一種魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的制備方法，屬于生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域；該魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的組分主要為魔芋葡甘聚糖，其中魔芋葡甘聚糖與水的質(zhì)量比為1:120～1:70，硫酸與水的體積比為1:2000～1:200，氫氧化鈣溶液中氫氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05％～2％，交聯(lián)液中氫氧化鈣水溶液與無水乙醇的體積分?jǐn)?shù)為1:2～1:0.5，本發(fā)明通過硫酸改性和氫氧化鈣水溶液交聯(lián)，可生成硫酸鈣并且釋放出硫酸軟骨素，使得支架材料能更好的應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)。
【專利說明】一種魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的制備方法，該纖維支架材料可被應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)，屬于生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高能量暴力外傷、關(guān)節(jié)內(nèi)感染以及其他疾病能引起嚴(yán)重骨缺損，同時(shí)也導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨損傷，關(guān)節(jié)軟骨一旦缺損及破壞可導(dǎo)致受累關(guān)節(jié)出現(xiàn)腫脹、積液、疼痛和交鎖等功能障礙，嚴(yán)重影響患者關(guān)節(jié)功能。此外，軟骨組織自愈能力非常有限，一旦損傷就會(huì)遺留永久性病變，治療也相當(dāng)困難，主要是因?yàn)?軟骨組織內(nèi)無血管，且軟骨細(xì)胞缺乏遷徙能力，不能迅速聚集到創(chuàng)傷部位所致；關(guān)節(jié)軟骨中纖維含量少，只含有少量的膠原纖維，基質(zhì)的主要化學(xué)成分是蛋白質(zhì)多糖；關(guān)節(jié)軟骨不同于血管化的組織，由于沒有血供，且軟骨細(xì)胞埋于稠厚的細(xì)胞外基質(zhì)中，無法移動(dòng)到損傷部位參與修復(fù)，且缺乏細(xì)胞分化所必須的母細(xì)胞及細(xì)胞遷徙所必須的理想環(huán)境，這樣就使得即使是極小的軟骨缺損也難于自然修復(fù)，因此由創(chuàng)傷及骨關(guān)節(jié)炎引起的關(guān)節(jié)軟骨損傷是臨床常見疾患，其臨床治療至今仍是一個(gè)巨大難題。
[0003]魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan, KGM)是一種提取自魔芋塊莖的對(duì)酸堿度敏感性多糖，可以通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的酸堿度來控制KGM的凝膠產(chǎn)生時(shí)間和凝膠度，以此來控制支架材料的機(jī)械性能、生物降解性，更值得注意的是，KGM具有良好的生物相容性，其在止血、抗菌消炎、促進(jìn)傷口愈合等方面也具有良好的效果，大量研究表明，KGM可利于細(xì)胞粘附并促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化，且其與軟骨基質(zhì)的成分之一透明質(zhì)酸鈉的微觀結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)十分相似，因此可將其作為一種新型的生物醫(yī)用材料應(yīng)用，主要應(yīng)用場(chǎng)合包括外科傷口的包裹材料、止血海綿、醫(yī)用降解輔料及生物工程支架材料等。KGM作為生物醫(yī)用材料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)還包括其來源較廣,成本低廉，以可降低材料成本。
