一种定向形貌胶原支架的制备方法及专用装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种定向形貌胶原支架的制备方法及专用装置，所述装置包括：保温盒、置物台、模具和隔热套，所述置物台置于保温盒内的底部，所述置物台内部中空且底部为开口，所述置物台与保温盒之间可任意相对移动，所述模具置于置物台表面，所述隔热套将模具未与置物台接触的外表面全部包裹。本发明专利技术采用干冰做冷源，通过本发明专利技术特定的装置对胶原溶液进行冷冻，工艺简单，安全高效，制备得到的胶原支架材料取向良好，各孔分布均匀，在取向方向上力学性能明显提高，能够更好匹配原组织的性能。

Preparation method and special device of collagen scaffold with directional morphology

【技术实现步骤摘要】
一种定向形貌胶原支架的制备方法及专用装置
本专利技术涉及胶原支架的制备方法及专用装置领域，特别是涉及一种定向形貌胶原支架的制备方法及专用装置。
技术介绍
当软组织如关节软骨、韧带和肌腱等严重损伤时，难以通过自我修复实现组织结构的重建和功能的恢复，最直接的治疗手段就是组织移植。然而自体组织移植来源有限，且易造成取材部位的损伤或功能障碍，异体移植应用于临床也存在安全风险，如疾病传播、免疫排斥反应等，因此二者的临床应用皆受限。随着生物学和材料学的发展，组织工程为软组织修复提供了新的想法和路径。组织工程包含细胞、支架和调控因子三个要素，为修复、替换人体损伤或坏死的组织和器官提供了解决途径。作为组织工程要素之一，支架材料在细胞生长、诱导细胞分化和迁移过程中起到举足轻重的作用。目前，用于组织修复支架材料包括人工生物合成材料和天然支架材料。其中，合成材料对细胞的亲和力较差，诱导细胞在材料表面粘附、生长及分化能力弱；而天然高分子材料如胶原蛋白材料因其独特的生物活性因子、良好的细胞相容性以及和正常组织类似的结构，成为目前较为理想的组织工程支架材料。有研究表明，定向和随机排列胶原支架上都能较好的支持骨髓间充质干细胞(BMSCs)生长，但定向排列胶原支架可诱导BMSCs沿着胶原纤维排列的方向铺展延伸，同时无论是力学性能或促进干细胞表达特定产物的效果皆比随机排列排列胶原支架要好。而且，这些软组织中还又存在高度有序排列的I型胶原蛋白。关节软骨、韧带和肌腱等的修复材料在径向上要求具有较好的力学性能用于承重，而传统的胶原支架孔隙紊乱，纤维结构排列无序，力学性能不能与组织修复相匹配，不能很好满足软骨修复材料的要求。具有定向形貌的胶原支架为各向异性的，尤其是在径向上有更好的力学性能，相比于传统的孔隙紊乱的胶原支架，在实际临床中具有更好的可操作性。定向形貌的支架能够更好适应体内软骨辐射层、肌腱和神经等也具有各向异性性质的部位，有利于细胞的迁移、分化，促进组织再生，并且新生组织的生物学、力学性能能够更好匹配原组织的性能。现在报道的关于定向形貌胶原支架制备方法包括使用磁场、电场诱导冰晶定向生长、静电纺丝等，这些方法耗能大、模具结构复杂、装置成本高、操作规范十分严格，并且制得的支架定向效果仍不够明显，成功定向的区域很小，材料的力学性能不好。甚至有的制备方法还需要使用到危险的冷冻源如液氨等，增加了制备时的风险，因此，定向形貌胶原支架在组织工程中的应用仍然受到很大限制。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种定向形貌胶原支架的制备方法及专用装置，能够制备具有定向形貌的胶原支架，孔隙率小，力学性能好。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种制备定向形貌胶原支架的装置，包括：保温盒、置物台和模具；所述置物台置于保温盒内的底部，所述置物台内部中空且底部为开口，所述置物台与保温盒之间可任意相对移动，所述模具置于置物台表面。进一步地，所述制备定向形貌胶原支架的装置还包括隔热套，所述隔热套将模具未与置物台接触的外表面全部包裹。在专利技术的一个具体实施例中，所述模具采用空心管状结构，使用时，采用封口胶等将空心管一端密封，加入待冷冻的溶液，再将模具置于隔热套中与之外形匹配的凹槽中，再迅速倒扣在置物台上。由于溶液具有一定的表面张力，且溶液与置物台接触后接触面的胶原溶液会迅速凝固，故其中的溶液不会漏出。利用隔热套包裹模具，可隔绝模具与环境的热交换，更好的保证定向冷冻方向上的温度梯度。进一步地，所述保温盒包括盒体和盒盖，所述盒盖与盒体配合构成密封的保温盒，所述模具和隔热套均位于保温盒内部。将保温盒设置成可密闭的结构，可进一步将整个冷冻装置与外界环境隔绝，排除外界环境对冷冻过程造成的干扰，还能减少冷源的散失，充分利用资源，节约成本。进一步地，所述置物台采用导热材料。置物台采用导热材料制得，才能将冷源的温度传递给模具中待冷冻的溶液，才能保证在取向方向上形成良好的温度梯度。进一步地，所述导热材料为金属材料。