天然生物材料制品的力學強度調控方法技術

本發明專利技術公開了天然生物材料制品的力學強度調控方法，該方法通過對天然生物材料溶液冷凍干燥、壓縮、交聯以及再次干燥的處理步驟，得到了最終的制品。由于該處理方法在冷凍干燥后采用了對初級產品進行可控壓縮的步驟，控制了多孔材料產品的密度，減少了多孔材料產品的孔隙率，使得最終的制品力學性能通過該步驟得到控制。同時由于所采用的方法不影響初始天然生物材料的生物學性能，使得最終制品仍然保持了較好的生物活性。

Method for controlling mechanical strength of natural biological material products

The invention discloses a control method of mechanical strength of natural biological materials, the natural biological material solution and freeze drying, compression, crosslinking and secondary drying processing steps, the final product. Because the treatment method after freeze-drying by controllable compression steps of primary products, control products of porous material density, reduce product porosity, the mechanical properties of products to get the final control through the steps. At the same time, as the method does not affect the biological properties of the initial natural biological material, the final product still maintains good biological activity.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種組織修復替代材料，具體涉及高天然高分子多孔材料制品的力學性能調控方法。
技術介紹
隨著現代社會的發展，各種原因導致的組織損傷問題越來越多。如由燒傷、燙傷、刀傷、火器傷害等導致的皮膚損傷，交通意外導致的肢體血管、神經損傷，腫瘤切除導致的周圍組織的缺失以及由運動損傷、病理損傷導致的關節軟骨、半月板的損傷等。引起損傷的原因多種多樣，最終導致的結果是人體組織如關節軟骨、半月板、皮膚、血管以及神經等結締組織的損傷。小面積、小范圍、低損傷度的組織損傷，人體可以通過對自體組織、細胞的調動自動修復，如皮膚組織能夠在一定程度的損傷范圍內自愈，神經在損傷程度不高的情況下可以再生對接，這些都是人體組織自愈的表現。但當損傷超過一定的程度后，細胞難以遷移到損傷部位，導致人體組織的這種自我修復的能力不足，如創傷程度過高導致的組織缺損，神經萎縮，關節軟骨退變等。此時需要有外部修復材料的介入來引導人體組織的細胞遷移到損傷部位，并讓細胞行使組織修復的功能。天然生物材料其主要來源于動植物的組織，由于其化學成分與結構上保留了大量的細胞活性識別位點，所以對組織細胞具有良好的作用。如膠原、透明質酸、明膠、海藻酸鈉等都能夠促進組織細胞在這些材料上面的生長。雖然從天然組織中提取的這些材料具有良好的生物活性，但從這些材料制備出來的產品由于制備工藝的原因，普遍存在力學性能差的問題。這是由于此類分子通常對溫度都比較敏感，在高溫下容易變性或分解，為了保證此類天然分子的生物活性，通常采用常溫的方法來制備此類材料的制品。而在常溫下加工此類材料的制品通常需要將這些材料溶解在溶液中，在通過冷凍干燥的方法得到能夠在臨床進行應用的干態的制品。通常提取的天然生物材料在溶液中溶解度低，同時其分子量比較大，少量分子的溶解就能夠形成粘度非常高的溶液，以此溶液冷凍干燥后的制品由于一定體積內大量溶劑的揮發形成了多孔材料，溶液中的生物材料分子由于不會揮發而殘留形成了多孔材料的骨架。由于初始的溶液濃度低，固含量少，所以形成的最終產品的力學性能也較差， 一般不超過100Pa。在臨床只能用于一些不受力的生物材料，限制了這些生物材料的用途。或者必須與其他高強度的材料進行復合才能應用。由上述方法制備的生物材料首先通過溶液的冷凍干燥制備出一次多孔材料，再經過可控壓縮、交聯以及二次冷凍干燥，提高了單位體積內的生物材料的含量，同時也提高了此類材料的抗壓強度。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供。傳統方法采用冷凍干燥工藝制備天然生物材料制品，本專利技術為調控天然生物材料制品的力學強度，采用冷凍干燥、壓縮、交聯以及冷凍干燥或烘干的工藝制備出一種力學性能高于傳統的制備方法的天然生物材料制品。為實現上述目的，本專利技術公開了，其包括如下步驟(1) 將天然高分子生物材料的溶液冷凍干燥，得到多孔制品；(2) 對步驟(1)得到的制品進行壓縮，使得制品體積收縮；(3) 對步驟(2)得到的體積收縮的制品進行交聯定形；(4) 對步驟(3)得到的制品進行冷凍干燥或烘干，得到成型的修復材料制品。上述調控方法中，根據在步驟(2)中膠原制品壓縮的程度的不同，.以及步驟G)中使用的交聯劑的濃度的不同，可以得到不同力學性能的天然生物制品最終產品，其力學性能可在一百帕直至十五兆帕的范圍內調控；上述制備方法中，步驟(1)所述使用的天然高分子生物材料溶液的濃度為l克/升 60克/升。該溶液可加入交聯劑進行初步交聯，交聯劑質量濃度在5%以下，或不使用交聯劑。上述制備方法中，步驟(2)所述壓縮方法為直接對步驟(1)中得到的4干態制品施加壓力進行壓縮。或者預先將制品用溶液濕潤后，進行壓縮，得到更大的壓縮比例，溶液可以為含有交聯劑的溶液，或水、乙醇以及二者的任意比例的混合溶液。上述制備方法中，步驟(3)在保持壓縮外形的情況下對膠原制品進行交聯。上述制備方法中，所述交聯采用的交聯溶液為戊二醛溶液、EDC溶液、京尼平溶液或環氧垸基溶液，交聯溶液的質量濃度為0.25% 10%。上述制備方法中，步驟(4)所述的干燥可為冷凍干燥、自然干燥或烘干。上述方法中，步驟(1)中，通過冷凍干燥得到一定形狀的天然生物材料多孔制品。步驟(2)通過控制擠得到壓縮比例在5%~95%的小體積的天然生物材料制品，擠壓壓力可以為1Pa lMPa。步驟(3).將具有一定外形特征的修復材料制品放入交聯溶液中交聯，如戊二醛、EDC交聯溶液、京尼平溶液或環氧類交聯固定溶液等，交聯處理一定時間后再經過干燥得到最終的修復材料制品。本專利技術由天然生物材料制備得到強度可調、具有一定孔徑、孔隙率的組織修復材料，從而針對不同的人體組織力學特點制備相應的天然生物材料多孔材料。本專利技術與現有生物材料制品制備工藝比還有如下優點由于本專利技術的方法在冷凍干燥后采用了對初級產品進行可控壓縮的步驟，控制了多孔材料產品的密度，減少了多孔材料產品的孔隙率，使得最終的制品力學性能通過該步驟得到控制。同時由于所采用的方法不影響初始天然生物材料的生物學性能，使得最終制品仍然保持了較好的生物活性。本專利技術所采用的工藝步驟與方法不影響天然生物材料本身的分子結構與特性，制備在室溫下進行，不采用加熱和熱壓的復雜設備，很好地減少了使用的生物材料的變性，并保持了使用材料特有的生物活性。同時由于大大的提高了多孔材料的密度，使得干燥后的修復材料與以往未采用該方法得到的修復材料比，單位體積內的固含量明顯提高，同時交聯密度也大為增強，使得最終的天然生物材料制品比以往制品10 1000帕的強度比更高。同時由于可對制品的壓縮比例進行控制，可以得到力學性能能夠在一百至十五兆帕的強度范圍內調控。具體實施例方式實施例1選擇的濃度為6克/升的膠原溶液冷凍干燥后，壓縮至原體積的50%，用質量濃度為1%的碳二亞胺溶液10度交聯20小時，再冷凍干燥24小時得到具有一定外形特征的修復材料制品。該制品的抗壓強度約為3000Pa。實施例2選擇的濃度為12克/升的膠原溶液冷凍干燥后，壓縮至原體積的20%，用質量濃度為1%的碳二亞胺溶液5度交聯24小時，再冷凍干燥24小時得到具有一定外形特征的修復材料制品。該制品的抗壓強度約為8000Pa。實施例3選擇的濃度為12克/升的膠原溶液冷凍干燥后，壓縮至原體積的5%，用質量濃度為1%的碳二亞胺溶液20度交聯10小時，再冷凍干燥24小時得到具有一定外形特征的修復材料制品。該制品的抗壓強度約為1.5MPa。實施例4選擇的濃度為10克/升含膠原溶液，加入戊二醛交聯劑，調節戊二醛質量濃度為0.5%，冷凍干燥后用乙醇溶液潤濕該制品，壓縮至原體積的5%，用質量濃度為1%的戊二醛溶液4度交聯24小時，再冷凍干燥24小時得到具有一定外形特征的修復材料制品。該制品的抗壓強度約為5MPa。實施例5選擇的濃度為60克/升的殼聚糖溶液冷凍干燥后，壓縮至原體積的50%，用質量濃度為1.5%的碳二亞胺溶液15度交聯15小時，再冷凍干燥24小時得到具有一定外形特征的修復材料制品。該制品的抗壓強度約為8000Pa。實施例6選擇的濃度為50克/升的殼聚糖溶液冷凍干燥后，壓縮至原體積的50%,用質量濃度為1.5%的碳二亞胺溶液5度交聯20小時，再冷凍干燥24小時得到具有一定外形特征的修復材料制品。該制品的抗壓強度約為6本文檔來自技高網...

【技術保護點】
天然生物材料制品的力學強度調控方法，其特征在于包括如下步驟：　（１）將天然高分子生物材料溶液冷凍干燥得到多孔干態制品；　（２）對步驟（１）得到的制品進行壓縮；　（３）將步驟（２）壓縮后的制品進行交聯；　（４）干燥后得 到成型的修復材料制品。

【技術特征摘要】
1、天然生物材料制品的力學強度調控方法，其特征在于包括如下步驟(1)將天然高分子生物材料溶液冷凍干燥得到多孔干態制品；(2)對步驟(1)得到的制品進行壓縮；(3)將步驟(2)壓縮后的制品進行交聯；(4)干燥后得到成型的修復材料制品。2、 根據權利要求1所述的調控方法，其特征在于步驟(1)所述天然高分子生物材料溶液的濃度為1克/升 60克/升。3、 根據權利要求1所述的調控方法，其特征在于步驟(1)所述天然高分子生物材料溶液為膠原、殼聚糖、透明質酸、海藻酸鈉、明膠的單一溶液或兩種以上混合溶液。4、 根據權利要求1所述的調控方法，其特征在于步驟(1)中天然高分子生物材料在冷凍干燥前進行預交聯。5、 根據權利要求1所述的調控方法，其特征在于步驟(2)中對制品進行壓縮，體積壓縮比例范圍為5%~95%，步驟(4)干燥后得到成型的修復材料制品的壓縮強度為100帕 15兆帕。6、 ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王迎軍，吳剛，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：81[]