脱乙酰方法制备而得，其分子量普遍较低，在0.1×106左右，所制备的壳聚糖膜力学性能较差，不能作为胸膜及硬脑膜补片应用于临床。本发明提出了一种制备新型可降解胸膜或硬脑膜补片及其制备方法，该方法以特定分子量及脱乙酰度的鱿鱼软骨壳聚糖为原料制备制成的膜状产品仅包括含鱿鱼软骨壳聚糖的固体成分，具有良好的干、湿态力学性能，且采用旋转涂膜的方式使得膜厚度更加均匀，消除了膜的气孔，提高了其防渗性能。此外，作为医用生物材料，该补片具有良好的抗菌性、生物相容性、生物降解性及对周围组织无炎症反应等特性，用于临时替代人体缺损的胸膜和硬脑膜，有效地促进人体自身胸膜及硬脑膜的再生修复，并最终在体内被降解吸收，因此具有较高的临床应用价值。
附图说明
图1是本发明具体实施方式一的流延成膜和旋转涂膜厚度均匀性比较图；
图2是本发明具体实施方式一的补片体外酶解残留率随时间变化曲线图；
图3是本发明具体实施方式一的补片植入体内的炎症情况图；
图4是本发明具体实施方式一的补片在小鼠体内酶解情况图；
图5是本发明具体实施方式一的补片植入后小鼠血清中MDA的变化图；其中，第一个空白柱状表示正常组小鼠血清中MDA含量，EG-13、EG-24、EG-49、EG-60分别表示实验组第13天、第24天、第49天、第60天小鼠血清中MDA含量，CG-13、CG-24、CG-49、CG-60分别表示对照组第13天、第24天、第49天、第60天小鼠血清中MDA含量。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
本发明提出的一种胸膜/脑膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、按固液比1:100～5:100g/ml的比例，将脱乙酰度大于60％、分子量大于0.5×106的鱿鱼软骨壳聚糖或鱿鱼软骨壳聚糖粉末溶解成胶液；
S2、对胶液过滤、脱泡后旋转涂膜，得到胸膜/脑膜。
其中，步骤S1中鱿鱼软骨壳聚糖的制备包括：
S11、按固液比5.0:100～25:100g/ml的比例，将鱿鱼软骨β-甲壳素或鱿鱼软骨壳聚糖溶解于质量百分比浓度30％～40％的NaOH溶液中，在50～80℃下搅拌1～6h后过滤，得到滤渣；
S12、对步骤S11得到的滤渣洗涤至中性后干燥，得到步骤S1所用的鱿鱼软骨壳聚糖。
通过元素分析法测定鱿鱼软骨壳聚糖的脱乙酰度，稀溶液粘度法测定鱿鱼软骨壳聚糖的粘均分子量，得到如下表1所示的一系列鱿鱼软骨壳聚糖。由表1可看出，采用不同的脱乙酰条件(如碱浓度、时间、温度)，得到的鱿鱼软骨壳聚糖的分子量相近，而脱乙酰度不同。
表1
其中，
β-chitin：鱿鱼软骨β-甲壳素；
2+1a：脱乙酰两次，第一次2h，第二次1h；
2+1+1b：脱乙酰三次，第一次2h，第二次1h，第三次1h；
1+1+1+1+1c：脱乙酰五次，每次1h；
CS-75d：CS-75在70℃超声处理2h；
Nile：不完全溶解，无法测定粘均分子量。
更进一步地，鱿鱼软骨壳聚糖的制备在步骤S12之后还包括：
S13、将步骤S12得到的鱿鱼软骨壳聚糖作为中间产物，按固液比5.0:100～25:100g/ml的比例，将中间产物在室温下溶解于质量百分比浓度1％～5％的盐酸溶液中，在60～80℃下超声处理2～8h，得到混合液；
S14、在混合液中加入0.1～1.0mol/L的NaOH溶液调节混合液至中性，抽滤得到滤渣；
S15、对步骤S14得到的滤渣洗涤至中性后干燥，得到与中间产物分子量不同的鱿鱼软骨壳聚糖，作为步骤S1所用的鱿鱼软骨壳聚糖。
仍然通过元素分析法测定鱿鱼软骨壳聚糖的脱乙酰度，稀溶液粘度法测定鱿鱼软骨壳聚糖的粘均分子量，得到如下表2所示的一系列鱿鱼软骨壳聚糖。由表2可看出，通过改变超声处理时间和/或温度，得到的鱿鱼软骨壳聚糖的脱乙酰度相近，而分子量不同。