金属材料具有良好的导热性，可用于制备本专利技术中的置物台。在本专利技术的具体实施方式中，置物台采用铝合金制得。进一步地，所述保温盒采用保温材料。在本专利技术的具体实施方式中，所述保温盒为泡沫盒。进一步地，所述隔热套材质为隔热材料。隔热材料，是指能阻滞热流传递的材料，又称热绝缘材料。在本专利技术的具体实施方式中，所述隔热套材质为高密度聚苯乙烯泡沫。本专利技术还提供了一种具有定向形貌的胶原支架的制备方法，是通过在定向冷冻步骤中使用上述的装置制得；进一步地，包括如下内容：(1)将制冷物质加入保温盒中，将置物台放置于保温盒内的底部，使制冷物质完全充满置物台内部中空区域；(2)将胶原/PBS混合溶液成胶后加入到模具中，将模具放入隔热套中，再将被隔热套包裹的模具放置在置物台上，使其未被隔热套包裹的一面与置物台接触，开始定向冷冻；(3)定向冷冻结束后，将冷冻好的样品取出进行冷冻干燥即得。所述制冷物质，是指能为本专利技术制备定向胶原提供定向温度梯度的低温物质，包括但不限于液氮、干冰、冰块等，只要是能提供低温的物质均可以应用于本专利技术方法和本专利技术的装置中。在本专利技术的具体实施方式中，所采用的制冷物质为干冰。在目前制备定向胶原支架的方法中，冷冻源通常采用液氮，液氮的温度很低，很容易造成工作人员的冻伤，若不慎吸入，还会有窒息的危险。本专利技术方法中冷冻源采用干冰，较液氮而言，安全性能更高，使用也更方便。进一步地，所述胶原/PBS混合溶液先进行预聚合再加入模具中，所述预聚合是将胶原/PBS混合溶液在冰浴下保持20～40min，优选30min。进一步地，所述胶原/PBS混合溶液浓度为1～18mg/mL，pH为6.5～8.0。进一步地，所述成胶是将胶原/PBS溶液在35～40℃恒温放置5～40min；进一步地，是在37℃恒温放置10～30min。本专利技术还提供了一种具有定向形貌的胶原支架，是由上述制备方法制得；进一步地，所述胶原支架的孔隙尺寸为30～100μm，在取向方向上弹性模量为0.0025～0.0060kPa。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的专用装置，结构简单，原料易得，成本低廉，经济适用，能广泛应用于具有定向形貌的胶原支架的制备。(2)通过本专利技术的专用装置及方法制备具有定向形貌的胶原支架，制备工艺简单，方便快捷，能够在较短的时间内制备出大量的具有大面积良好定向形貌的胶原支架，同时危险系数低，制造成本低，适于推广应用和大批量生产。(3)本专利技术制备的胶原支架，具有定向形貌，胶原纤维定向排列规整，孔隙尺寸小，纵向力学性能好，可应用于人体软骨修复或关节软骨、肌腱和韧带等的再生修复。附图说明图1是本专利技术制备定向形貌胶原支架的专用装置正视剖视图；图2是本专利技术制备定向形貌胶原支架的专用装置俯视本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备定向形貌胶原支架的装置，其特征在于，包括：保温盒(1)、置物台(2)和模具(3)；/n所述置物台置于保温盒内的底部，所述置物台内部中空且底部为开口，所述置物台与保温盒之间可任意相对移动，所述模具置于置物台表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备定向形貌胶原支架的装置，其特征在于，包括：保温盒(1)、置物台(2)和模具(3)；
所述置物台置于保温盒内的底部，所述置物台内部中空且底部为开口，所述置物台与保温盒之间可任意相对移动，所述模具置于置物台表面。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括隔热套(4)，所述隔热套将模具未与置物台接触的外表面全部包裹。


3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述保温盒包括盒体(11)和盒盖(12)，所述盒盖与盒体配合构成密封的保温盒，所述模具和隔热套均位于保温盒内部。


4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述置物台采用导热材料；进一步地，所述导热材料为金属材料；更进一步地，所述金属材料为铝合金。


5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述保温盒采用保温材料；进一步地，所述保温盒为泡沫盒。


6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述隔热套材质为隔热材料；进一步地，所述隔热套材质为高密度聚苯乙烯泡沫。


7.一种具有定向形貌的胶原支架的制备方法，其特征在于，在定向冷冻步骤中使用权利要求2～6任一项所述的装置；

【专利技术属性】
技术研发人员：肖芸，张爽，黄丹阳，林海，张兴栋，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51