CN110301997A - 生物材料、血管支架以及伤口敷料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了生物材料、血管支架以及伤口敷料。其中,生物材料包括:基底;微结构层,所述微结构层设置在所述基底的一个表面上,且所述微结构层远离所述基底的表面上设置有多个第一凹槽和多个第二凹槽,所述第一凹槽在第一方向上间隔设置,且沿第二方向延伸,所述第二凹槽在所述第二方向上间隔设置,且沿所述第一方向延伸;其中,所述第一方向和所述第二方向相互交叉,所述第一凹槽和所述第二凹槽的宽度小于待附着细胞的尺寸,相邻两个所述第一凹槽之间的第一间距和相邻两个所述第二凹槽之间的第二间距小于所述待附着细胞的尺寸。发明人发现,上述微结构层可以有效抑制细胞的粘附与迁移,进而达到有效抑制细胞或者生物组织浸润的效果。
Description
技术领域
本发明涉及生物材料领域,具体的,涉及生物材料、血管支架以及伤口敷料。
背景技术
生物组织向周围扩散的现象称为浸润,常发生于肿瘤组织、炎症部位以及胎盘滋养层等。在许多生物材料的运用过程中,病灶部位的受损组织或由于生物材料介入导致的损伤组织会在生物材料表面贴附、生长甚至扩散,形成组织浸润。在进行血管支架植入和扩张时,刚性的支架会造成血管内壁的损伤和内膜的破坏,由此带来的一系列炎症反应和血管修复的响应,刺激平滑肌细胞在支架表面的迁移和增殖,进而致使新生内膜增生,造成血管的再狭窄;在伤口敷料的使用过程中,肉芽组织浸润敷料,造成伤口粘连,在换药时造成疼痛甚至二次损伤。因此,需要对目前的生物材料进行改进,以抑制其表面对组织浸润的能力。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种可以有效抑制生物组织浸润的生物材料。
在本发明的一个方面,本发明提供了一种生物材料。根据本发明的实施例,所述生物材料包括:基底;微结构层,所述微结构层设置在所述基底的一个表面上,且所述微结构层远离所述基底的表面上设置有多个第一凹槽和多个第二凹槽,所述第一凹槽在第一方向上间隔设置,且沿第二方向延伸,所述第二凹槽在所述第二方向上间隔设置,且沿所述第一方向延伸;其中,所述第一方向和所述第二方向相互交叉,所述第一凹槽和所述第二凹槽的宽度小于待附着细胞的尺寸,相邻两个所述第一凹槽之间的第一间距和相邻两个所述第二凹槽之间的第二间距小于所述待附着细胞的尺寸。发明人发现,上述微结构层中的凹槽的设置使得微结构层具备小于待附着细胞的尺寸,能够破坏细胞粘附的连续性,使得细胞与生物材料的贴附变弱,从而可以有效抑制细胞附着在生物材料上时黏着斑的形成,有效抑制细胞的粘附与迁移,进而达到有效抑制细胞或者生物组织浸润的效果。
根据本发明的实施例,任意相邻的所述第一凹槽和所述第二凹槽之间存在交叠区域,相邻两个所述交叠区域的中心之间的间距小于待附着细胞的尺寸。由此,可以有效抑制细胞附着在生物材料上时黏着斑的形成,有效抑制细胞的粘附与迁移,进而达到有效抑制细胞或者生物组织浸润的效果。
根据本发明的实施例,所述第一凹槽或者所述第二凹槽的宽度各自独立的为500nm-5μm,所述第一间距和所述第二间距各自独立的为100nm-5μm。由此,微结构层具备亚细胞尺寸的微结构,抑制细胞粘附与迁移的效果较佳,抑制细胞或者生物组织浸润的效果较佳。
根据本发明的实施例,所述第一凹槽或者所述第二凹槽的宽度各自独立的为1μm-3μm。由此,第一凹槽或者第二凹槽的宽度在上述范围内可以有效防止细胞填充在凹槽中,且能够有效抑制黏着斑的形成,抑制细胞或者生物组织浸润的效果较佳。
根据本发明的实施例,所述第一凹槽和第二凹槽的深度为100nm~20μm。由此,可以有效防止细胞填充在凹槽中,且能够有效抑制黏着斑的形成,抑制细胞或者生物组织浸润的效果较佳。