[0004]由于KGM溶解度較`低，流動(dòng)性不好及穩(wěn)定性較差的特點(diǎn)，因此在應(yīng)用上存在一定的局限性，為此研究者常采用物理改性和化學(xué)改性這兩種重要的改性方法對(duì)KGM進(jìn)行改性。其中，對(duì)KGM的物理改性主要有兩類:一是采用聲波、光波、熱場(chǎng)、電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)KGM進(jìn)行處理，以改變KGM的分子結(jié)構(gòu)或聚集形態(tài)；二是采用其他高分子材料與KGM進(jìn)行共混，利用兩種不同分子之間的基團(tuán)相互作用，以改變材料的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變其理化性能。對(duì)于KGM的化學(xué)改性一般是利用在其分子鏈上引入或脫掉一些基團(tuán)，使得KGM的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，以優(yōu)化KGM的理化性質(zhì)；由于KGM分子鏈中含有大量的羥基和乙酰氨基，因此可以采用酯化、脫乙?；约敖又簿鄣然瘜W(xué)改性方法對(duì)KGM改性，進(jìn)而開發(fā)出多種性能優(yōu)良的KGM衍生物。
[0005]目前，有用乙酸、硝酸、苯甲酸、黃原膠及甲基脂、沒食子酸、鹿角藻膠、淀粉、大豆蛋白離析物等作為改性劑對(duì)KGM進(jìn)行改性，但改性后的KGM均有降解性差，力學(xué)性能不足等缺點(diǎn)，而用強(qiáng)酸硫酸來作為改性劑對(duì)KGM進(jìn)行改性并且制備出纖維支架材料的研究目前還未有發(fā)現(xiàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)用蒸餾水稀釋濃硫酸，然后加入丙三醇，并攪拌均勻得到混合溶液A，其中濃硫酸與水的體積比為1:2000~1:200，丙三醇與水的體積比為1:1000~1:100 ;
(2)將魔芋葡甘聚糖加入混合溶液A中，并攪拌使其完全溶解得到混合膠液B，魔芋葡甘聚糖與步驟(1)中加入水的質(zhì)量比為1:120~1:70 ;
(3)將混合膠液B進(jìn)行微波處理I~IOmin后，在常溫下攪拌使之冷卻，經(jīng)200~400目過濾，然后置于400~500毫米汞柱的負(fù)壓下脫泡得到改性復(fù)合膠液C，密封備用；
(4)將丙三醇加入到無水乙醇中，并攪拌均勻得到混合液D，其中丙三醇與無水乙醇的體積比為1:40~1:10 ;
(5 )在常溫下將改性復(fù)合膠液C流延于模具上，并將模具置于混合液D中，進(jìn)行4~24h的凝固后得到未交聯(lián)纖維支架F ；
(6)在常溫下將未交聯(lián)纖維支架F置于氫氧化鈣水溶液和無水乙醇的混合溶液中交聯(lián)4~IOh后，把F取出用蒸餾水洗滌3飛次，然后在3(T60°C下干燥8~12h，即得到魔芋葡甘聚糖纖維支架材料。
[0007]本發(fā)明所述模具由200-400目的過濾篩和過濾篩上面的紗布組成。
[0008]本發(fā)明所述的氫氧化鈣水溶`液的質(zhì)量百分比濃度為0.05%~2%。
[0009]本發(fā)明所述濃硫酸為市售的98%的濃硫酸。
[0010]本發(fā)明涉及的硫酸改性的魔芋葡甘聚糖纖維支架材料及制備方法所依據(jù)的原理是:利用強(qiáng)酸硫酸來剪斷魔芋葡甘聚糖的長(zhǎng)分子鏈，使用氫氧化鈣水溶液和無水乙醇的混合溶液交聯(lián)硫酸改性的魔芋葡甘聚糖纖維支架材料會(huì)生成硫酸鈣并且釋放出硫酸軟骨素，硫酸鈣和硫酸軟骨素都是進(jìn)行骨修復(fù)和人體成骨所需要的物質(zhì)，它們分別對(duì)人體骨骼和軟骨有益，這樣就使得硫酸改性的魔芋葡甘聚糖纖維支架材料用于軟骨修復(fù)材料成為可能。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明利用強(qiáng)酸硫酸對(duì)魔芋葡甘聚糖進(jìn)行改性并制備出纖維支架材料，利用無水乙醇與氫氧化鈣水溶液的混合溶液對(duì)支架進(jìn)行交聯(lián)，使其生成具有骨傳導(dǎo)性的硫酸鈣和軟骨的成分硫酸軟骨素附著于支架表面；
(2)本發(fā)明可通過調(diào)節(jié)魔芋葡甘聚糖的交聯(lián)方式和交聯(lián)時(shí)間來控制纖維支架的降解速
率；