表2
其中，
β-chitin：鱿鱼软骨β-甲壳素；
CS-150：DD(80.00±0.65)％、MW(1.52±0.25)×106的鱿鱼软骨壳聚糖。
以下通过优选的实施例对本发明进行详细说明。
实施例一：
本实施例提出一种胸膜/脑膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将1.3g鱿鱼软骨壳聚糖(DD＝75％，MW＝1.52×106)粉末溶解在100mL、质量百分比浓度2％的醋酸溶液中，配置成胶液；
S2、对经过过滤、脱泡的胶液旋转涂膜(r＝2000rad/min，t＝9s)，得到壳聚糖薄膜；
S3、将壳聚糖薄膜置于60℃鼓风干燥箱中烘干后，用稀碱溶液和去离子水洗涤，再次置于60℃鼓风干燥箱中烘干，得到胸膜/脑膜补片。
其中，步骤S1中鱿鱼软骨壳聚糖粉末的制备包括：
S11、按固液比为10:100(g/ml)的比例，将鱿鱼软骨β-甲壳素溶解于质量百分比浓度35％的NaOH溶液中，在80℃下搅拌2h后过滤得到滤渣；
S12、对滤渣用去离子水洗涤至中性后置于60℃鼓风干燥箱烘干、研磨，得到鱿鱼软骨壳聚糖(DD＝75％，MW＝1.52×106)粉末。
由于步骤S1中配置的胶液粘度较大，流延涂膜的胶液难以在基片上均匀铺展，而旋转涂膜工艺则是通过胶液和基片之间粘滞力和旋转引起离心力的合力作用使胶液在平整基片上流动成膜，形成的液膜平整，起伏性较小。因此本发明采用旋转涂膜方法制备的鱿鱼软骨壳聚糖膜厚度更加均匀且膜中无气孔，防渗性能得到极大提高，参见图1是本发明具体实施方式一的流延成膜和旋转涂膜厚度均匀性比较图；其中，上图为流延成膜，下图为旋转涂膜。本实施例制备的胸膜/脑膜厚度为0.10mm，湿态拉伸强度为11.45±0.12MPa，断裂伸长率为209.64±21.21％，溶胀率为239％，具体力学性能数据如下表3所示：
表3
参见图2是本发明具体实施方式一的补片体外酶解残留率随时间变化曲线图，经体外酶解性能测试发现，补片残留率随时间增加而减小。
下面通过小鼠皮下植入补片实验评价补片的生物相容性、生物降解性及周围组织炎症反应情况，作为实验组。以小鼠体内不放置补片、单纯缝合的为对照组，小鼠不作任何处理的为正常组。宏观观察发现小鼠的伤口慢慢愈合，两月后伤口仅存线性疤痕。HE染色光镜观察发现实验组和对照组伤口愈合前期都存在炎症反应，之后炎症反应慢慢消失。Masson染色光镜观察发现伤口愈合过程中，实验组和对照组的伤口组织含有大量成纤维细胞，并存在大量胶原蛋白沉积。参见图3是本发明具体实施方式一的体内植入补片的炎症情况图，根据COX-2/GAPDH的比值可知：补片植入后的前24天，创口组织出现炎症反应，在第24天时最为强烈，是因为伤口未完全愈合以及补片在体内产生的不适应造成炎症；24天后，补片植入材料与组织完全融合，且伤口基本愈合，其炎症反应慢慢减小；到了第60天，COX-2/GAPDH比值与正常组差距较小，说明炎症反应慢慢消失。参见图4是本发明具体实施方式一的补片在小鼠体内酶解情况图，根据补片体内残留率随时间的变化曲线可知：补片在体内缓慢酶解吸收，植入后的前13天，补片降解缓慢，之后随小鼠自愈能力加强，伤口慢慢愈合，补片吸收也随之加快；补片植入后的60天，补片残留率为58％。参见图5是本发明具体实施方式一的补片植入后小鼠血清中MDA的变化图，通过对比实验组、对照组及正常组小鼠血清中MDA的含量可知：补片植入后第13、39、60天的实验组和对照组小鼠MDA含量均比正常组高，且对照组和实验组MDA含量基本上相等，说明补片的植入并未对小鼠组织细胞造成额外的损伤，补片具有良好的生物相容性。
以上综合性能检测和动物实验结果表明：由鱿鱼软骨壳聚糖通过旋转涂膜方法制备的胸膜和硬脑膜补片具有良好的干、湿态力学性能，厚度更加均匀，且消除了膜的气孔，提高其防渗性能。此外，该补片具有良好生物相容性、生物降解性及对周围组织无炎症反应等特性。
