一种利用脉冲超声制备大孔隙率三维藻酸钙凝胶支架的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用脉冲超声制备大孔隙率三维藻酸钙凝胶支架的方法，属于三维支架材料性能优化技术领域。本发明专利技术采用交联合成方法直接塑型不同机械强度的藻酸钙三维凝胶支架；在室温下加压测试步骤一制得的三维凝胶支架的杨氏模量，初步选取力学性能稳定的三维凝胶支架；低强度脉冲超声辐照所得支架，制备大孔隙率三维凝胶支架，所述低强度脉冲超声的声压为0.055MPa，辐照时间为20min。本发明专利技术制备得到的三维凝胶支架孔隙率大、通透性良好，对细胞生长有很好的促进作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物医学工程和三维支架材料性能优化
，更具体地说，涉及一种利用脉冲超声制备大孔隙率三维藻酸钙凝胶支架的方法。
技术介绍
为了更好地模拟细胞三维培养环境，三维支架材料的研究受到广泛关注。传统二维细胞培养系统与体内情况相异，细胞会逐渐失去原有的性状。目前，细胞培养的支架分为多微孔支架、纳米纤维支架及水凝胶支架三种。多微孔支架使用方便，但其孔径(约100μm)远大于细胞平均直径(约10-20μm)，与二维培养系统相近。纳米纤维支架使用纤维状的细胞外基质蛋白能够更好地模拟三维结构，但其力学性能较差，难以实际应用。而水凝胶支架由于特殊的制备过程，在液态时包裹细胞，固态时形成交联网络并将大量细胞分散黏附于其中，使细胞能接触基质，更接近于三维培养系统。藻酸钙凝胶是一种水凝胶支架，由藻酸钠和氯化钙合成获得。在液态时合成，易于添加各种生长因子及药物，可对细胞生长及分化起到重要作用。多孔支架材料的通透性是细胞三维培养支架的重要指标。为确保细胞均匀输送和组织生长，三维支架的结构需要具备较高的通透性。研究表明，藻酸钙凝胶支架的通透性正比于它的孔隙率。改变支架的孔隙率可以通过盐浸法、快速原型法和改变聚合物的比率法等来实现。但是这些方法需要使用有机溶剂及微粒滤取，会降低生物相容性。经检索，中国专利号ZL201110109497.7，授权公告日为2012年10月17日，专利技术创造名称为：大孔交联海藻酸钠凝胶球的制备方法，该申请案将海藻酸钠和硫酸钠混合物的水溶液滴加于氯化钙溶液中，海藻酸钠形成凝胶球的同时，硫酸钠形成硫酸钙沉淀，将海藻酸钠凝胶球用乙醇洗净，然后，海藻酸钠凝胶球和环氧氯丙烷反应形成交联海藻酸钠凝胶，溶解交联海藻酸钠凝胶中的硫酸钙，洗净，制得大孔径的交联海藻酸钠凝胶球。该申请案制得的大孔交联海藻酸钠凝胶球具有良好的牛血清白蛋白吸附能力，在生物活性物质的提取和纯化方面具有良好的应用前景，但该申请案制得的海藻酸钠凝胶球无定型，且环氧氯丙烷有一定毒性，并不适用于作为细胞的三维培养支架。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术针对传统的增强组织工程支架材料通透性技术存在的有机溶剂残留和微粒滤取等问题，为了更好地模拟三维培养环境，提供了一种利用脉冲超声制备大孔隙率三维藻酸钙凝胶支架的方法；本专利技术采用交联合成方法直接塑型藻酸钙三维凝胶支架，并通过一定强度的脉冲超声辐照三维凝胶支架，增强支架材料的微孔连通性和通透性，实验证明本专利技术制备得到的通透性良好的三维凝胶支架对细胞生长有很好的促进作用。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种利用脉冲超声制备大孔隙率三维藻酸钙凝胶支架的方法，其步骤为：步骤一、采用交联合成方法直接塑型不同机械强度的藻酸钙三维凝胶支架；步骤二、在室温下加压测试步骤一制得的三维凝胶支架的杨氏模量，初步选取力学性能稳定的三维凝胶支架的溶液配方比例；步骤三、采用一定强度的脉冲超声辐照步骤二所得支架，制备大孔隙率三维凝胶支架，所述脉冲超声的声压为0.055MPa，辐照时间为20min。更进一步地，步骤一中将浓度为102mmol/L，体积分别为100μl、200μl、300μl、400μl、500μl的氯化钙溶液和500μl 1.2％w/v藻酸钠溶液通过涡旋混合器搅拌，充分混合后将混合溶液在模具中塑形5min，再将塑形制品转移到含有氯化钙溶液的培养皿中静置10min，用磷酸缓冲液清洗两次即完成不同机械强度的藻酸钙三维凝胶支架的制备。更进一步地，培养皿中氯化钙溶液体积为15ml，浓度也为102mmol/L。更进一步地，步骤二所述加压测试的压缩速率为1mm/min，三维凝胶支架的形变量为16％。