一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体及制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于组织工程生物支架材料及其制造技术领域，公开了一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体及制备方法及装置，首先分别配制藻酸钠溶液与纳米黏土溶胶，两者均匀混合得到藻酸钠/纳米黏土纳米复合水凝胶。进一步在此水凝胶中混入干细胞悬液，另外还可加入生物活性因子或药物成分。然后，采用主要由高压电源和微量注射泵组成的静电液滴法微载体制备装置，使用盛有稀氯化钙溶液的敞口玻璃容器作为微载体的接收装置，设置适宜的注射速度和电压。本发明专利技术制得的藻酸盐/纳米黏土复合微载体和单纯藻酸盐微载体相比机械性能更强，且具有藻酸盐微载体所不具备的药物缓释能力，在干细胞治疗和组织工程领域具有极佳的应用前景。

A kind of alginate/nano-clay composite microcarrier and its preparation method and device

The invention belongs to the field of tissue engineering biological scaffold material and manufacturing technology, and discloses an alginate/nano-clay composite microcarrier and its preparation method and device. First, sodium alginate solution and nano-clay sol are prepared separately, and both are evenly mixed to obtain alginate/nano-clay nano composite hydrogel. Furthermore, stem cell suspension was added into the hydrogel, and bioactive factors or drug components could also be added into the hydrogel. Then, an electrostatic droplet method microcarrier preparation device consisting of a high voltage power supply and a microinjection pump is used. An open glass container containing dilute calcium chloride solution is used as the receiving device of the microcarrier, and an appropriate injection speed and voltage are set. The alginate/nano-clay composite microcarrier prepared by the invention has stronger mechanical properties than the alginate microcarrier alone, and has the drug sustained release capability that the alginate microcarrier does not possess, and has excellent application prospect in the field of stem cell therapy and tissue engineering.