(3)本發(fā)明通過硫酸改性和氫氧化鈣水溶液交聯(lián)，可生成硫酸鈣并且釋放出硫酸軟骨素，硫酸鈣和硫酸軟骨素都是進(jìn)行骨修復(fù)和人體成骨所需要的物質(zhì)，他們分別對(duì)人體骨骼和軟骨有益，使得支架材料能更好的修復(fù)軟骨缺損；
(4)所用原料魔芋葡甘聚糖與軟骨的成分之一透明質(zhì)酸鈉的微觀結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)十分相似，是比較理想的組織工程材料，并且具有很好的凝膠性、持水性、交聯(lián)性、力學(xué)性能和生物相容性，來源廣泛，價(jià)格便宜；
(5)本發(fā)明所述硫酸改性魔芋葡甘聚糖纖維支架材料具有可控的降解速率，成本低廉和較好的力學(xué)性能，并且降解時(shí)能提供人體軟骨生長(zhǎng)所需的硫酸鈣和硫酸軟骨素。【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為纖維支架材料的制備流程圖；
圖2為實(shí)施例1所制得的魔芋葡甘聚糖纖維支架材料體外培養(yǎng)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的SEM照片；
圖3為實(shí)施例2所制得的魔芋葡甘聚糖纖維支架材料體外培養(yǎng)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi)容。
[0014]實(shí)施例1
如圖1所示，本實(shí)施例所述魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的制備方法，具體包括如下步
驟:
(1)用蒸餾水稀釋濃硫酸，然后加入丙三醇，并攪拌均勻得到混合溶液A，其中濃硫酸與水的體積比為1:200，丙三醇與水的體積比為1:100 ;
(2)將魔芋葡甘聚糖加入混合溶液A中，并攪拌使其完全溶解得到混合膠液B，魔芋葡甘聚糖與步驟(1)中加入水的質(zhì)量比為1:70 ;
(3)將混合膠液B進(jìn)行微波處理IOmin后，在常溫下攪拌使之冷卻，經(jīng)400目過濾，然后置于500毫米汞柱的負(fù)壓下脫泡 得到改性復(fù)合膠液C，密封備用；
(4)將丙三醇加入到無水乙醇中，并攪拌均勻得到混合液D，其中丙三醇與無水乙醇的體積比為I: 10 ；
(5)在常溫下將改性復(fù)合膠液C流延于流延于自制的紗布模具上，此紗布模具由200目過濾篩以及過濾篩上面的紗布組成，并將模具置于混合液D中，進(jìn)行24h的凝固后得到未交聯(lián)纖維支架F ;
(6)在常溫下將未交聯(lián)纖維支架F置于質(zhì)量百分比濃度為2%氫氧化鈣水溶液和無水乙醇的混合溶液中交聯(lián)IOh后，把F取出用蒸餾水洗滌6次，然后在60°C下干燥12h，即得到魔芋葡甘聚糖纖維支架材料。
[0015]本實(shí)施例所得魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的抗拉強(qiáng)度為7MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為
2.5%，三個(gè)月的體外降解率約為50%，本實(shí)施例制備得到的魔芋葡甘聚糖纖維支架材料體外培養(yǎng)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的SEM照片如圖2所示。
[0016]實(shí)施例2
如圖1所示，本實(shí)施例所述魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的制備方法，具體包括如下步
驟:
(1)用蒸餾水稀釋濃硫酸，然后加入丙三醇，并攪拌均勻得到混合溶液A，其中濃硫酸與水的體積比為1:1000，丙三醇與水的體積比為1:500 ;
(2)將魔芋葡甘聚糖加入混合溶液A中，并攪拌使其完全溶解得到混合膠液B，魔芋葡甘聚糖與步驟(1)中加入水的質(zhì)量比為1:90 ;
(3)將混合膠液B進(jìn)行微波處理5min后，在常溫下攪拌使之冷卻，經(jīng)400目過濾，然后置于450毫米汞柱的負(fù)壓下脫泡得到改性復(fù)合膠液C，密封備用；(4)將丙三醇加入到無水乙醇中，并攪拌均勻得到混合液D，其中丙三醇與無水乙醇的體積比為1:30 ；
