一種人工硬腦膜的製備方法
2023-05-21 11:03:11
專利名稱：一種人工硬腦膜的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種醫學生物材料，尤其涉及一種人工硬腦膜的製備方法。
背景技術：
硬腦膜是一層保護腦和防止腦脊液與外界交通的重要屏障。一旦出現缺損易造成 腦脊液鼻漏和耳漏。顱底的腦膜瘤、脊索瘤等腫瘤常常侵蝕浸潤到周圍的顱骨和硬腦膜，在 切除腫瘤的同時通常也會附帶部分腦膜和顱骨，這往往是術後發生腦脊液漏顱內感染的根 源。我國腦外科年手術量約23萬人次，在這些開顱手術患者中有10% 15%需要人工硬 腦膜修復硬腦膜缺損。當前硬腦膜替代材料主要在以下兩方面應用①腦凸面手術的應用， 創傷直接損傷，腫瘤的浸潤，手術過程中硬腦膜切開減壓，以及一些先天性的因素造成的硬 腦膜缺損等。②顱底外科中應用，顱底硬腦膜相對薄且與顱底骨結合緊密。將硬腦膜材料應用於臨床的研究始於20世紀初，但經過近100年的努力始終未能 研製出理想化的人工硬腦膜替代材料。主要存在的問題如下①組織排斥反應引起排斥 反應主要原因是組織相容性的符合程度，通常自身組織不會引起排斥反應。同種異型組織， 異種組織能夠引起組織間的排斥反應。②硬腦膜與周圍組織粘連硬腦膜修補後會有不同 程度的粘連，主要與炎性反應、材料的物理、化學性狀有關。材料中蛋白質和脂肪含量越少， 粘連程度越低，材料越光滑越接近正常腦膜，不易形成粘連。③感染手術過程中無菌操作 不嚴格，硬腦膜替代材料消毒不嚴格等均可導致感染，硬腦膜修補後常存在感染的可能。另 外，應用異體和異種材料可導致病原體在人和人，人和動物之間傳播。④出血新生的肉芽 組織在植入材料周圍產生並把其包裹在內。新鮮肉芽組織有以下特點與材料之間存在間 隔，富含新生的毛細血管，基質較少，質地脆弱，缺少周圍組織的支持，所以容易撕裂從而出 血形成硬腦膜下血腫。⑤腦脊液漏部分由於修補過程中不能做到嚴格縫合，部分由術後材 料與周圍組織分離所致。⑥癲癇據有關資料統計，有硬腦膜破裂的患者癲癇發生率高達 20% 57%，造成癲癇的主要原因是腦膜粘連。⑦誘發腫瘤。綜上所述理想的硬腦膜替代材料應該具有如下特徵經過縫合能夠做到密不透 水，防止腦脊液漏，保護腦組織；經過處理後能夠杜絕傳遞潛在的已知或未知感染；無排斥 反應、無毒性反應，無致癌、致畸作用；能夠在新生組織生成以後被完全吸收；容易保存，術 前準備簡單方便；材料來源方便；價格相對適中。納米纖維是直徑為1 100納米，長為直徑100倍以上的纖維狀物，具有大的比表 面、表面易調控(反應活性、親水性的改良)及易通過複合化賦予新功能等特性。以微生物 為分子組裝的機器，在納米尺寸範圍操縱原子、分子及其集合體，設計並組裝出任意花樣， 由此創製出具有特定功能的新材料，已引起世界各國的高度重視，並成為納米科學的前沿 領域。細菌纖維素和植物或海藻產生的天然纖維素具有相同的分子結構單元，但細菌纖維 素具有獨特的理化性質和機械性能(1)植物纖維主要由纖維素組成，但摻雜其他多糖類， 如半纖維素或木質素。而細菌纖維素具有高結晶度、高聚合度和非常一致的分子取向，並且 以單一纖維形式存在，純度極高；(2)細菌纖維素的纖維直徑在0. 01 μ m 0. 1 μ m之間，抗拉力強度高，揚氏模量高達1. 5X1010Pa，並且纖維素的機械性能與菌株種類、發酵方式和 處理方式(加熱、加壓)關係不大；(3)細菌纖維素有極強的持水性和透水透氣性，能吸收 60 700倍於其乾重的水分；(4)細菌纖維素具有較高的生物適應性和良好的生物可降解 性，是很好的環保產品；(5)細菌纖維素生物合成具有可調控性。採用不同的培養方法，如 靜態培養和動態培養，利用醋酸菌可以得到不同高級結構的纖維素。木醋桿菌(A. xylinum) 在液體培養基中靜置培養，液面形成乳白色的半透明膠狀纖維素，質地柔韌，溼膜含水量約 98%。在液體培養基中通風攪拌培養，在發酵液中形成絲狀、星狀和微團狀纖維素，發酵液 粘稠。