生物衍生材料製作方法及其裝置的製作方法
2023-04-25 14:52:36
專利名稱：生物衍生材料製作方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及生物衍生材料製作系統，特別是保留一定生物組織基本結構，基本除去抗原性的生物衍生材料的製作方法及其裝置。
背景技術：
因疾病、創傷而致的組織/器官缺損病人越來越多，已成為最常見的臨床問題，是致殘和死亡的重要原因。在現有技術中組織/器官缺損常用替換植入方法治療。現有的替換物包括異種、同種異體、自體組織/器官和人工材料。異種組織移植引起相當快速的排斥反應，用於臨床還需時日；同種異體組織移植排斥反應不可避免，且組織有限，不便於批量生產；自體組織移植會造成供區疼痛、感染、損傷及所能提供的組織來源有限，不可能產業化；傳統的人工材料植入體內後引起異物反應，繼發感染、裸露及癒合不良等，這就使得科學工作者去尋求更加理想的組織替代物。隨著新的醫用生物材料的不斷開發，給臨床組織/器官缺損的治療帶來了新的希望。臨床上要求組織/器官替代物具備以下條件要有良好的生物相容性，永久性替代物不應有磨損；暫時性替代物應具有組織再生引導性/誘導性，要求具有材料降解與組織再生同步、理想的表面特性及較高的孔隙率；替代物與宿主組織的力學性能相匹配。但從臨床試驗的結果來看，單純的無機材料具有易碎、力學性能不匹配及癒合延遲等缺點；單純的有機材料替代物存在力學強度差，降解產物堆積引起酸性環境不易於組織癒合等缺點；無機材料與有機材料的複合，受到目前材料製作工藝水平的限制，難以達到臨床需要的替代物；用於修復軟組織及器官缺損的人工合成材料替代物很欠缺。
生物衍生材料是利用生物組織/器官，經過特殊處理，去掉其抗原性，保留其基本結構及部分生物活性的一類材料。這類材料不但克服了人工材料的現有缺點、滿足臨床應用，而且來源不受限、製作簡單、便於批量生產，是目前較為理想的生物材料(Dahms SE，Pieiechota HJ，Dahiya R，etal.Composition and biomechanical properties of the bladder acelluarmatrix graftcomparative analysis in rat，pig and human.BritiShJournal of Urology(1998).82.411-419)。但現有的生物衍生材料製作方法存在以下缺點(1)組織/器官與處理介質進行靜態處理，使得處理介質不易滲入，處理時混合不均勻、不充分，在組織/器官本體內殘留下本該去除的成份，影響了製作的生物衍生材料的性能。(2)在組織/器官的處理過程中，未能充分保證恆溫(37℃)狀態，使得組織/器官的生物活性損失太多，保存下來的生物活性物質減少，不利於生物衍生材料發揮應有的組織誘導作用。(3)在生物衍生材料製作過程中，沒有充分考慮處理介質中去除成份的飽和問題，這樣，造成了處理的生物衍生材料本體內始終殘存了要去除的成份，使生物衍生材料處理不徹底、不充分。(4)現有的生物衍生材料處理方法，其處理時間靠人工方法粗略控制，處理介質佔生物組織/器官的比例也是人為的，使其每次處理時工藝流程的控制參數有很大的差異，難以控制處理的生物衍生材料的質量，不利於實現產品製作的標準化。
發明內容
本發明的目的在於提供一種結構簡單、使用方便，由微電腦控制工作時間、旋轉速度，由溫控儀控制溫度，在動態、恆度條件下，獲得處理徹底、充分、具有組織/器官基本結構、基本去除抗原性的生物衍生材料的方法及其裝置。
