[发明专利]一种浓缩用于关节软骨再生的胶原蛋白溶液的装置和方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种浓缩用于关节软骨再生的胶原蛋白溶液的核心装置和方法。具体而言，本发明涉及在低温和真空下使用所述装置浓缩胶原蛋白溶液的方法。

背景技术

软骨损伤与软骨退行性病变的治疗长久以来一直是医学界的世界性难题。经过科学家的研究，发现并证实胶原蛋白可以诱导人体干细胞生成新的软骨。虽然胶原蛋白已被广泛用于整形外科、伤口护理等领域，但用于其加工、提取的方法所限，并且不适用于软骨和软组织再生。

胶原蛋白是脊椎动物中存在的主要结构蛋白。天然的胶原蛋白可获得自各种驯养动物。胶原蛋白可溶解在水性稀酸或碱溶液中，以形成液相。溶液中胶原蛋白的浓度越高，溶液的粘度越高。使通过从各种原料提取产生的胶原蛋白进行过滤，以产生医用级材料。但是，过滤之后，胶原蛋白的浓度非常低，例如，按重量计约0.1％。

为了获取可用于关节软骨再生的浓缩胶原蛋白溶液，已经尝试和进行了各种方法。例如，使用氯化钠从水和胶原蛋白的溶液沉淀胶原蛋白。将高度浓缩的氯化钠溶液添加至胶原蛋白溶液，以获得0.7M氯化钠溶液，用于沉淀的目的。随后，通过重力分开沉淀的胶原蛋白。因为在最终的用于人应用的胶原蛋白产物中不希望有氯化钠，并且残留的高度浓缩的氯化钠可能阻碍干细胞分化成软骨细胞，所以需要通过另外的去除过程将在胶原蛋白制造过程中添加的氯化钠去除，而这样会增加方法的步骤的数量和增加成本。因此，需要不使用氯化钠而浓缩胶原蛋白溶液的方法。

现有技术也使用过滤器进一步从胶原蛋白和水的混合物分离胶原蛋白。使用压缩力或挤出力将混合物溶液挤过过滤器表面，以迫使水离开混合物溶液，由此浓缩胶原蛋白溶液。但是，当胶原蛋白的浓度从1％增加至3％，或从3％增加至6％时，用过滤器的压缩方法不能很好地起作用，因为混合物溶液已经太浓，使得水在该过程中不能从这样浓的混合物溶液分离，所以往往达不到软骨再生所需要的浓度。因此，需要不使用过滤器和压缩力而浓缩物胶原蛋白的方法。

现有技术也使用在高温(约120℃)下加热，以进一步将胶原蛋白从胶原蛋白和水的混合物分离。施用热通过水的蒸发从混合物去除水。但是，加热的缺点是耗时(例如，1-2天)，因为水的蒸发在混合物溶液的顶面进行缓慢。而且，加热不均会破坏胶原蛋白的微观结构，不利于作为骨细胞的生长基质。因此，仍需要不使用在高温下加热而浓缩物胶原蛋白的方法。

现有技术也使用离心力，以进一步将胶原蛋白与胶原蛋白和水的混合物分开。该方法基于水和胶原蛋白之间密度的差异。但是，水和胶原蛋白之间的密度差异不是非常大，因而使用离心力分离不能非常有效地用于胶原蛋白溶液，所以往往达不到软骨再生所需要的浓度。因此，需要不用离心力而浓缩物胶原蛋白的方法。

鉴于上述现状，需要开发新的没有上面提到的缺点的方法用于浓缩可用于关节软骨再生的胶原蛋白溶液。

发明内容

本发明涉及在低温和真空下浓缩胶原蛋白溶液的装置和方法。该装置和方法能够以低成本和高效率使胶原蛋白溶液的浓度从按重量计0.5％增加至1％，或从3％增加至6％。通过这样的方式产生的胶原蛋白，经试验验证尤其适于关节软骨再生。

一方面，本发明提供了用于浓缩胶原蛋白溶液的装置，其包括

(i)密封壳体；

(ii)用于容纳胶原蛋白溶液的至少一个托盘，其设置在所述壳体中并且包括外侧壁和底面；

(iii)电机，其具有基本上垂直于所述托盘设置的电机轴；

(iv)至少一个搅拌装置，其由所述电机轴驱动并且包括用于搅拌胶原蛋白溶液的至少一个叶片，所述叶片的下边缘被限定并且设置为基本上平行于所述托盘的底面移动，所述下边缘和所述托盘底面之间的距离为1.0至3.0cm；

(v)用于控制所述壳体内真空度的真空泵；

(vi)用于控制所述壳体内温度的温度控制器。

优选地，所述托盘的外侧壁的高度是2.0至5.0cm。

优选地，所述托盘的底面的面积是100至1,000cm²。

优选地，所述外侧壁的高度与所述托盘的底面的径向尺寸的比例是0.1至0.5。

优选地，所述托盘的形状是正方形或圆形；更优选为圆形。

优选地，所述装置包括2-20个，优选地2-12个，更优选地2-7个托盘，所述托盘的底面彼此平行。此外，所述装置包括多个搅拌装置，其中每个托盘上方设置一个搅拌装置。更优选地，每个托盘还包括内侧壁和内侧壁限定出的中心孔，并且所述电机轴设置为穿过托盘的中心孔。优选地，每个搅拌装置包括1-10个，优选为2-6个，更优选为3个叶片。