一種濃縮用于關(guān)節(jié)軟骨再生的膠原蛋白溶液的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及一種濃縮用于關(guān)節(jié)軟骨再生的膠原蛋白溶液的核心裝置和方法。具體而言，本發(fā)明涉及在低溫和真空下使用所述裝置濃縮膠原蛋白溶液的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]軟骨損傷與軟骨退行性病變的治療長(zhǎng)久以來(lái)一直是醫(yī)學(xué)界的世界性難題。經(jīng)過(guò)科學(xué)家的研究，發(fā)現(xiàn)并證實(shí)膠原蛋白可以誘導(dǎo)人體干細(xì)胞生成新的軟骨。雖然膠原蛋白已被廣泛用于整形外科、傷口護(hù)理等領(lǐng)域，但用于其加工、提取的方法所限，并且不適用于軟骨和軟組織再生。
[0003]膠原蛋白是脊椎動(dòng)物中存在的主要結(jié)構(gòu)蛋白。天然的膠原蛋白可獲得自各種馴養(yǎng)動(dòng)物。膠原蛋白可溶解在水性稀酸或堿溶液中，以形成液相。溶液中膠原蛋白的濃度越高，溶液的粘度越高。使通過(guò)從各種原料提取產(chǎn)生的膠原蛋白進(jìn)行過(guò)濾，以產(chǎn)生醫(yī)用級(jí)材料。但是，過(guò)濾之后，膠原蛋白的濃度非常低，例如，按重量計(jì)約0.1 %。
[0004]為了獲取可用于關(guān)節(jié)軟骨再生的濃縮膠原蛋白溶液，已經(jīng)嘗試和進(jìn)行了各種方法。例如，使用氯化鈉從水和膠原蛋白的溶液沉淀膠原蛋白。將高度濃縮的氯化鈉溶液添加至膠原蛋白溶液，以獲得0.7M氯化鈉溶液，用于沉淀的目的。隨后，通過(guò)重力分開沉淀的膠原蛋白。因?yàn)樵谧罱K的用于人應(yīng)用的膠原蛋白產(chǎn)物中不希望有氯化鈉，并且殘留的高度濃縮的氯化鈉可能阻礙干細(xì)胞分化成軟骨細(xì)胞，所以需要通過(guò)另外的去除過(guò)程將在膠原蛋白制造過(guò)程中添加的氯化鈉去除，而這樣會(huì)增加方法的步驟的數(shù)量和增加成本。因此，需要不使用氯化鈉而濃縮膠原蛋白溶液的方法。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)也使用過(guò)濾器進(jìn)一步從膠原蛋白和水的混合物分離膠原蛋白。使用壓縮力或擠出力將混合物溶液擠過(guò)過(guò)濾器表面，以迫使水離開混合物溶液，由此濃縮膠原蛋白溶液。但是，當(dāng)膠原蛋白的濃度從1%增加至3%，或從3%增加至6%時(shí)，用過(guò)濾器的壓縮方法不能很好地起作用，因?yàn)榛旌衔锶芤阂呀?jīng)太濃，使得水在該過(guò)程中不能從這樣濃的混合物溶液分離，所以往往達(dá)不到軟骨再生所需要的濃度。因此，需要不使用過(guò)濾器和壓縮力而濃縮物膠原蛋白的方法。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)也使用在高溫(約120°C )下加熱，以進(jìn)一步將膠原蛋白從膠原蛋白和水的混合物分離。施用熱通過(guò)水的蒸發(fā)從混合物去除水。但是，加熱的缺點(diǎn)是耗時(shí)(例如，1-2天)，因?yàn)樗恼舭l(fā)在混合物溶液的頂面進(jìn)行緩慢。而且，加熱不均會(huì)破壞膠原蛋白的微觀結(jié)構(gòu)，不利于作為骨細(xì)胞的生長(zhǎng)基質(zhì)。因此，仍需要不使用在高溫下加熱而濃縮物膠原蛋白的方法。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)也使用離心力，以進(jìn)一步將膠原蛋白與膠原蛋白和水的混合物分開。該方法基于水和膠原蛋白之間密度的差異。但是，水和膠原蛋白之間的密度差異不是非常大，因而使用離心力分離不能非常有效地用于膠原蛋白溶液，所以往往達(dá)不到軟骨再生所需要的濃度。因此，需要不用離心力而濃縮物膠原蛋白的方法。
[0008]鑒于上述現(xiàn)狀，需要開發(fā)新的沒(méi)有上面提到的缺點(diǎn)的方法用于濃縮可用于關(guān)節(jié)軟骨再生的膠原蛋白溶液。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明涉及在低溫和真空下濃縮膠原蛋白溶液的裝置和方法。該裝置和方法能夠以低成本和高效率使膠原蛋白溶液的濃度從按重量計(jì)0.5%增加至1%，或從3%增加至6%。通過(guò)這樣的方式產(chǎn)生的膠原蛋白，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證尤其適于關(guān)節(jié)軟骨再生。
[0010]—方面，本發(fā)明提供了用于濃縮膠原蛋白溶液的裝置，其包括
[0011]⑴密封殼體；
[0012](ii)用于容納膠原蛋白溶液的至少一個(gè)托盤，其設(shè)置在所述殼體中并且包括外側(cè)壁和底面；
[0013](iii)電機(jī)，其具有基本上垂直于所述托盤設(shè)置的電機(jī)軸；