本發明的製作方法是將生物組織/器官去除不需要的部分組織後置於本設計的裝置中加入處理介質進行處理，處理過程包括(1)去除脂肪；(2)去除脂蛋白和糖蛋白；(3)去除組織中的細胞；(4)去除細胞內外抗原性蛋白質，從而得到具有組織/器官基本結構、基本去除抗原性的生物衍生材料，上述生物組織/器官包括(1)軟組織，包括動物神經、肌腱、韌帶、皮膚、血管、心包、心瓣膜、膀胱、大腸、小腸；(2)硬組織，包括動物骨、軟骨、牙齒；上述的處理介質包括(1)生化試劑，包括過氧化氫、胰蛋白酶、膠原蛋白酶、Triton X-100、疊氮化鈉、食品清洗劑；(2)有機溶劑，包括三氯甲烷、甲醇、乙醇、石油醚；(3)鹽，包括硫酸銨、氯化銨、碳酸鈉。
生物衍生材料處理工藝條件(1)成形加工在室溫下用砂線切割機和手術器械，並用生理鹽水衝洗，處理時間為2.0～4.0小時；(2)脫脂清洗在37℃下在清洗槽內用10％～30％的過氧化氫，處理24～48小時；(3)漂洗在室溫下在清洗槽內用去離子水漂洗3次；(4)脫蛋白清洗在37℃下用氯仿-甲醇3∶1，處理12-72小時；(5)漂洗在室溫下，在清洗槽內使用去離子水漂洗3次；(6)冷凍乾燥在-35℃條件下在冷凍乾燥機中乾燥48～72小時。
本發明生物衍生材料的製作裝置，其結構包括控制部分和機械部分(1)控制部分包括轉速控制和溫度控制兩部分，轉速控制包括微電腦控制的電機、面板控制電路和顯示屏，可設定旋轉清洗籠旋轉方向可變、旋轉時間和轉速的可調，所有參數可預設；溫度控制部分包括由溫控儀、固態繼電器和電加熱管三部分組成。在清洗槽外側底端設有電加熱管，通過溫控儀設定溫度，由熱電偶採樣溫度信號與之比較，由溫控儀控制固態繼電器的開關，以此達到控制溫度升、降，從而保證溫度調整範圍室溫至39℃，±1℃恆溫。(2)機械部分包括由微電腦，變速電機，通過驅動輪和轉軸帶動旋轉清洗籠旋轉；旋轉清洗籠兩端用定滑輪固定於清洗槽中，旋轉清洗籠活動蓋打開後，可將待處理的生物組織及器官置於其中，清洗過程中清洗液與生物組織和器官充分接觸，旋轉清洗籠上設有手柄，可將其取出清洗槽，清洗槽的上蓋用密封條密封，並設有觀察窗，便於觀察旋轉清洗籠工作狀態，處理後，處理介質中的脂肪和蛋白質通過加液漏鬥和加液閥門加入分餾介質或沉析劑後，進行分離，分離後的廢液通過排水閥門導入廢液槽中。
具體工作如下在旋轉清洗籠內裝入處理介質和小塊生物組織/器官，在電機控制下保證處理介質隨旋轉清洗籠旋轉。清洗槽上蓋與清洗槽用密封條封緊，上蓋設有觀察窗和控制面板，可設定電機的轉速、旋轉時間、並帶動清洗籠沿順時針或反時針雙向旋轉，溫度控制保證處理介質處於恆溫狀態37℃。處理介質中所含脂肪、蛋白質經分液、沉澱淨化後，可保證獲得處理徹底的生物衍生材料。加液漏鬥用於加入處理介質、分離液或沉析液。廢液導入廢液槽經處理後去除。
本發明與現有技術相比具有如下優點(1)由微電腦控制電機驅動旋轉清洗籠雙向旋轉，使組織/器官與處理介質進行動態處理，保證處理介質易於滲入，處理時混合均勻、充分，保證了的生物衍生材料處理的均勻性。
(2)在組織/器官的處理過程中，溫控儀保證處理介質的恆溫狀態，使得處理的組織/器官的生物活性損失減少，保存下來更多的生物活性物質，以利於製作的生物衍生材料發揮應有的組織誘導作用。
(3)在生物衍生材料製作過程中，充分考慮到處理介質中去除成份的飽和問題，在清洗槽內通過分餾或沉澱的方法，有效去除處理介質中的脂肪、蛋白質成份，這樣，保證了處理的生物衍生材料本體內不殘存要去除的成份，使生物衍生材料處理徹底、充分。