靜態培養產生的膜狀細菌纖維素和動態培養產生的分散細菌纖維素化學性質完全相 同，但微觀結構有差異。表現動態培養產生纖維素聚合度和結晶度低，纖維素的含量也比較 低。但有較低的楊氏模量和較高的持水能力，在分散的懸浮液中有更高的粘度。中國發明專利200710015537. 5公開了一種利用細菌纖維素製備人工硬腦膜的 方法，其步驟是將細菌纖維素溼膜破碎，得細菌纖維素勻漿；將細菌纖維素勻漿與濃度為 7% 15%的聚乙烯醇溶液按照1 1 10的比例均勻混合；然後將混合物均勻的鋪在模 具中，置於_20°C _4°C條件下冷凍20小時 30小時；再於真空冷凍乾燥機內凍幹，得成 形的人工硬腦膜。該發明製備的人工硬腦膜在溼態時有良好的彈性和柔韌性，縫合時不撕 裂，不脫邊。但在製作工藝上仍然存在較大缺陷。該項發明僅是將細菌纖維素勻漿與聚乙 烯醇溶液按照不同比例混合，即僅對該纖維素膜的彈性和韌性進行了改良，這對於要達到 人體臨床應用程度的膜質要求，如適中的硬度、恰當的張力，近似的伸展性及持水性，以及 良好的組織相容性等是遠遠不夠的，也使得該項技術僅停留在實驗室階段，制約著其應用 領域的擴展。
發明內容
本發明提供一種人工硬腦膜的製備方法，得到的人工硬腦膜具有良好的硬度、張 力、伸展性及持水性，可以滿足作為人工硬腦膜或修補材料的基本要求。一種人工硬腦膜的製備方法，包括利用木醋桿菌發酵製得細菌纖維素溼膜，再經 清洗、破碎，得到細菌纖維素勻漿，向細菌纖維素勻漿中加入羧甲基纖維素、海藻酸鈉和聚 乙烯醇，得到鑄模液，將鑄模液澆入模具後在-35 -15°C冷凍30 60h，再進行真空冷凍 乾燥得到所述的人工硬腦膜。作為優選，將鑄模液澆入模具後，在_20°C冷凍48h，再進行真空冷凍乾燥。其中每升所述的鑄模液中含1. 5 2. 5g羧甲基纖維素、0. 3 0. 8g海藻酸鈉和 0. 2 0. 6g聚乙烯醇，餘量為細菌纖維素勻漿。作為優選，每升所述的鑄模液中含2. Og羧甲基纖維素、0. 5g海藻酸鈉和0. 5g聚乙 烯醇，餘量為細菌纖維素勻漿。羧甲基纖維素、海藻酸鈉和聚乙烯醇均可以採用市售商品，對聚乙烯醇的分子量 和聚合度也沒有嚴格限制，一般在重均分子量在2萬 12萬，聚合度300 3000均可以使用。所述的模具的模腔大致為圓形半徑為40mm，深度為0. 75mm,當然其形狀和深度可
以根據需要進行調整。本發明中利用木醋桿菌發酵製得細菌纖維素溼膜，再經清洗、破碎，得到細菌纖維素勻漿的過程可以採用現有技術。例如將木醋桿菌M12 (Acetobacter xylinum M12)經種子培養後接種至木醋桿菌
培養基中；進行種子培養時採用的種子培養基以及所述的木醋桿菌培養基均可以採用市售 通用品，例如組成為葡萄糖50 70g/L、蛋白腖8 15g/L、酵母膏4 8g/L、磷酸三鈉 1 3g/L、檸檬酸鈉1 2g/L、硫酸鎂1. 5 3g/L、餘量的水。也可以採用中國發明專利 200710015537. 5中的木醋桿菌培養基。進行種子培養時可將木醋桿菌M12斜面菌種接種至種子培養基中，30°C，150r/ min振蕩培養24h。接種有木醋桿菌M12的木醋桿菌培養基在28 32°C靜置發酵培養4 6天，發酵培養體系的表面獲得PH中性的細菌纖維素溼膜。利用本發明方法製備的人工硬腦膜，經測定其斷裂強度為4_5N/mm2，斷裂伸展率 為45-98%，勾強為5-8N/mm2，滲水率為0，各項數值均接近兔硬腦膜指標值，縫合時不易撕 裂，不脫邊。由於細菌纖維素複合膜幾乎不含細胞毒性物質，價格相對低廉，整個方法操作 簡單易行，產品性能穩定。