根据本发明的实施例,所述第一凹槽和第二凹槽的深度为500nm~20μm。由此,抑制黏着斑形成的效果更佳,抑制细胞或者生物组织浸润的效果更佳。
根据本发明的实施例,形成所述基底和微结构层的材料各自独立的包括金属、陶瓷、高分子中的至少一种。由此,材料来源较广,成本较低,形成的生物材料质量较佳,使用性能较佳。
根据本发明的实施例,形成所述微结构层的方法包括乳胶微颗粒自组装、刻蚀、沉积法和模板法中的至少之一。由此,操作简单方便,易于实现。
根据本发明的实施例,所述生物材料还包括:生物相容分子层,所述生物相容分子层覆盖所述微结构层远离所述基底的表面。由此,可以有效提高该生物材料的生物相容性,有效减少细胞与生物材料之间的排斥反应。
根据本发明的实施例,形成所述生物相容分子层的材料包括蛋白质、抗体、多肽、核酸、合成高分子中的至少一种。由此,材料来源广泛,可以有效形成在微结构层的表面,提高生物材料生物相容性的效果较佳,当形成生物相容分子层的材料为蛋白质时可以减少非特异性生物分子的粘附,使用性能较佳。
根据本发明的实施例,所述蛋白质包括纤连蛋白、胶原蛋白、层粘连蛋白、血清蛋白的至少之一。由此,形成的生物相容分子层的生物相容性更佳,减少非特异性生物分子的粘附的效果更佳。
根据本发明的实施例,所述抗体包括人、动物、病毒、细菌的抗体的至少之一。由此,形成的生物相容分子层的生物相容性更佳,有利于修复内皮层。
根据本发明的实施例,所述核酸包括双链DNA链段、单链DNA链段、RNA链段的至少之一。由此,形成的生物相容分子层的生物相容性更佳。
根据本发明的实施例,所述合成高分子包括但不限于乙二醇、聚乳酸、聚己内酯、聚磷腈的至少之一。由此,形成的生物相容分子层的生物相容性更佳。
在本发明的另一方面,本发明提供了一种血管支架。根据本发明的实施例,所述血管支架包括前面所述的生物材料。发明人发现,由上述生物材料形成的血管支架与血管的生物相容性较佳,抑制与生物材料接触的血管组织浸润的效果较佳,进而有效抑制细胞在血管支架表面的迁移或者增殖,有效避免血管支架内再狭窄,且当生物材料中包括抗体时,有利于修复内皮层,使用性能较佳。
在本发明的另一方面,本发明提供了一种伤口敷料。根据本发明的实施例,所述伤口敷料包括前面所述的生物材料。发明人发现,由上述生物材料形成的伤口敷料与伤口处的组织的生物相容性较佳,抑制与生物材料接触的组织浸润的效果较佳,有效避免伤口粘连,且能够减少换药时造成的疼痛或者二次损伤,使用性能较佳。
附图说明
图1是本发明一个实施例中生物材料的结构示意图。
图2是本发明另一个实施例中生物材料的截面图。
图3是本发明另一个实施例中生物材料的截面图。
图4是本发明一个实施例中生物材料的俯视图。
图5是本发明另一个实施例中生物材料的结构示意图。
图6是实施例1中的生物材料的原子力显微镜图。
图7是实施例1中体外模拟组织在生物材料上的浸润随时间变化的显微图像。
图8是体外模拟组织在不同的生物材料上的浸润速度结果图。
图9是体外模拟组织在不同的生物材料上的浸润面积结果图。
图10是实施例2中的生物材料的原子力显微镜图。
图11是实施例3中的生物材料的原子力显微镜图。
图12是对比例1中体外模拟组织在生物材料上的浸润随时间变化的显微图像。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
本发明是基于发明人的以下认识和发现而完成的:
目前,在一些疾病的治疗中需要用到生物材料,在某些情况下生物材料表面会产生的组织浸润是有害的甚至是致病的,例如血管支架表面的组织浸润会导致血管支架内再狭窄,在伤口敷料的使用过程中组织浸润会造成换药时疼痛或者二次损伤。针对上述技术问题,发明人进行了深入的研究,研究后发现,亚细胞尺度的微结构可以破坏细胞粘附的连续性,使细胞与生物材料的贴附变弱,从而阻碍了细胞迁移,进而可以减少组织细胞的浸润,因此,通过在生物材料表面构筑具有亚细胞尺度的微结构能够调节细胞在生物界面的粘附和迁移行为。
有鉴于此,在本发明的一个方面,本发明提供了一种生物材料。根据本发明的实施例,参照图1(其中,图1中A1为生物材料的俯视图,A2为A1沿aa’的截面图,A3为A1沿bb’的截面图),所述生物材料包括:基底100;微结构层200,所述微结构层200设置在所述基底100的一个表面上,且所述微结构层200远离所述基底100的表面上设置有多个第一凹槽210和多个第二凹槽220,所述第一凹槽210在第一方向上间隔设置,且沿第二方向延伸,所述第二凹槽220在所述第二方向上间隔设置,且沿所述第一方向延伸;其中,所述第一方向和所述第二方向相互交叉,所述第一凹槽210和所述第二凹槽220的宽度和小于待附着细胞的尺寸,相邻两个所述第一凹槽210之间的第一间距和相邻两个所述第二凹槽220之间的第二间距小于所述待附着细胞的尺寸。发明人发现,上述微结构层中的凹槽的设置使得微结构层具备小于待附着细胞的尺寸,能够破坏细胞粘附的连续性,使得细胞与生物材料的贴附变弱,从而可以有效抑制细胞附着在生物材料上时黏着斑的形成,有效抑制细胞的粘附与迁移,进而达到有效抑制细胞或者生物组织浸润的效果。
需要说明的是,上述交叉设置的第一方向与第二方向之间的夹角没有特别限制,只要能够满足要求,本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择;第一凹槽或者第二凹槽的宽度是指第一凹槽或者第二凹槽在垂直于基底方向上的最大宽度;根据本发明的实施例,相邻两个第一凹槽或者第二凹槽之间限定凸起部,当生物组织沿着与基底平行的方向铺设时,该凸起部与生物组织接触会形成接触区域,相邻两个第一凹槽之间的第一间距或者相邻两个第二凹槽之间的第二间距是指该接触区域的宽度的最大值,该最大值小于细胞尺度。可以理解的是,当凸起部为半圆形或者三角形时,第一间距或者第二间距为点,当凸起部为长方形时,第一间距或者第二间距为长方形的边长。根据本发明的实施例,上述第一凹槽或者第二凹槽的宽度也可以理解为相邻两个凸起部之间没有与生物组织接触的区域的宽度的最大值,且该最大值小于细胞尺度。
根据本发明的实施例,微结构层中的微结构可以规则排列,也可以不规则排列,只要能够满足要求,本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择。例如,微结构层可以是由多个紧密排列或者间隔排列的半球形、球形、棱锥、棱台或者多边形柱等组成的,由此,第一凹槽或者第二凹槽的截面的形状可以为倒立的“人”字形、“V”字形、U形、梯形等。在本发明的一些实施例中,参照图1,当微结构层由多个紧密排的半球形组成时,第一凹槽或者第二凹槽的截面的形状为倒立的“人”字形。在本发明的另一些实施例中,参照图2,当微结构层由多个紧密排的四棱锥组成时,第一凹槽或者第二凹槽的截面的形状为“V”字形。在本发明的另一些实施例中,参照图3,当微结构层由多个间隔排列的四棱柱组成时,第一凹槽或者第二凹槽的截面的形状为U形。由此,结构简单,易于实现。
根据本发明的实施例,参照图4,任意相邻的所述第一凹槽210和所述第二凹槽220之间存在交叠区域230,为了进一步提高生物材料抑制组织浸润的效果,相邻两个所述交叠区域230的中心之间的间距小于待附着细胞的尺寸。由此,可以有效抑制细胞附着在生物材料上时黏着斑的形成,有效抑制细胞的粘附与迁移,进而达到有效抑制细胞或者生物组织浸润的效果。
需要说明的是,当第一凹槽或者第二凹槽的截面为倒立的“人”字形或者“V”字形等时,任意相邻的第一凹槽与第二凹槽之间在基底上的交叠区域为一个点,此时相邻两个所述交叠区域的中心之间的间距即为相邻的交点的之间的距离;当第一凹槽或者第二凹槽的截面为U型或者梯形等时,任意相邻的第一凹槽与第二凹槽之间在基底上的交叠区域为多边形,此时相邻两个所述交叠区域的中心之间的间距即为相邻两个多边形的中心之间的距离。可以理解的是,当上述多边形为规则的多边形时,所述多边形的中心即为该规则多边形对角线的交点,当上述多边形为不规则的多边形时,所述多边形的中点即为该不规则多边形的各边的垂直平分线的交点。
根据本发明的实施例,为了达到较佳的抑制组织浸润的效果,所述第一凹槽或者所述第二凹槽的宽度各自独立的为500nm-5μm,例如第一凹槽或者第二凹槽的宽度可以各自独立的为500nm、700nm、900nm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm等;所述第一间距和所述第二间距各自独立的为100nm-5μm,例如第一间距和第二间距可以各自独立的为100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、700nm、900nm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm等。在本发明的一些优选实施例中,所述第一凹槽或者所述第二凹槽的宽度各自独立的为1μm-3μm,例如所述第一凹槽或者所述第二凹槽的宽度可以各自独立的为1μm、1.2μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.4μm、2.5μm、2.6μm、2.8μm、3μm等。由此,微结构层具备亚细胞尺寸的微结构,抑制细胞粘附与迁移的效果较佳,抑制细胞或者生物组织浸润的效果较佳。当第一凹槽或者第二凹槽的宽度过小时,并不能有效地阻隔粘附蛋白的聚集,导致对粘附与浸润的抑制效果差,但是优于不含微结构层的生物材料的效果;当第一凹槽或者第二凹槽的宽度过大时,细胞张力不足以克服重力,容易导致细胞的一部分填充在凹槽中形成三维粘附,但是优于不含微结构层的生物材料的效果;当第一间距或者第二间距过小时,微结构层的支撑作用不佳,容易导致微结构层的坍塌进而导致生物材料抑制浸润的效果较差,但是优于不含微结构层的生物材料的效果;当第一间距或者第二间距过大时,会使得细胞贴附在微结构表面时容易形成黏着斑,进而削弱抑制作用,但是优于不含微结构层的生物材料的效果。
根据本发明的实施例,为了进一步抑制组织浸润,所述第一凹槽和第二凹槽的深度各自独立的为100nm~20μm,例如第一凹槽和第二凹槽的深度可以各自独立的为100nm、200nm、400nm、500nm、1μm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm等。在本发明的一些优选实施例中,所述第一凹槽和第二凹槽的深度为500nm~20μm。由此,可以有效防止细胞填充在凹槽中,且能够有效抑制黏着斑的形成,抑制细胞或者生物组织浸润的效果较佳。当第一凹槽或者第二凹槽的深度过低时,凹槽容易被细胞填充,从而导致黏着斑的形成,抑制浸润的效果不佳,但是优于不含微结构层的生物材料的效果;当第一凹槽或者第二凹槽的深度过高时,微结构长径比过大,容易导致结构力学强度小,影响生物材料的使用。
需要说明的是,第一凹槽或者第二凹槽的深度是指第一凹槽或者第二凹槽在垂直于基底的方向上的深度的最大值。
根据本发明的实施例,具备上述任一种结构的生物材料抑制组织浸润的原理可以为:上述生物材料的微结构层中的微结构为亚细胞尺度,具备上述微结层的生物材料可以破坏细胞粘附的连续性,使细胞与生物材料的贴附变弱,不利于黏着斑的形成,从而阻碍了细胞的迁移,进而可以减少组织细胞的浸润。
根据本发明的实施例,形成基底和微结构层的材料可以相同,也可以不同,只要能够满足要求,本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择。根据本发明的实施例,形成所述基底和微结构层的材料各自独立的包括金属、陶瓷、高分子中的至少一种。由此,材料来源较广,成本较低,形成的生物材料质量较佳,使用性能较佳。
根据本发明的实施例,形成微结构层的方法没有特别限制,只要能够满足要求,本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择。在本发明的一些实施例中,形成所述微结构层的方法包括乳胶微颗粒自组装、刻蚀(包括化学刻蚀、离子刻蚀、光刻蚀等)、沉积法(包括化学气相沉积、物理气相沉积、液相沉积等)和模板法中的至少之一。由此,操作简单方便,易于实现。在本发明的一些具体实施例中,可以利用机械打磨、化学刻蚀或者气相沉积等方法获得具有不规则排列的微结构的微结构层,或者可以利用乳胶微颗粒自组装法形成具有有序排列的微结构的微结构层。
根据本发明的实施例,参照图5,所述生物材料还包括:生物相容分子层300,所述生物相容分子层300覆盖所述微结构层200远离所述基底100的表面。由此,可以有效提高该生物材料的生物相容性,有效减少细胞与生物材料之间的排斥反应。
根据本发明的实施例,为了使得提高生物材料的生物相容性,形成所述生物相容分子层的材料包括蛋白质、抗体、多肽、核酸、合成高分子中的至少一种。由此,材料来源广泛,可以有效形成在微结构层的表面,提高生物材料生物相容性的效果较佳,当形成生物相容分子层的材料为抗体时可以募集具有特殊功能的生物分子或细胞,使用性能较佳。在本发明的一些具体实施例中,所述蛋白质包括纤连蛋白、胶原蛋白、层粘连蛋白、血清蛋白的至少之一。由此,形成的生物相容分子层的生物相容性更佳,减少非特异性生物分子的粘附效果更佳。在本发明的另一些具体实施例中,所述抗体包括人、动物、病毒、细菌的抗体的至少之一。由此,形成的生物相容分子层的生物相容性更佳,将包括抗体的生物材料应用于血管支架中,有利于内皮祖细胞到创伤面,加速修复内皮层,从而防止平滑肌过度浸润。在本发明的另一些具体实施例中,所述核酸包括双链DNA链段、单链DNA链段、RNA链段的至少之一。由此,形成的生物相容分子层的生物相容性更佳。在本发明的另一些具体实施例中,所述合成高分子包括但不限于乙二醇、聚乳酸、聚己内酯、聚磷腈的至少之一。由此,形成的生物相容分子层的生物相容性更佳。
在本发明的另一方面,本发明提供了一种制备前面所述的生物材料的方法。根据本发明的实施例,制备上述生物材料的方法可以包括:
S100:基底的预处理。
根据本发明的实施例,基底与前面的描述一致,在此不再过多赘述。
下面以形成基底的材料为玻璃为例进行描述基底的预处理的具体操作,需要说明的是,以下方法仅用于说明本申请,而不能理解为对本申请的限制:
将玻璃片切割成所需大小,置于超纯水中超声清洗20min,取出;按照浓硫酸和双氧水的体积比为7:3的比例,在烧杯中加入浓硫酸和双氧水,得到食人鱼溶液,将超声处理后的玻璃片放入120℃的食人鱼溶液中浸泡2h,取出,用超纯水超声清洗3次。使用前,将玻璃片氮气吹干,用200W氧等离子体处理5~10min,得到表面活化的玻璃片。
S200:在基底的一个表面上形成微结构层。
根据本发明的实施例,该微结构层与前面的描述一致,在此不再过多赘述。
在本发明的一些具体实施例中,利用乳胶微颗粒自组装法制备微结构层可以包括乳胶微颗粒自组装薄膜的制备或者乳胶微颗粒自组装薄膜的固定。根据本发明的实施例,为了使得生物材料抑制组织浸润的效果较佳,可以制备单层的乳胶微颗粒自组装薄膜。
根据本发明的实施例,在形成生物相容分子层之前,还可以包括对上述材料的消毒处理步骤,所述消毒处理的方式没有特别限制,只要能够满足要求,本领域技术人员可以根据实际需要进行灵活选择。例如消毒处理的方式可以为酒精浸泡、紫外线光照或者γ射线光照中的一种或几种。
S300:在微结构层远离基底的表面形成生物相容分子层。
根据本发明的实施例,生物相容分子层与前面的描述一致,在此不再过多赘述。根据本发明的实施例,在制备生物相容分子层时,形成生物相容分子层的材料的溶液浓度可以为5~100μg/ml,优选10μg/ml的纤连蛋白溶液。
根据本发明的实施例,为了使得在微结构层的表面覆盖一层生物相容分子层之后微结构层的结构不被破坏,生物相容分子层的厚度均一。
在本发明的另一方面,本发明提供了一种生物材料在抑制组织浸润中的评估方法。根据本发明的实施例,该方法包括:
1、提供体外模拟组织。
根据本发明的实施例,体外模拟组织的制备方法可以为如下:
将2份灭菌的琼脂糖加入100份水中,用微波炉加热2~5分钟至琼脂糖完全溶解,溶液呈无色透明状。当上述琼脂糖温度下降到50~70℃时,取500μl加入Sigma-Aldrich公司生产的3D Petri(货号:Z764000-6EA)中,静置5分钟待琼脂糖溶液冷却成胶。取出成型琼脂糖水凝胶,放入12孔板内,用培养基浸泡15分钟,重复2次。用移液枪吸走琼脂糖水凝胶周围和内部的培养基。配置浓度为7.5×105/ml的Hep G2细胞悬浮液,取190μl加入琼脂糖水凝胶模具中,静置15分钟待细胞沉降。再在琼脂糖周围加入2ml培养基,放入细胞培养箱中培养72小时,可得到直径为100~200μm的体外模拟组织。
需要说明的,以上提到的培养基均为DMEM完全培养基,培养条件为常规细胞培养条件,在此不再过多赘述。
2、在生物材料上种植体外模拟组织。
根据本发明的实施例,在生物材料上种植体外模拟组织的方法包括将体外模拟组织加入到上述生物涂层上,静置培养一段时间。具体方法可以为如下:
用移液枪从琼脂糖水凝胶中吸取出模拟组织,并用培养基清洗2~3次。取出准备好的生物材料,放入共聚焦培养皿中。取1~2ml模拟组织悬浮液加入到共聚焦培养皿中。将上述共聚焦培养皿放入细胞培养箱中静置1小时,模拟组织沉淀在材料上,并与材料形成较弱的粘附。
3、测定体外模拟组织的浸润速度。
根据本发明的实施例,测定体外模拟组织的浸润速度包括将种植了体外模拟组织的生物材料放入细胞实时培养观察装置,用显微镜实时观察记录图像,测定浸润速度。具体的,调节与显微镜配套的细胞实时培养观察装置温度为37℃,并通入含5%的CO2的混合气体,形成稳定的细胞培养环境,保持1h。将粘附有模拟组织的生物材料取出,放置于上述装置中,用倒置相差显微镜实时观测12小时,记录图像,测定浸润速度。
需要说明的是,浸润速度是指组织浸润区域的面积增加速度与初始半径的比值。浸润速度越小则表示生物材料抑制组织浸润的效果越好。
由此,可以根据细胞的浸润速度来判断生物材料抑制组织浸润效果,且该方法操作简单、方便,易于实现。
在本发明的另一方面,本发明提供了一种血管支架。根据本发明的实施例,所述血管支架包括前面所述的生物材料。发明人发现,由上述生物材料形成的血管支架与血管的生物相容性较佳,抑制与生物材料接触的血管组织浸润的效果较佳,进而有效抑制细胞在血管支架表面的迁移或者增殖,有效避免血管支架内再狭窄,且当生物材料中包括抗体时,有利于修复内皮层,使用性能较佳。
在本发明的另一方面,本发明提供了一种伤口敷料。根据本发明的实施例,所述伤口敷料包括前面所述的生物材料。发明人发现,由上述生物材料形成的伤口敷料与伤口处的组织的生物相容性较佳,抑制与生物材料接触的组织浸润的效果较佳,有效避免伤口粘连,且能够减少换药时造成的疼痛或者二次损伤,使用性能较佳。
实施例
下述实施例和对比例中所用的材料和试剂,若无特殊说明,均可从商业途径获得。
生物材料对组织浸润的抑制率的计算方法为:组织在有微结构层的生物材料上的浸润速度与无微结构层的生物材料上的浸润速度的比值。
实施例1
1、生物材料的制备
(1.1)基底的预处理。
将玻璃片切割成所需大小,置于超纯水中超声清洗20min,取出;按照浓硫酸和双氧水的体积比为7:3的比例,在烧杯中加入浓硫酸和双氧水,得到食人鱼溶液,将超声处理后的玻璃片放入120℃的食人鱼溶液中浸泡2h,取出,用超纯水超声清洗3次。使用前,将玻璃片氮气吹干,用200W氧等离子体处理5~10min,得到表面活化的玻璃片。
(1.2)微结构层的制备:
(1.2.1)单层乳胶微球自组装薄膜的制备
将超纯水倒入培养皿中。取质量分数为30%的表面羧基化的聚苯乙烯微球悬浊液,超声分散30min。用移液枪吸取10μl上述的聚苯乙烯微球悬浊液,分多次缓慢滴加在水层表面,直到水面被全部聚苯乙烯微球覆盖呈乳白色,并通过轻微震荡培养皿促使乳胶微球分布均匀,单层排列。用铜丝蘸取体积分数10%的Triton X-100水溶液,点在水面一侧,促使聚苯乙烯微球在水面另一侧形成紧密的连续薄膜。将步骤(1.1)所述的表面活化的玻璃斜插入水中,快速向上捞起,并在垫有滤纸的培养皿边缘竖直摆放晾干,得到附着了一层球形聚乙烯微球自组装薄膜的玻璃片。所用的球形聚苯乙烯微球直径为1500nm。
(1.2.2)乳胶微球自组装薄膜的固定
配置0.1M的盐酸溶液,按照体积比1:9的比例与乙醇混合。将上述盐酸/乙醇溶液按照体积比88:12的比例与正硅酸乙酯混合。用移液枪取10μl上述溶液缓缓滴在步骤(1.2.1)所述的单层球形聚乙烯微球自组装薄膜上,待薄膜颜色变得无色透明时,表明液体渗入过程已经完成。在温度40℃,湿度60%的恒温恒湿箱中干燥,得到球形聚苯乙烯微球自组装涂层。
(1.3)生物相容分子层的制备
将步骤(1.2.2)所述的球形聚苯乙烯微球自组装涂层用医用酒精清洗并浸泡1小时,在生物安全柜中晾干后,用200W氧等离子体处理5分钟。再将处理后的涂层浸泡在10μg/ml的纤连蛋白溶液中4小时。最后用0.05M的Tris-HCl缓冲溶液清洗3次,得到抑制组织浸润的生物涂层。
本实施例的生物材料原子力显微镜图可见于图6,可以看出微结构层具有周期性高低起伏的有序结构。
2、生物材料在抑制组织浸润中的评估
(2.1)提供体外模拟组织
将2份灭菌的琼脂糖加入100份水中,用微波炉加热2~5分钟至琼脂糖完全溶解,溶液呈无色透明状。当上述琼脂糖温度下降到50~70℃时,取500μl加入Sigma-Aldrich公司生产的3D Petri(货号:Z764000-6EA)中,静置5分钟待琼脂糖溶液冷却成胶。取出成型琼脂糖水凝胶,放入12孔板内,用培养基浸泡15分钟,重复2次。用移液枪吸走琼脂糖水凝胶周围和内部的培养基。配置浓度为7.5×105/ml的Hep G2细胞悬浮液,取190μl加入琼脂糖水凝胶模具中,静置15分钟待细胞沉降。再在琼脂糖周围加入2ml培养基,放入细胞培养箱中培养72小时,可得到直径为100~200μm的体外模拟组织。
(2.2)在生物材料上种植体外模拟组织
用移液枪从琼脂糖水凝胶中吸取出模拟组织,并用培养基清洗2~3次。取出准备好的生物材料,放入共聚焦培养皿中。取1~2ml模拟组织悬浮液加入到共聚焦培养皿中。将上述共聚焦培养皿放入细胞培养箱中静置1小时,模拟组织沉淀在材料上,并与材料形成较弱的粘附。
(2.3)测定体外模拟组织的浸润速度