(3)本發明採用了自動控制的處理方法，其處理條件可精確控制，處理介質佔生物組織/器官的比例也可確定，使其每次處理時工藝流程的控制參數基本相同，便於控制處理的生物衍生材料的質量，利於實現產品製作的標準化。
以下是本發明的附面說明
圖1是本發明製作裝置的結構主視圖。
圖2是本發明製作裝置的結構俯視圖。
圖3是本發明製作裝置清洗籠和清洗槽的左視圖。
圖4是本發明製作裝置旋轉清洗籠的結構示意圖。
圖5是本發明生物衍生材料處理工藝流程圖。
圖6是本發明生物衍生材料脫脂清洗工藝流程圖。
圖7是本發明生物衍生材料脫蛋白清洗工藝流程圖。
圖8是本發明轉速控制電路原理框圖。
圖9是本發明溫度控制電路原理框圖。
具體實施例方式
本發明以下將結合實施例和附圖作進一步詳述實施例1.一種生物衍生材料製作方法是將生物組織/器官去除不需要的部分組織後置於本設計的裝置中加入處理介質進行處理，處理過程包括1.去除脂肪；2.去除脂蛋白和糖蛋白；3.去除組織中的細胞；4.去除細胞內外抗原性蛋白質，從而得到具有組織/器官基本結構、基本去除抗原性的生物衍生材料，上述生物組織/器官包括1.軟組織，包括動物神經、肌腱、韌帶、皮膚、血管、心包、心瓣膜、膀胱、大腸、小腸；2.硬組織，包括動物骨、軟骨、牙齒；
上述的處理介質包括1.生化試劑，包括過氧化氫、胰蛋白酶、膠原蛋白酶、Triton X-100、疊氮化鈉、食品清洗劑；2.有機溶劑，包括三氯甲烷、甲醇、乙醇、石油醚；3.鹽，包括硫酸銨、氯化銨、碳酸鈉。
生物衍生材料處理、脫脂清洗、脫蛋白清洗的工藝條件分別列表如下(參見說書附圖5、6、7)表1生物衍生材料處理工藝條件工序 設備或溶液 處理溫度(℃)處理時間(h)成形加工砂線切割機及手術器械生理水循環衝室溫4-6洗脫脂清洗動態清洗槽及過氧化氫(10％～30％) 3724-48漂洗 動態清洗槽及去離子水 室溫3次脫蛋白清洗 動態清洗槽及氯仿-甲醇(3∶1)3712-72漂洗 動態清洗槽及去離子水 室溫3次冷凍乾燥 冷凍乾燥機 -35 48-72表2生物衍生材料脫脂清洗工藝條件工序 設備或溶液 處理溫度(℃) 處理時間(h)動態清洗 動態清洗槽及過氧化氫(10％～30％)37 24-48萃取石油醚 37 3次表3生物衍生材料脫蛋白清洗工藝條件工序 設備或溶液處理溫度(℃) 處理時間(h)動態清洗動態清洗槽及氯仿-甲醇(3∶1)37 36-48沉析 沉析劑37 3次實施例2.參見說明書附圖1-4、8和9，一種生物衍生材料製作裝置，其結構包括控制部分和機械部分1.控制部分包括轉速控制和溫度控制兩部分(1)轉速控制部分是由微處理器控制旋轉清洗籠電機的旋轉方向、旋轉時間和轉速，鍵盤通過鍵盤監控接口向微處理器給出各種參數的指令，並在液晶顯器上顯示，控制部分可設定以下參數旋轉清洗籠旋轉方向、旋轉時間和轉速的可調，所有參數可預設。(2)溫度控制部分包括由溫控儀〔19〕和固態繼電器〔20〕和電加熱管〔21〕三部分組成，在清洗槽外側底端設有電加熱管，通過溫控儀設定溫度，由熱電偶採樣溫度信號與之比較，由溫控儀控制固態繼電器的開關，以此達到控制溫度升、降，從而保證溫度調整範圍室溫至39℃，±1℃恆溫。2.機械部分包括由微電腦〔1〕控制變速電機〔2〕，通過驅動輪〔3〕和轉軸〔4〕帶動旋轉清洗籠〔5〕旋轉；旋轉清洗籠兩端用定滑輪〔6〕固定於清洗槽〔7〕中，旋轉清洗籠活動蓋〔8〕打開後，可將待處理的生物組織及器官〔9〕置於其中，清洗過程中清洗液〔10〕與生物組織和器官充分接觸，旋轉清洗籠上設有手柄〔11〕，可將其取出清洗槽，清洗槽的上蓋〔12〕上設有觀察窗〔13〕，便於觀察旋轉清洗籠工作狀態，上蓋與清洗槽用密封條〔14〕密封，處理介質中的脂肪和蛋白質通過加液漏鬥〔15〕和加液閥門〔16〕加入分餾介質或沉析劑後，進行分離，處理後的廢液通過出水閥門〔17〕導入廢液槽〔18〕中。