实施例二：
本实施例提出一种胸膜/脑膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将1.5g鱿鱼软骨壳聚糖(DD＝95％，MW＝1.15×106)粉末溶解在100mL、质量百分比浓度2％的醋酸溶液中，配置成胶液；
S2、对经过过滤、脱泡的胶液旋转涂膜(r＝2500rad/min，t＝10s)，得到壳聚糖薄膜；
S3、将壳聚糖薄膜置于60℃鼓风干燥箱中烘干后，用稀碱溶液和去离子水洗涤，再次置于60℃鼓风干燥箱中烘干，得到胸膜/脑膜补片。
其中，步骤S1中鱿鱼软骨壳聚糖粉末的制备包括：
S11、按固液比为5:100(g/ml)的比例，将实施例1中制备的鱿鱼软骨壳聚糖(DD＝75％，MW＝1.52×106)粉末溶解于质量百分比浓度30％的NaOH溶液中，在50℃下搅拌4h后过滤得到滤渣；
S12、对滤渣用去离子水洗涤至中性后置于60℃鼓风干燥箱烘干、研磨，得到鱿鱼软骨壳聚糖(DD＝95％，MW＝1.15×106)粉末。
本实施例制备的胸膜/脑膜厚度为0.12mm，湿态拉伸强度为9.3±0.27MPa，断裂伸长率为200.58±10.25％，溶胀率为156％。
实施例三：
本实施例提出一种胸膜/脑膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将2g鱿鱼软骨壳聚糖(DD＝75％，MW＝0.9×106)粉末溶解在100mL、质量百分比浓度2％的醋酸溶液中，配置成胶液；
S2、对经过过滤、脱泡的胶液旋转涂膜(r＝2200rad/min，t＝11s)，得到壳聚糖薄膜；
S3、将壳聚糖薄膜置于60℃鼓风干燥箱中烘干后，用稀碱溶液和去离子水洗涤，再次置于60℃鼓风干燥箱中烘干，得到胸膜/脑膜补片。
其中，步骤S1中鱿鱼软骨壳聚糖粉末的制备包括：
S11、按固液比为10:100(g/ml)的比例，将实施例1中制备的鱿鱼软骨壳聚糖(DD＝75％，MW＝1.52×106)粉末在室温下溶解于质量百分比浓度1％的盐酸溶液中，置于超声波清洗器内在60℃超声处理4h，得到混合液；
S12、在混合液中加入1mol/L的NaOH溶液调节混合液至中性，抽滤得到滤渣；
S13、对滤渣用去离子水和无水乙醇洗涤至中性后置于60℃鼓风干燥箱烘干、研磨，得到鱿鱼软骨壳聚糖(DD＝75％，MW＝0.9×106)粉末。
本实施例制备的胸膜/脑膜厚度为0.18mm，湿态拉伸强度为8.29±0.35MPa，断裂伸长率为189.66±36.72％，溶胀率为235％。
实施例四：
本实施例提出一种胸膜/脑膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将1.5g鱿鱼软骨壳聚糖(DD＝83％，MW＝1.12×106)粉末溶解在100mL、质量百分比浓度2％的醋酸溶液中，配置成胶液；
S2、对经过过滤、脱泡的胶液旋转涂膜(r＝3000rad/min，t＝12s)，得到壳聚糖薄膜；
S3、将上述壳聚糖薄膜置于60℃鼓风干燥箱中烘干后，用稀碱溶液和去离子水洗涤，再次置于60℃鼓风干燥箱中烘干，得到胸膜/脑膜补片。
其中，步骤S1中鱿鱼软骨壳聚糖粉末的制备包括：
S11、按固液比为20:100(g/ml)的比例，将鱿鱼软骨β-甲壳素溶解于质量百分比浓度40％的NaOH溶液中，在70℃下搅拌4h后过滤得到滤渣；
S12、对滤渣用去离子水洗涤至中性后置于60℃鼓风干燥箱烘干、研磨，得到鱿鱼软骨壳聚糖(DD＝83％，MW＝1.12×106)粉末。
本实施例制备的胸膜/脑膜厚度为0.13mm，湿态拉伸强度为7.43±1.24MPa，断裂伸长率为154.24±7.48％，溶胀率为234％。
