[發(fā)明專利]提高膠原纖維材料抗拉強(qiáng)度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410392802.1
• 申請(qǐng)日: 2014-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104213238A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪海波;趙燕;汪海嬰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢輕工大學(xué)
• 主分類號(hào): D01F4/00
• 分類號(hào): D01F4/00;C08J3/24;C08L89/00;C08K5/07
• 代理公司: 武漢開(kāi)元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 杜傳青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)生物材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高膠原纖維材料抗拉強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，天然膠原(特別是Ⅰ型膠原)在生物醫(yī)學(xué)材料、醫(yī)學(xué)組織工程、醫(yī)學(xué)美容等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。如膠原海綿在創(chuàng)傷修復(fù)、快速止血中的應(yīng)用；膠原膠在面部皮膚除皺、靶向藥物制備及藥物緩釋中的應(yīng)用；膠原復(fù)合材料在人造血管、人造皮膚和骨骼、人工眼角膜移植以及人造跟腱和肌腱/韌帶等醫(yī)學(xué)組織工程中的應(yīng)用。

良好的抗拉強(qiáng)度是醫(yī)學(xué)組織工程材料要求的一項(xiàng)重要指標(biāo)。如人造跟腱、人造肌腱材料在植入跟腱或肌腱/韌帶的缺損部位后，不僅要求材料具有良好的誘導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)功能，同時(shí)要求材料具有較好的抗拉強(qiáng)度以承受人體運(yùn)動(dòng)應(yīng)力并確保材料在機(jī)體自身組織修復(fù)完整之前保持良好的材料形態(tài)和力學(xué)性能。但是，現(xiàn)有的膠原基生物材料抗拉伸強(qiáng)度往往不能滿足醫(yī)學(xué)組裝工程應(yīng)用的實(shí)際需求。

自組裝(膠原纖維重組)是天然膠原的重要分子行為特征。研究發(fā)現(xiàn)，生物體內(nèi)以自組裝模式形成的膠原纖維在熱穩(wěn)定性、耐酶降解性和生物力學(xué)性能等方面均顯著優(yōu)于膠原單體分子的體外性能表現(xiàn)。因此，利用纖維重組的方法制備膠原基生物材料成為提升膠原材料各項(xiàng)性能的一種有效手段。如，中國(guó)授權(quán)發(fā)明專利CN100372579C提供了一種含有自體組織化磷灰石-膠原復(fù)合體的交聯(lián)磷灰石-膠原多孔體及其制備方法，該方法利用纖維重組技術(shù)制備哺乳動(dòng)物膠原和磷灰石的復(fù)合材料，可用于骨組織工程；中國(guó)授權(quán)發(fā)明專利CN101323670B公開(kāi)了一種醫(yī)用級(jí)重建膠原交聯(lián)改性的方法，該方法利用纖維重組技術(shù)改進(jìn)膠原的性能并應(yīng)用于醫(yī)用生物材料。

膠原的體外纖維重組分為成核、纖維成長(zhǎng)和平衡三個(gè)階段。其中，成核階段是數(shù)個(gè)膠原單分子有序聚集形成膠原微纖維的過(guò)程，該過(guò)程中膠原微纖維的形態(tài)、分布決定了最終膠原纖維的形態(tài)分布。在正常情況下，膠原微纖維的分布和取向是完全隨機(jī)的，因此最終獲得的重組膠原纖維材料中膠原纖維的分布方向也是各向同性的。為了滿足醫(yī)學(xué)組織工程領(lǐng)域的需求，特別是對(duì)材料抗拉強(qiáng)度的要求，有學(xué)者嘗試制備具有相同取向分布的膠原纖維材料。如，利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)或流體力學(xué)誘導(dǎo)的方法在膠原纖維重組過(guò)程中驅(qū)使膠原纖維分布方向趨于一致。中國(guó)發(fā)明專利CN102341436A公開(kāi)了一種取向膠原凝膠的制備方法，該方法利用纖維重組技術(shù)結(jié)合流體力學(xué)作用制備具有高度取向的膠原凝膠。這種具有一致纖維取向的材料的優(yōu)勢(shì)在于：由于膠原纖維分布方向一致，從而極大地提高了材料的抗拉伸強(qiáng)度，同時(shí)，在醫(yī)學(xué)組織工程領(lǐng)域中，這種材料能誘導(dǎo)細(xì)胞沿纖維取向方向遷移和增殖，從而能更快地修復(fù)跟腱、肌腱/韌帶組織。但是，這種利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)或流體力學(xué)誘導(dǎo)的制備方法亦存在不足，如操作條件要求高、所需儀器設(shè)備復(fù)雜、不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模樣品的制備等。本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)便方法以制備具有相同纖維取向趨勢(shì)的膠原纖維材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種簡(jiǎn)便且能有效增強(qiáng)膠原纖維材料抗拉強(qiáng)度的方法，以滿足人工跟腱、肌腱等醫(yī)用材料對(duì)材料抗拉性能的要求。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

1)在冰浴條件下，用醋酸水溶液溶解天然膠原蛋白，并對(duì)磷酸鹽緩沖溶液(即PBS)透析以調(diào)節(jié)膠原溶液pH，得到膠原濃度為1～20mg/mL、pH為6.0～9.0的膠原溶液；

2)將膠原溶液轉(zhuǎn)入置于離心機(jī)中的離心管內(nèi)，在15～45℃條件下，控制相對(duì)離心力為1～30g，離心5～120分鐘；所述離心機(jī)的轉(zhuǎn)子為水平轉(zhuǎn)子(swing-out?rotor)；

3)將步驟2)處理后的離心管垂直置于25～45℃水浴或恒溫培養(yǎng)箱中，靜置2～48小時(shí)得到膠原膠；

4)在室溫條件下，將步驟3)得到的膠原膠置于0.5％～10％的戊二醛水溶液中交聯(lián)1～24h，隨后用蒸餾水反復(fù)漂洗；

5)在室溫條件下，將步驟4)得到的交聯(lián)膠原膠自然干燥12～36小時(shí)后，置于鼓風(fēng)干燥箱中，在25～45℃條件下繼續(xù)干燥12～36小時(shí)，得到膠原纖維材料。

進(jìn)一步地，所述步驟5)在自然干燥過(guò)程中，將膠原膠的一端垂直向下固定，向另一端持續(xù)施加0.1～10N的垂直拉力。

進(jìn)一步地，所述步驟1)中，所述天然膠原是從哺乳動(dòng)物、魚(yú)類、兩棲動(dòng)物的皮膚、跟腱組織中提取并分離純化的具有完整三螺旋分子結(jié)構(gòu)的天然膠原。

進(jìn)一步地，所述步驟1)中，所述醋酸水溶液的濃度為0.1～1.0mol/L，對(duì)磷酸鹽緩沖溶液透析的溫度為0～10℃。