實施例3部分脫蛋白生物衍生骨的製作。取新鮮屠宰的豬肋骨2千克，剖開後去除軟組織和骨髓，加工成2-5釐米的長節。置於生物衍生材料製作系統清洗槽中，用含食品清洗劑10％生理鹽水液4升動態清洗1小時，去除表面脂肪和其它雜質；用30％過氧化氫4升於37℃條件下動態循環處理48小時，脫去肋骨中的脂肪，用石油醚分離脂肪；用生理鹽水液清洗3次；然後加入氯仿-甲醇(3∶1)4升於37℃條件下動態循環處理72小時，部分脫蛋白，用硫酸銨去除氯仿-甲醇中的蛋白質；用生理鹽水液清洗3次；最後獲得部分脫蛋白生物衍生骨，經凍幹封存後儲於低溫冰箱中。
實施例4生物衍生脫鈣骨的製作。取新鮮屠宰的豬肋骨2千克，剖開後去除軟組織和骨髓，加工成2-5釐米的長段。置於生物衍生材料製作系統清洗槽中，用含食品清洗劑10％生理鹽水液4升動態清洗1小時，去除表面脂肪和其它雜質；用30％過氧化氫4升於37℃條件下動態循環處理48小時，脫去肋骨中的脂肪，用石油醚分離脂肪；用生理鹽水液清洗3次；然後加入0.6M鹽酸4升於室溫下動態循環脫鈣60小時，用碳酸鈉沉澱鈣鹽；入乙醇中動態清洗4小時，除去殘餘過氧化氫；用氯仿-甲醇(3∶1)4升於37℃條件下動態循環處理24小時，部分脫蛋白，用硫酸銨去除氯仿-甲醇中的蛋白質；最後獲得生物衍生脫鈣骨，經凍幹封存後儲於低溫冰箱中。
實施例5生物衍生肌腱的製作。取新鮮屠宰的豬踢腱0.5千克，去除表面腱膜，製成4釐米的長段。置於生物衍生材料製作系統清洗槽中，用含食品清洗劑10％生理鹽水液1升動態清洗1小時，去除表面脂肪和其它雜質；用10％過氧化氫1升於37℃條件下動態循環處理12小時，脫去踢腱中的脂肪，用石油醚分離脂肪；用生理鹽水液清洗3次；然後加入氯仿-甲醇(3∶1)1升於37℃條件下動態循環處理24小時，進一步脫去踢腱中的細胞和脂肪，用生理鹽水液清洗3次；最後獲得生物衍生肌腱，經凍幹封存後儲於低溫冰箱中。
實施例6生物衍生膀胱的製作。取新鮮屠宰的豬膀胱一個，從中緯線剖開，取上半部分，撕掉黏膜後，將其置於生物衍生材料製作系統清洗槽中。先用含食品清洗劑10％生理鹽水液1升動態清洗1小時，去除表面脂肪和其它雜質；用1升10mmol/L生理鹽水(含0.1％疊氮化鈉)於37℃條件下動態循環處理16小時，溶解基質中的部分細胞；用生理鹽水液清洗3次；然後用含1mol/LNaCl和DNA酶的溶液於37℃條件下動態循環處理24小時，進一步溶解細胞並去除所有細胞內成份；接著用含4％脫氧膽酸鈉(含0.1％疊氮化鈉)溶液繼續動態循環處理12小時，以去除細胞膜脂雙層及胞內膜脂。最後用生理鹽水液清洗3次，獲得生物衍生膀胱，經凍幹封存後儲於低溫冰箱中。
權利要求
1.一種生物衍生材料製作方法其特徵在於將生物組織/器官去除不需要的部分組織後置於本設計的裝置中加入處理介質進行處理，處理過程包括(1)去除脂肪；(2)去除脂蛋白和糖蛋白；(3)去除組織中的細胞；(4)去除細胞內外抗原性蛋白質，從而得到具有組織/器官基本結構、基本去除抗原性的生物衍生材料，1.1上述生物組織/器官包括1.1.1軟組織，包括動物神經、肌腱、韌帶、皮膚、血管、心包、心瓣膜、膀胱、大腸、小腸；1.1.2硬組織，包括動物骨、軟骨、牙齒；1.2上述的處理介質包括1.2.1生化試劑，包括過氧化氫、胰蛋白酶、膠原蛋白酶、Triton