更进一步地，步骤三所述脉冲超声采用1MHz的脉冲信号，占空比为1:1，脉冲个数为50，脉冲重复频率为1kHz。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：(1)本专利技术的一种利用脉冲超声制备大孔隙率三维藻酸钙凝胶支架的方法，鉴于传统将氯化钙溶液和藻酸钠溶液按比例一次性混合制备藻酸钙三维凝胶支架时，由于化学反应在瞬间完成，不便直接塑型成所需凝胶支架结构，还需后期加工，凝胶支架制备效率低的问题，通过先将微量氯化钙溶液与藻酸钠溶液充分混合，待其基本成型后再添加过量的氯化钙溶液进行定型的方法，使得凝胶支架可以直接成型，制备方法简单，能够满足不同组织结构形状的需求；(2)本专利技术的一种利用脉冲超声制备大孔隙率三维藻酸钙凝胶支架的方法，采用一定声压的脉冲超声对三维凝胶支架进行辐照，可以有效调节凝胶支架的孔隙率和通透性，进而调整凝胶支架的降解速度，能够适应不同组织生长的要求。附图说明图1中的(a)～(e)分别为本专利技术中氯化钙溶液与藻酸钠溶液的体积比为1:5、2:5、3:5、4:5和5:5时制备得到的三维凝胶支架形态图；图2为本专利技术测得的不同配比三维凝胶支架的杨氏模量；图3为本专利技术中超声增强三维凝胶支架孔隙率的系统结构示意图；图4为本专利技术中三维凝胶支架的截面扫描电镜图，图4中的(a)为灰度图像，图4中的(b)为二值图像；图5中的(a)为未采用超声辐照时三维凝胶支架的截面扫描电镜图；图5中的(b)为采用声压为0.055Mpa的低强度脉冲超声，辐照20min后的三维凝胶支架截面扫描电镜图；图6为低强度脉冲超声作用前后三维凝胶支架的孔隙率变化图；图7为低强度脉冲超声作用前后细胞增殖率变化图。示意图中的标号说明：1、信号发生器；2、功率放大器；3、水槽；4、吸声板；5、除气水；6、培养皿；7、样品台；8、平面超声换能器。具体实施方式为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。实施例1结合附图，本实施例的一种利用脉冲超声制备大孔隙率三维藻酸钙凝胶支架的方法，具体步骤如下：步骤一、采用交联合成方法直接塑型不同机械强度的藻酸钙三维凝胶支架：将1.132g氯化钙(CaCl2)纯品溶解在100ml去离子纯水中，搅拌均匀，得到102mmol/L氯化钙溶液，置4℃保存。将藻酸钠纯品溶于去离子纯水中，得到1.2％w/v溶液，置4℃保存。分别将体积为100μl、200μl、300μl、400μl和500μl的氯化钙溶液与500μl 1.2％藻酸钠溶液通过涡旋混合器搅拌，在15ml离心管中以1800r/min的速率快速充分混合20s。将充分混合的溶液置于圆柱形定制模具(直径10mm，高10mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用脉冲超声制备大孔隙率三维藻酸钙凝胶支架的方法，其步骤为：步骤一、采用交联合成方法直接塑型不同机械强度的藻酸钙三维凝胶支架；步骤二、在室温下加压测试步骤一制得的三维凝胶支架的杨氏模量，初步选取力学性能稳定的三维凝胶支架的溶液配方比例；步骤三、采用一定强度的脉冲超声辐照步骤二所得支架，制备大孔隙率三维凝胶支架，所述脉冲超声的声压为0.055MPa，辐照时间为20min。

【技术特征摘要】
1.一种利用脉冲超声制备大孔隙率三维藻酸钙凝胶支架的方法，其步骤为：
步骤一、采用交联合成方法直接塑型不同机械强度的藻酸钙三维凝胶支架；
步骤二、在室温下加压测试步骤一制得的三维凝胶支架的杨氏模量，初步选取力学性能
稳定的三维凝胶支架的溶液配方比例；
步骤三、采用一定强度的脉冲超声辐照步骤二所得支架，制备大孔隙率三维凝胶支架，
所述脉冲超声的声压为0.055MPa，辐照时间为20min。
2.根据权利要求1所述的一种利用脉冲超声制备大孔隙率三维藻酸钙凝胶支架的方法，
其特征在于：步骤一中将浓度为102mmol/L，体积分别为100μl、200μl、300μl、400μl、500μl
的氯化钙溶液和500μl 1.2％w/v藻酸钠溶液通过涡旋混合器搅拌，充分混合后将混合溶液在<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭各朴，屠娟，卢璐，章东，郭霞生，邱媛媛，
申请(专利权)人：南京大学，南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32