(5)在常溫下將改性復(fù)合膠液C流延于流延于自制的紗布模具上，此紗布模具由200目過濾篩以及過濾篩上面的紗布組成，并將模具置于混合液D中，進(jìn)行15h的凝固后得到未交聯(lián)纖維支架F ;
(6)在常溫下將未交聯(lián)纖維支架F置于質(zhì)量百分比濃度為I%氫氧化鈣水溶液和無水乙醇的混合溶液中交聯(lián)6h后，把F取出用蒸餾水洗滌4次，然后在45°C下干燥10h，即得到魔芋葡甘聚糖纖維支架材料。
[0017]本實(shí)施例所得魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的抗拉強(qiáng)度約為9.5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率約為4.5 %，三個(gè)月的體外降解率約為65%，本實(shí)施例制備得到的魔芋葡甘聚糖纖維支架材料體外培養(yǎng)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的SEM照片如圖3所示。
[0018]實(shí)施例3
如圖1所示，本實(shí)施例所述魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的制備方法，具體包括如下步
驟:
(1)用蒸餾水稀釋濃硫酸，然后加入丙三醇，并攪拌均勻得到混合溶液A，其中濃硫酸與水的體積比為1:2000，丙三醇與水的體積比為1:1000 ；
(2)將魔芋葡甘聚糖加入混合溶液A中，并攪拌使其完全溶解得到混合膠液B，魔芋葡甘聚糖與步驟(1)中加入水的質(zhì)量比為1:120 ;
(3)將混合膠液B進(jìn)行微波處理Imin后，在常溫下攪拌使之冷卻，經(jīng)200目過濾，然后置于400毫米汞柱的負(fù)壓下脫泡得到改性復(fù)合膠液C，密封備用；
(4)將丙三醇加入到無水乙醇中，并攪拌均勻得到混合液D，其中丙三醇與無水乙醇的體積比為1:40 ；
(5)在常溫下將改性復(fù)合膠液C流延于流延于自制的紗布模具上，此紗布模具由200目過濾篩以及過濾篩上面的紗布組成，并將模具置于混合液D中，進(jìn)行4h的凝固后得到未交聯(lián)纖維支架F ;
(6)在常溫下將未交聯(lián)纖維支架F置于質(zhì)量百分比濃度為0.05%氫氧化鈣水溶液和無水乙醇的混合溶液中交聯(lián)4h后，把未交聯(lián)纖維支架F取出用蒸餾水洗滌3次，然后在30°C下干燥8h，即得到魔芋葡甘聚糖纖 維支架材料。
[0019]本實(shí)施例所得魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的抗拉強(qiáng)度約為12.5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率約為4%，三個(gè)月的體外降解率約為70%，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞粘附效果較好。
[0020]實(shí)施例4
如圖1所示，本實(shí)施例所述魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的制備方法，具體包括如下步
驟:
(1)用蒸餾水稀釋濃硫酸，然后加入丙三醇，并攪拌均勻得到混合溶液A，其中濃硫酸與水的體積比為1:800，丙三醇與水的體積比為1:270 ;
(2)將魔芋葡甘聚糖加入混合溶液A中，并攪拌使其完全溶解得到混合膠液B，魔芋葡甘聚糖與步驟(1)中加入水的質(zhì)量比為1:90 ;
(3)將混合膠液B進(jìn)行微波處理2min后，在常溫下攪拌使之冷卻，經(jīng)200目過濾，然后置于500毫米汞柱的負(fù)壓下脫泡得到改性復(fù)合膠液C，密封備用；(4)將丙三醇加入到無水乙醇中，并攪拌均勻得到混合液D，其中丙三醇與無水乙醇的體積比為1:40 ；
(5)在常溫下將改性復(fù)合膠液C流延于流延于自制的紗布模具上，此紗布模具由200目過濾篩以及過濾篩上面的紗布組成，并將模具置于混合液D中，進(jìn)行15h的凝固后得到未交聯(lián)纖維支架F ;
(6)在常溫下將未交聯(lián)纖維支架F置于質(zhì)量百分比濃度為I%氫氧化鈣水溶液和無水乙醇的混合溶液中交聯(lián)6h后，把F取出用蒸餾水洗滌4次，然后在37°C下干燥10h，即得到魔芋葡甘聚糖纖維支架材料。