X-100、疊氮化鈉、食品清洗劑；1.2.2有機溶劑，包括三氯甲烷、甲醇、乙醇、石油醚；1.2.3鹽，包括硫酸銨、氯化銨、碳酸鈉；1.3生物衍生材料處理工藝條件1.3.1成形加工在室溫下用砂線切割機或手術器械，並用生理鹽水衝洗，時間為2.0～4.0小時；1.3.2脫脂清洗在37℃下在清洗槽內用10％-30％的過氧化氫動態清洗24～48小時；1.3.2.1用石油醚在37℃下萃取脂肪3次，每隔24小時更換過氧化氫一次；1.3.2.2在室溫下用旋轉清洗籠甩幹過氧化氫，得到脫脂生物組織；1.3.3漂洗在室溫下在清洗槽內用去離子水漂洗3次；1.3.4脫蛋白清洗在37℃下用氯仿-甲醇3∶1，處理12-72小時；1.3.4.1在37℃下用硫酸銨4mol/L，pH7.0鹽析含蛋白和脂肪的處理介質，去除蛋白和脂肪3次；1.3.4.2在室溫下用旋轉清洗籠甩幹氯仿-甲醇3次，得到脫脂、脫蛋白生物組織；1.3.5漂洗在室溫下，在清洗槽內使用去離子水漂洗3次；
2.實施權利要求1的生物衍生材料製作裝置，其結構的特徵在於包括控制部分和機械部分2.1控制部分包括轉速控制和溫度控制兩部分，2.1.1轉速控制部分是由微處理器控制旋轉清洗籠電機的旋轉方向、旋轉時間和轉速，鍵盤通過鍵盤監控接口向微處理器給出各種參數的指令，並在液晶顯示器上顯示；2.1.2旋轉清洗籠旋轉方向可變、旋轉時間和轉速的可調，2.1.3旋轉清洗籠旋轉方向、旋轉時間和轉速可預設；2.2溫度控制部分包括由溫控儀〔19〕和固態繼電器〔20〕和電加熱管〔21〕三部分組成，在清洗槽外側底端設有電加熱管，通過溫控儀設定溫度，由熱電偶採樣溫度信號與之比較，由溫控儀控制固態繼電器的開關，以此達到控制溫度升、降，從而保證溫度調整範圍室溫至39℃，±1℃恆溫；2.3機械部分包括由微電腦〔1〕控制變速電機〔2〕，通過驅動輪〔3〕和轉軸〔4〕帶動旋轉清洗籠〔5〕旋轉；旋轉清洗籠兩端用定滑輪〔6〕固定於清洗槽〔7〕中，旋轉清洗籠活動蓋〔8〕打開後，可將待處理的生物組織及器官〔9〕置於其中，清洗過程中清洗液〔10〕與生物組織和器官充分接觸，旋轉清洗籠上設有手柄〔11〕，可將其取出清洗槽，清洗槽的上蓋〔12〕上設有觀察窗〔13〕，便於觀察旋轉清洗籠工作狀態，上蓋與清洗槽用密封條〔14〕密封，處理介質中的脂肪和蛋白質，通過加液漏鬥〔15〕和加液閥門〔16〕加入分餾介質或沉析劑後，進行分離，分離後的廢液通過出水閥門〔17〕導入廢液槽〔18〕中；2.3.1旋轉清洗籠的側面孔徑為2mm-6mm，保證籠內、外處理介質進出自如，同時保證籠內組織器官不漏出。
全文摘要
本發明涉及生物衍生材料的製作方法及其裝置。採用微電腦控制電機，帶動清洗籠在放有處理介質的清洗槽中使之依次按順時針和逆時針雙向旋轉，充分攪動清洗籠中的生物組織/器官和處理介質的混合物；處理介質用於生物組織的脫脂、脫細胞、脫蛋白或脫鈣；採用溫控器控制容器中混合物的溫度，恆溫處理保證生物組織在處理過程中保留一些生物活性物質；處理後的介質經分液、沉澱後有效去除脂肪和蛋白質。整個處理系統可在動態、恆溫條件下，獲得處理徹底、充分、具有組織/器官基本結構、基本去除抗原性、產品標準化並保留一定生物活性的生物衍生材料。
文檔編號A61L27/00GK1445003SQ0311771
公開日2003年10月1日 申請日期2003年4月18日 優先權日2003年4月18日
發明者秦廷武, 楊志明 申請人:四川大學華西醫院