【技术实现步骤摘要】
一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体及制备方法及装置
本专利技术属于组织工程生物支架材料及其制造
，涉及一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体及制备方法及装置。
技术介绍
上个世纪八十年代，出现了“组织工程”的概念，在组织和器官损伤方面是一种的革命性的治疗手段。在“组织工程”领域，最受关注的问题之一就是如何获得足够数量的原始表型的种子细胞，以及如何制备出性能优异的生物支架材料，使支架材料能够装载生物活性成分如各类细胞因子，并使其达到长时间的缓慢释放，充分发挥其效能。细胞、支架材料和生物活性因子可以分别看成是种子、土壤和肥料，三者协同作用才能达到最优的生物学效能。细胞微载体是指用生物相容性优良的材料包裹细胞以形成微球体或使细胞附着于已成形的微球表面形成细胞聚集体的技术，自1967年VanWezel成功制作微载体并应用于细胞培养以来，微载体技术快速发展，各种各样商业化微载体的不断地研制成功和上市。尽管微载体技术的专利技术最初是为了以3D的方式培养细胞，但是其特有的性质与“组织工程”技术不谋而合。微载体材料可以看做是“组织工程”中的支架材料，将微载体技术应用于组织工程最大的优势就是，由微载体及其负载的细胞形成的微组织可以直接转移到受损部位，避免了胰酶消化对细胞产生的不利影响。同时，值得注意的是微载体具有良好的生物相容性，合适的半透性、较强的机械稳定性和较低的免疫原性能保证细胞在微载体中形成一种三维微组织。此外，微载体的多孔性结构允许白蛋白、营养物质及代谢物的自由弥散，细胞可以从外界获得养分，同时微载体又能抵抗外界物理刺激以保护细胞。海藻酸盐材料是一种天然来源的多糖碳水化合物，其优良的生物相容性和遇Ca2+迅速物理交联的性质使其成为组织工程中最早应用的细胞支架材料之一。近年来已有研究者将该材料用于制作微载体，将脂肪干细胞装载于海藻酸盐微球中，具有很高的细胞的存活率，然而其药物缓释功能较差。近年来，纳米黏土材料在生物材料、药物缓释和组织再生领域受到重点关注，在组织再生领域，将纳米黏土材料与其他种类的聚合物生物材料相混合，通过聚合物分子链和纳米黏土粒子之间物理性的有力连接，能显著提升生物材料的机械性能和生物学性能，Xavier等将纳米硅酸镁锂(Laponite)作为赋形剂与具有光固化能力的明胶-甲基丙烯酸酯(GelMA)相结合，得到了一种具有优良生物相容性的水凝胶材料，能够促进细胞的粘附、增殖和分化。而在药物缓释领域，Dawson等成功应用纳米硅酸镁锂(Laponite)作为药物缓释载体将纳米黏土作为药物缓释载体，材料能持续的缓释白蛋白，溶菌酶以及具有生物活性的血管内皮生长因子。澳大利亚专利AU2015101219A公开了一种3D细胞支架材料的制备方法，主要是通过将自体细胞与灭菌后的水凝胶材料均匀混合，将混合材料挤出到促交联介质中以获得包裹细胞的微球体。此方法制作微载体方法简便易行，效率较高，然而该方法受限于所用材料本身的性质，无法实现在微载体中装载各类生物活性因子。美国专利US20170065746A公开了一种使用特殊的温敏水凝胶材料将心脏细胞包裹，使用微孔模具制作成微球体的方法。该方法对凝胶材料本身的要求较高，制作方法较为繁琐，微载体制造效率较低。另外也无法实现生物活性成分的负载。中国专利CN201110135834.X公开了一种海藻酸盐水凝胶微载体的制备方法。利用悬浮交联法，通过化学反应使海藻酸盐发生交联，冷冻干燥后形成微球体，应用时将微球体浸入肝素溶液、纤连蛋白溶液、生长因子溶液等将海藻酸盐材料改性以符合间充质干细胞粘附生长要求。该方法简便易行，但未能克服海藻酸盐材料无法长时间缓释生长因子，药物或其他生物活性成分的缺点，现有的反应体系中生物材料灭菌要求较高。综上所述，国内外现有的专利技术方法均是将使用各类细胞支架材料与细胞结合制成微载体，而不能赋予微载体较好的药物缓释能力以及更佳的机械性能。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体的制备方法及装置，纳米黏土材料与海藻酸盐材料相结合，并通过静电挤出方法制成微载体以一种新颖，简便的方式实现了微载体的载药，同时保证了细胞存活率；具有较好的药物缓释性能，根据药物性质不同，药物可持续释放7天以上。解决以上技术问题的本专利技术中的一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体，其特征在于：所述载体包括藻酸盐溶液和纳米黏土溶胶，藻酸盐溶液与纳米黏土溶胶用量体积比例为1：1，藻酸盐主要以藻酸钙形式存在，其中Ca2+的质量分数为10％-13％，优选为12％。优化方案中，所述载体包括待缓释药物和/或细胞；所述待缓释药物为生物活性因子或药物分子，包括各种多肽、蛋白质等生长因子或小分子药物或其组合，优选分子量小于80kD的因子以达到较好的缓释效果；所述细胞为贴壁性细胞或干细胞，优选干细胞，如骨髓间充质干细胞或牙髓干细胞，通过移植干细胞的方法以达到组织再生的目的。所述藻酸钠溶液质量百分比浓度为1～3％，优选2％；所述纳米黏土溶胶质量百分比浓度为0.1～3％，优选1％；所述Ca2+溶液为CaCl2溶液，溶液摩尔浓度为0.05～0.3mol/L。所述藻酸盐为海藻酸钠或海藻酸钾，25℃时以1％质量分数溶于水中，其粘度范围为4-12cP，纯度应高于99％；所述纳米黏土材料为具有纳米片层结构的天然提取或人工合成的各种层状硅酸盐材料的一种或几种的混合物，优选方案中为纳米蒙脱土(MMT)，纳米皂石(Saponite)或纳米硅酸锂镁(Laponite)一种或几种，各组分纯度应高于95％；所述藻酸盐溶液的溶剂为生理盐水或超纯水，纳米黏土溶胶的助溶剂为超纯水。进一步优化方案中，所述载体呈球形，粒径100μm～600μm，优选200μm～400μm。所述载体在5kV～20kV的高压静电场中流动形成；优选12kV。本专利技术中一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体的制备方法，包括以下步骤:(1)原材料准备和粉碎：准备各样原材料，并将藻酸盐和纳米黏土粉碎成粉，两种成分粒度小于50μm。(2)水凝胶配制：将藻酸盐粉末溶于溶剂中，配制成海藻酸钠溶液；将纳米黏土材料粉末溶于助溶剂中，配制成纳米黏土溶胶，再将两者混合，以300r/min振荡5分钟以上后静置，得到藻酸盐/纳米黏土复合水凝胶；(3)静电液滴法制备：将复合水凝胶装入静电液微滴装置中，使复合水凝胶液滴连续滴出到含Ca2+溶液中，边滴出边搅拌，形成藻酸盐/纳米黏土复合微载体；(4)收集：使用过滤装置收集微载体，再经过生理盐水冲洗即可。经过50目或小于50目细胞筛滤过可收集成胶后形成的微载体，经过生理盐水冲洗三次即可应用；生理盐水冲洗的目的是去除多余的Ca2+，以避免其对细胞的损伤。优化方案中，所述步骤(2)中滴出速度为4～12ml/h，搅拌速度为150～500rpm，优选300rpm。若滴出速度太慢，则微载体形态不稳定，且制造效率低；若挤出速度太快，制作出的微载体粒径可能大于600μm，不利于细胞与外界的营养交换。制备方法中藻酸盐溶液质量百分比浓度1～3％，纳米黏土溶液质量百分比浓度为0.1～3％，溶剂为生理盐水或超纯水，助溶剂为超纯水，含Ca2+溶液为0.05～0.3mol/l的CaCl2溶液。微球的形成机制为藻酸钠材料遇Ca2+成胶，加入纳米黏土获得其缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体，其特征在于：所述载体包括藻酸盐溶液和纳米黏土溶胶，藻酸盐溶液与纳米黏土溶胶用量体积比例为1：1，藻酸盐主要以藻酸钙形式存在，其中Ca