具體實施例方式實施例1將木醋桿菌M12斜面菌種接種至種子培養基中，30°C，150r/min振蕩培養24h，得 到種子液，再將種子液接種至木醋桿菌培養基中，在30°C靜置發酵培養5天，發酵培養體系 的表面獲得PH中性的細菌纖維素溼膜。種子培養基以及木醋桿菌培養基組成為葡萄糖55g/L、蛋白腖llg/L、酵母膏6g/ L、磷酸三鈉2g/L、檸檬酸鈉lg/L、硫酸鎂2g/L、餘量的水。接種時，種子液的質量為木醋杆 菌培養基質量的8%。將得到的細菌纖維素溼膜清洗、破碎，得到細菌纖維素勻漿，向細菌纖維素勻漿 中加入羧甲基纖維素、海藻酸鈉和聚乙烯醇，得到鑄模液，將鑄模液澆入模具後在-20°C 冷凍48h，再進行真空冷凍乾燥得到人工硬腦膜。模具的模腔為圓形半徑為40mm，深度為 0. 75mm,每升鑄模液中含2. 5g羧甲基纖維素、0. Sg海藻酸鈉和0. 6g聚乙烯醇(重均分子量 3萬，聚合度500)，餘量為細菌纖維素勻漿。得到人工硬腦膜經測定其斷裂強度為4N/mm2，斷裂伸展率為50%，勾強為6N/mm2， 滲水率為0。實施例2利用實施例1的方法得到細菌纖維素勻漿，向細菌纖維素勻漿中加入羧甲基纖維 素、海藻酸鈉和聚乙烯醇，得到鑄模液，將鑄模液澆入模具後在-20°C冷凍50h，再進行真空 冷凍乾燥得到人工硬腦膜。模具的模腔為圓形半徑為40mm，深度為0. 75mm，每升鑄模液中 含2g羧甲基纖維素、0. 5g海藻酸鈉和0. 5g聚乙烯醇(重均分子量3. 5萬，聚合度400)，餘 量為細菌纖維素勻漿。得到人工硬腦膜經測定其斷裂強度為5N/mm2，斷裂伸展率為90%，勾強為8N/mm2， 滲水率為0。實施例3
利用實施例1的方法得到細菌纖維素勻漿，向細菌纖維素勻漿中加入羧甲基纖維 素、海藻酸鈉和聚乙烯醇，得到鑄模液，將鑄模液澆入模具後在_25°C冷凍35h，再進行真空 冷凍乾燥得到人工硬腦膜。模具的模腔為圓形半徑為40mm，深度為0. 75mm，每升鑄模液中 含1. 5g羧甲基纖維素、0. 3g海藻酸鈉和0. 2g聚乙烯醇(重均分子量3. 5萬，聚合度400)， 餘量為細菌纖維素勻漿。得到人工硬腦膜經測定其斷裂強度為4N/mm2，斷裂伸展率為75%， 勾強為7N/mm2，滲水率為0。
權利要求
1.一種人工硬腦膜的製備方法，包括利用木醋桿菌發酵製得細菌纖維素溼膜，再經清 洗、破碎，得到細菌纖維素勻漿，其特徵在於，向細菌纖維素勻漿中加入羧甲基纖維素、海藻 酸鈉和聚乙烯醇，得到鑄模液，將鑄模液澆入模具後在-35 -15°c冷凍30 60h，再進行 真空冷凍乾燥得到所述的人工硬腦膜。
2.如權利要求1所述的人工硬腦膜的製備方法，其特徵在於，將鑄模液澆入模具後， 在-20°C冷凍48h，再進行真空冷凍乾燥。
3.如權利要求1或2所述的人工硬腦膜的製備方法，其特徵在於，其中每升所述的鑄模 液中含1. 5 2. 5g羧甲基纖維素、0. 3 0. 8g海藻酸鈉和0. 2 0. 6g聚乙烯醇，餘量為細 菌纖維素勻漿。
4.如權利要求3所述的人工硬腦膜的製備方法，其特徵在於，每升所述的鑄模液中含 2. Og羧甲基纖維素、0. 5g海藻酸鈉和0. 5g聚乙烯醇，餘量為細菌纖維素勻漿。
5.如權利要求4所述的人工硬腦膜的製備方法，其特徵在於，所述的木醋桿菌為木醋 桿菌M12。
全文摘要
本發明公開了一種人工硬腦膜的製備方法，包括利用木醋桿菌發酵製得細菌纖維素溼膜，再經清洗、破碎，得到細菌纖維素勻漿，向細菌纖維素勻漿中加入羧甲基纖維素、海藻酸鈉和聚乙烯醇，得到鑄模液，將鑄模液澆入模具後在-35～-15℃冷凍30～60h，再進行真空冷凍乾燥得到所述的人工硬腦膜。利用本發明方法製備的人工硬腦膜，經測定其斷裂強度為4-5N/mm2，斷裂伸展率為45-98％，勾強為5-8N/mm2，滲水率為0，各項數值均接近兔硬腦膜指標值，縫合時不易撕裂，不脫邊。由於細菌纖維素複合膜幾乎不含細胞毒性物質，價格相對低廉，整個方法操作簡單易行，產品性能穩定。
文檔編號C12P19/04GK102000357SQ201010563139
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年11月26日
發明者劉振林, 劉曉智, 姜忠敏, 張朝正 申請人:天津信睿生物科技有限公司