[0021]本實(shí)施例所得魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的抗拉強(qiáng)度約為8.5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率約為5%，三個(gè)月的體外降解率約為60%，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞粘附效果較好。
[0022]實(shí)施例5
如圖1所示，本實(shí)施例所述魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)用蒸餾水稀釋濃硫酸，然后加入丙三醇，并攪拌均勻得到混合溶液A，其中濃硫酸與水的體積比為1:500，丙三醇與水的體積比為1:200 ;
(2)將魔芋葡甘聚糖加入混合溶液A中，并攪拌使其完全溶解得到混合膠液B，魔芋葡甘聚糖與步驟(1)中加入水的質(zhì)量比為1:80 ;
(3)將混合膠液B進(jìn)行微波處理2min后，在常溫下攪拌使之冷卻，經(jīng)200目過濾，然后置于450毫米汞柱的負(fù)壓下脫泡得到改性復(fù)合膠液C，密封備用；
(4)將丙三醇加入到無水乙醇中，并攪拌均勻得到混合液D，其中丙三醇與無水乙醇的體積比為1:40 ；
(5)在常溫下將改性復(fù)合膠液C流延于流延于自制的紗布模具上，此紗布模具由200目過濾篩以及過濾篩上面的紗布組成，并將模具置于混合液D中，進(jìn)行6h的凝固后得到未交聯(lián)纖維支架F ；
(6)在常溫下將未交聯(lián)纖維支架F置于質(zhì)量百分比濃度為1%氫氧化鈣水溶液和無水乙醇的混合溶液中交聯(lián)8h后，把F取出用蒸餾水洗滌3次，然后在50°C下干燥8h，即得到魔芋葡甘聚糖纖維支架材料。
[0023]本實(shí)施例所得魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的抗拉強(qiáng)度約為6.5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率約為4%，三個(gè)月的體外降解率約為55%，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞粘附效果較好。
【權(quán)利要求】
1.一種魔芋葡甘聚糖纖維支架材料的制備方法，其特征在于具體包括如下步驟: (1)用蒸餾水稀釋濃硫酸，然后加入丙三醇，并攪拌均勻得到混合溶液A，其中濃硫酸與水的體積比為1:2000~1:200，丙三醇與水的體積比為1:1000~1:100 ; (2)將魔芋葡甘聚糖加入混合溶液A中，并攪拌使其完全溶解得到混合膠液B，魔芋葡甘聚糖與步驟(1)中加入水的質(zhì)量比為1:120~1:70 ; (3)將混合膠液B進(jìn)行微波處理I~IOmin后，在常溫下攪拌使之冷卻，經(jīng)200~400目過濾，然后置于400~500毫米汞柱的負(fù)壓下脫泡得到改性復(fù)合膠液C，密封備用； (4)將丙三醇加入到無水乙醇中，并攪拌均勻得到混合液D，其中丙三醇與無水乙醇的體積比為1:40~1:10 ; (5 )在常溫下將改性復(fù)合膠液C流延于模具上，并將模具置于混合液D中，進(jìn)行4~24h的凝固后得到未交聯(lián)纖維支架F ； (6)在常溫下將未交聯(lián)纖維支架F置于氫氧化鈣水溶液和無水乙醇的混合溶液中交聯(lián)4~IOh后，把F取出用蒸餾水洗滌3~6次，然后在3(T60°C下干燥8~12h，即得到魔芋葡甘聚糖纖維支架材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魔芋葡甘聚糖纖維支架材料及制備方法，其特征在于步驟 (5)中所述模具由200-400目的過濾篩和過濾篩上面的紗布組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魔芋葡甘聚糖纖維支架材料及制備方法，其特征在于步驟(6)氫氧化鈣水溶液的質(zhì)量百分比濃度為0.05%~2%。
【文檔編號(hào)】C08J3/28GK103554543SQ201310526509
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】陳慶華, 朱維波, 顏廷亭 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)