【技术特征摘要】
1.一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体，其特征在于：所述载体包括藻酸盐溶液和纳米黏土溶胶，藻酸盐溶液与纳米黏土溶胶用量体积比例为1：1，藻酸盐主要以藻酸钙形式存在，其中Ca2+的质量分数为10%-13%。2.根据要求1中所述一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体，其特征在于：所述载体包括待缓释药物和/或细胞；所述待缓释药物为生物活性因子或药物分子，包括各种多肽、蛋白质等生长因子或小分子药物或其组合，优选分子量小于80kD的因子；所述细胞为贴壁性细胞或干细胞，优选干细胞，更优选骨髓间充质干细胞或牙髓干细胞。3.根据权利要求1或2所述的一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体，其特征在于：所述藻酸钠溶液质量百分比浓度为1～3％，优选2%；所述纳米黏土溶胶质量百分比浓度为0.1～3％，优选1%；所述Ca2+溶液为CaCl2溶液，溶液摩尔浓度为0.05～0.3mol/L。4.根据权利要求1或3所述的一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体，其特征在于：所述藻酸盐为海藻酸钠或海藻酸钾；所述纳米黏土材料为具有纳米片层结构的天然提取或人工合成的各种层状硅酸盐材料的一种或几种的混合物，优选方案中为纳米蒙脱土，纳米皂石或纳米硅酸锂镁一种或几种；所述藻酸盐溶液的溶剂为生理盐水或超纯水，纳米黏土溶胶的助溶剂为超纯水。5.根据权利要求1所述的一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体,其特征在于：所述载体呈球形，粒径100μm～600μm，优选200μm～400μm。6.根据权利要求5所述的一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体，其特征在于：所述载体在5kV～20kV的高压静电场中流动形成；优选12kV。7.一种藻酸盐/纳米黏土复合微载体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤:(1)原材料准备和粉碎：准备各样原材料，并将藻酸盐和纳米黏土粉碎成粉，两种成分粒度小于50μm；（2）水凝胶配制：将藻酸钠粉末溶于溶剂中，配制成海藻酸钠溶液；将纳米黏土材料粉末溶于助溶剂中，配制成纳米黏土溶胶，再将两者混合，振荡或搅拌均匀后静置，得到藻酸盐/纳米黏土复合水凝胶；(3)静电液滴法制备：将复合水凝胶装入静电液...

【专利技术属性】
技术研发人员：田卫东，谢利，张锐涛，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51