本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例仅是用来描述一个或多个特定实施方式。
尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。
Claims (10)
1.一种胸膜/脑膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将鱿鱼软骨壳聚糖溶解成胶液；其中，所述鱿鱼软骨壳聚糖的脱乙酰度大于60％、分子量大于0.5×106；
S2、对所述胶液涂膜，得到所述胸膜/脑膜。
2.如权利要求1所述的胸膜/脑膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述涂膜为旋转涂膜。
3.如权利要求2所述的胸膜/脑膜的制备方法，其特征在于，所述旋转涂膜的转速为2000～3000rad/min，时间为9～12s。
4.如权利要求1所述的胸膜/脑膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中按固液比1.0:100～5.0:100g/ml的比例，将所述鱿鱼软骨壳聚糖溶解于溶剂中得到所述胶液。
5.如权利要求4所述的胸膜/脑膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂为质量百分比浓度2％的醋酸。
6.如权利要求1所述的胸膜/脑膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中对所述胶液涂膜前还包括对所述胶液过滤、脱泡。
7.如权利要求1所述的胸膜/脑膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述鱿鱼软骨壳聚糖的制备包括如下步骤：
S11、按固液比5.0:100～25:100g/ml的比例，将鱿鱼软骨β-甲壳素溶解于质量百分比浓度30％～40％的NaOH溶液中，在50～80℃下搅拌1～6h后过滤，得到第一滤渣；
S12、对所述第一滤渣洗涤至中性后干燥，得到第一鱿鱼软骨壳聚糖，作为步骤S1的鱿鱼软骨壳聚糖。
8.如权利要求7所述的胸膜/脑膜的制备方法，其特征在于，在步骤S12之后还包括如下步骤：
S13、将步骤S12得到的所述第一鱿鱼软骨壳聚糖作为第一中间产物，按固液比5.0:100～25:100g/ml的比例，将所述第一中间产物溶解于质量百分比浓度30％～40％的NaOH溶液中，在50～80℃下搅拌1～6h后过滤，得到第二滤渣；
S14、对所述第二滤渣洗涤至中性后干燥，得到与所述第一中间产物脱乙酰度不同的第二鱿鱼软骨壳聚糖，作为步骤S1的鱿鱼软骨壳聚糖。
9.如权利要求7或8所述的胸膜/脑膜的制备方法，其特征在于，在步骤S12或步骤S14之后还包括如下步骤：
S15、将步骤S12得到的所述第一鱿鱼软骨壳聚糖或步骤S14得到的所述第二鱿鱼软骨壳聚糖作为第二中间产物，按固液比5.0:100～25:100g/ml的比例，将所述第二中间产物在室温下溶解于质量百分比浓度1％～5％的盐酸溶液中，在60～80℃下超声处理2～8h，得到混合液；
S16、在所述混合液中加入0.1～1.0mol/L的NaOH溶液调节所述混合液至中性，抽滤得到第三滤渣；
S17、对所述第三滤渣洗涤至中性后干燥，得到与所述第二中间产物分子量不同的第三鱿鱼软骨壳聚糖，作为步骤S1的鱿鱼软骨壳聚糖。
10.一种胸膜/脑膜，其特征在于，使用权利要求1～9任一项所述胸膜/脑膜的制备方法制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151125 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |