[发明专利]一种细菌纤维素支架材料的制备方法及其制品

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，涉及一种细菌纤维素支架材料的制备方法及其制品，特别是涉及一种细菌纤维素纳米三维网络结构中均匀分布着微米级大孔的细菌纤维素支架材料的制备方法及其制品，具体地说是以氯化钠晶体作为致孔剂得到一种细菌纤维素纳米三维网络结构中均匀分布着微米级大孔的细菌纤维素支架材料的方法及其制品。

背景技术

组织工程是应用工程学和生命科学的原理与方法，将在体外培养、扩增的功能相关的活细胞种植于多孔支架，细胞在支架上增殖、分化，构建生物替代物，然后将之移植到组织病损部位，达到修复、维持或改善损伤组织功能的一门科学。其核心内容是构建一个由细胞和生物材料组成的一个三维复合体(组织或器官)。目前随着组织工程的发展，作为组织工程三要素之一的生物支架材料越来越受到研究人员的重视，已经成为影响组织工程发展的最重要环节。

组织工程支架材料为细胞、组织的重建提供了必要的三维空间和力学支持，起到模拟细胞外基质(Extra cellular matrix，ECM)的作用。具有良好的组织相容性；生物可降解性和适合的降解率；适合的孔径和孔隙率，利于细胞的增殖和黏附，以及营养物质的渗入和细胞代谢产物的排出。

组织工程支架材料的发展经历了从微米级支架，微米级纤维支架到纳米级纤维支架的过程。对于支架的构建应该在宏观、微观、纳观上同时进行。这是因为由胶原蛋白、蛋白多糖、糖胺聚糖、层连蛋白和弹性蛋白等组成的体内细胞外基质是三维纳米结构(50～500nm)，ECM中存在纳米尺度的孔、纤维和隆起。它不只具有连接、支持、保水、抗压及保护等物理学作用，而且对细胞的基本生命活动发挥全方位的生物学作用。因此组织工程支架材料应该具有能够模拟细胞外基质的三维纳米结构。同时为了保证细胞的培养过程中能够进入材料内部，组织工程支架材料还应具有适合细胞增殖和黏附的微米级大孔(50～250μm)。

细菌纤维素(Bacterial Cellulose，BC)作为一种优良的生物材料，具有其独特的物理、化学和机械性质：BC的微纤丝束直径为3～4nm，而由微纤维束连接成的纤维丝带宽度为70～80nm具有天然的三维纳米网络结构；高抗张强度和弹性模量；高亲水性，良好的透气、吸水、透水性能，非凡的持水性和高湿强度。大量研究表明细菌纤维素具有良好的体内、体外生物相容性和良好的生物可降解性，极好的形状维持性能和形状可调控性。这使得细菌纤维素本身已经可以作为组成工程材料使用，但由于天然的细菌纤维素没有微米级大孔，细胞只能在表面黏附、增殖，不能进入材料内部。因此，制备出细菌纤维素纳米三维网络结构中均匀分布着微米级大孔的细菌纤维素支架材料对其在组织工程中的应用尤为重要。

最近分别使用淀粉、石蜡作为致孔剂在木醋杆菌在发酵时制备出具有一定孔径的三维组织工程细菌纤维素血管支架材料，材料孔径、厚度、连通性均可通过改变致孔剂的尺寸和发酵条件来控制，细菌纤维素良好的塑型性使得其作为组织工程支架时，可以更好的控制孔径与孔隙率以满足不同组织构建时的需要。但是存在的问题是，发酵时间较长，工艺较为复杂，并且难以完全去除支架材料中制孔剂。中国专利CN101288778A公布了一种采用冰晶作为致孔剂对发酵后的细菌纤维素进行处理制备出含有大孔的细菌纤维素组织工程支架材料的方法。但此方法在冷冻干燥时由于冰晶升华产生的大孔容易形成塌陷，造成材料结构的破坏。

氯化钠晶体是一种安全、无毒的制孔剂材料，已广泛用于制备多孔组织工程支架材料。段志军等将氯化钠晶体颗粒加入到溶解度较小的聚乙烯醇的二甲基亚砜/水溶液中，均匀搅拌后迅速冷冻，并利用蒸馏水置换出凝胶中的溶剂和氯化钠颗粒，并得到具有三维多孔结构的聚乙烯醇支架材料。然而氯化钠晶体颗粒通常是均匀分散在未成型的原料中后才能制备多孔支架材料，而对于细菌纤维素膜是一种成型产品，若将其溶解或打浆会造成细菌纤维素膜力学性能满足不了支架材料的要求，氯化钠晶体颗粒则不能通过在溶解或打浆的细菌纤维素原料均匀分散后来制备多孔支架材料，因此需要寻求一种利用氯化钠晶体在已成型的细菌纤维素膜制备多孔支架材料的有效方法，并得到孔径可控的细菌纤维素纳米三维网络结构中均匀分布着微米级大孔的细菌纤维素支架材料。

发明内容