[0014](iv)至少一個(gè)攪拌裝置，其由所述電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)并且包括用于攪拌膠原蛋白溶液的至少一個(gè)葉片，所述葉片的下邊緣被限定并且設(shè)置為基本上平行于所述托盤的底面移動(dòng)，所述下邊緣和所述托盤底面之間的距離為1.0至3.0cm ;
[0015](ν)用于控制所述殼體內(nèi)真空度的真空栗；
[0016](vi)用于控制所述殼體內(nèi)溫度的溫度控制器。
[0017]優(yōu)選地，所述托盤的外側(cè)壁的高度是2.0至5.0cm。
[0018]優(yōu)選地，所述托盤的底面的面積是100至1，000cm2。
[0019]優(yōu)選地，所述外側(cè)壁的高度與所述托盤的底面的徑向尺寸的比例是0.1至0.5。
[0020]優(yōu)選地，所述托盤的形狀是正方形或圓形；更優(yōu)選為圓形。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述裝置包括2-20個(gè)，優(yōu)選地2-12個(gè)，更優(yōu)選地2_7個(gè)托盤，所述托盤的底面彼此平行。此外，所述裝置包括多個(gè)攪拌裝置，其中每個(gè)托盤上方設(shè)置一個(gè)攪拌裝置。更優(yōu)選地，每個(gè)托盤還包括內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁限定出的中心孔，并且所述電機(jī)軸設(shè)置為穿過(guò)托盤的中心孔。優(yōu)選地，每個(gè)攪拌裝置包括1-10個(gè)，優(yōu)選為2-6個(gè)，更優(yōu)選為3個(gè)葉片。
[0022]優(yōu)選地，兩個(gè)相鄰?fù)斜P之間的間隔是2至5cm。
[0023]優(yōu)選地，所述裝置進(jìn)一步包括:
[0024](vi)與所述托盤流體連通的進(jìn)料口和排料口，用于轉(zhuǎn)移膠原蛋白溶液。
[0025]優(yōu)選地，所述裝置進(jìn)一步包括:
[0026](vii)用于顯示所述殼體內(nèi)壓力的壓力計(jì)和用于顯示所述殼體內(nèi)溫度的溫度計(jì)板。
[0027]另一方面，本發(fā)明提供了使用上面提到的裝置濃縮膠原蛋白溶液的方法，其包括下述步驟:
[0028](a)在托盤中提供初始的膠原蛋白溶液；
[0029](b)設(shè)置殼體內(nèi)的真空度為1，000至2，500Pa ;
[0030](c)設(shè)置殼體內(nèi)的溫度為7至21°C ；
[0031](d)攪拌膠原蛋白溶液；
[0032](e)在所述溫度和真空度下濃縮膠原蛋白溶液8至16小時(shí)；
[0033](f)收獲濃縮的膠原蛋白產(chǎn)物。
[0034]優(yōu)選地，所述初始膠原蛋白溶液的濃度是按重量計(jì)0.55 %至3 %。
[0035]優(yōu)選地，所述攪拌的速度是20至120rpm。
[0036]優(yōu)選地，所述托盤中的初始膠原蛋白溶液的深度是3至8cm。
[0037]優(yōu)選地，所述濃縮的膠原蛋白產(chǎn)物的濃度是按重量計(jì)1 %至6%。
[0038]優(yōu)選地，收獲的膠原蛋白產(chǎn)物為凝膠片形式。
[0039]本發(fā)明的裝置和方法可用于濃縮物膠原蛋白溶液，而不使用氯化鈉、過(guò)濾器和壓縮力、高溫加熱或離心力，這可降低生產(chǎn)成本并且提高制造膠原蛋白的效率。產(chǎn)生的膠原蛋白適合用于醫(yī)學(xué)、食品或化妝品制劑，尤其適用于關(guān)節(jié)軟骨再生所用基質(zhì)。
【附圖說(shuō)明】
[0040]為了更充分理解本發(fā)明的特征和優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)參考發(fā)明詳述以及附圖進(jìn)行說(shuō)明，并且其中:
[0041]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的濃縮膠原蛋白溶液的裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]盡管下面詳細(xì)討論了本發(fā)明各種實(shí)施方式的形成和使用，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明提供了可在各種具體環(huán)境中實(shí)施的許多適用的發(fā)明構(gòu)思。本文討論的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是形成和使用本發(fā)明的示意性例子，并不限制本發(fā)明的范圍。
[0043]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于濃縮膠原蛋白溶液的裝置10。用于濃縮膠原蛋白溶液的裝置10包括密封的殼體107、用于容納膠原蛋白溶液的5個(gè)托盤105和電機(jī)102，該電機(jī)102具有基本上垂直于托盤105設(shè)置的電機(jī)軸108。所述托盤布置在殼體內(nèi)并且它們中的每一個(gè)均包括外側(cè)壁109和底面110。托盤105的底面110彼此基本上平行布置。此外，裝置10還包