观察前1小时,调节与显微镜配套的细胞实时培养观察装置温度为37℃,并通入含5%的CO2的混合气体,形成稳定的细胞培养环境。将步骤(2.2)中的粘附有模拟组织的生物材料取出,放置于上述装置中,用倒置相差显微镜实时观测12小时,记录图像,测定浸润速度。
本实施例中体外模拟组织浸润的显微图像可见于图7,浸润速度可见于图8,浸润面积参照图9,生物材料对组织浸润的抑制率为48.2%。
实施例2
1、生物材料的制备
本实施例中,生物材料的制备方法同实施例1,不同之处在于微结构层的制备方法不同,具体如下:
微结构层的制备:
(1)单层乳胶微球自组装薄膜的制备
将超纯水倒入培养皿中。取质量分数为25%的表面羧基化的聚苯乙烯微球悬浊液,超声分散30min。用移液枪吸取10μl上述的聚苯乙烯微球悬浊液,分多次缓慢滴加在水层表面,直到水面被全部聚苯乙烯微球覆盖呈乳白色,并通过轻微震荡培养皿促使乳胶微球分布均匀,单层排列。用铜丝蘸取体积分数10%的Triton X-100水溶液,点在水面一侧,促使聚苯乙烯微球在水面另一侧形成紧密的连续薄膜。将表面活化的玻璃斜插入水中,快速向上捞起,并在垫有滤纸的培养皿边缘竖直摆放晾干,得到附着了一层球形聚乙烯微球自组装薄膜的玻璃片。所用的球形聚苯乙烯微球直径为1000nm。
(2)乳胶微球自组装薄膜的固定
配置0.1M的盐酸溶液,按照体积比1:9的比例与乙醇混合。将上述盐酸/乙醇溶液按照体积比9:1的比例与正硅酸乙酯混合。用移液枪取10μl上述溶液缓缓滴在步骤(1)所述的单层球形聚乙烯微球自组装薄膜上,待薄膜颜色变得无色透明时,表明液体渗入过程已经完成。在温度40℃,湿度60%的恒温恒湿箱中干燥,得到球形聚苯乙烯微球自组装涂层。
本实施例的生物材料的原子力显微镜图可见于图10,可以看出微结构层具有周期性高低起伏的有序结构。
2、生物材料在抑制组织浸润中的评估
生物材料在抑制组织浸润中的评估方法同实施例1。
本实施例中体外模拟组织的浸润速度可见于图8,浸润面积可参照图9,生物材料对组织浸润的抑制率为23.6%。
实施例3
1、生物材料的制备
本实施例中,生物材料的制备方法同实施例1,不同之处在于微结构层的制备方法不同,具体如下:
微结构层的制备:
(1)单层乳胶微球自组装薄膜的制备
将超纯水倒入培养皿中。取质量分数为20%的表面羧基化的聚苯乙烯微球悬浊液,超声分散30min。用移液枪吸取10μl上述的聚苯乙烯微球悬浊液,分多次缓慢滴加在水层表面,直到水面被全部聚苯乙烯微球覆盖呈乳白色,并通过轻微震荡培养皿促使乳胶微球分布均匀,单层排列。用铜丝蘸取体积分数10%的Triton X-100水溶液,点在水面一侧,促使聚苯乙烯微球在水面另一侧形成紧密的连续薄膜。将表面活化的玻璃斜插入水中,快速向上捞起,并在垫有滤纸的培养皿边缘竖直摆放晾干,得到附着了一层球形聚乙烯微球自组装薄膜的玻璃片。所用的球形聚苯乙烯微球直径为500nm。
(2)乳胶微球自组装薄膜的固定
配置0.1M的盐酸溶液,按照体积比1:9的比例与乙醇混合。将上述盐酸/乙醇溶液按照体积比92:8的比例与正硅酸乙酯混合。用移液枪取10μl上述溶液缓缓滴在步骤(1)所述的单层球形聚乙烯微球自组装薄膜上,待薄膜颜色变得无色透明时,表明液体渗入过程已经完成。在温度40℃,湿度60%的恒温恒湿箱中干燥,得到球形聚苯乙烯微球自组装涂层。
本实施例的生物材料的原子力显微镜图可见于图11,可以看出微结构层具有周期性高低起伏的有序结构。
2、生物材料在抑制组织浸润中的评估
生物材料在抑制组织浸润中的评估方法同实施例1。
本实施例中体外模拟组织的浸润速度可见于图8,浸润面积可参照图9,生物材料对组织浸润的抑制率为4.1%。
对比例1
1、生物材料的制备
本实施例中,生物材料的制备同实施例1,不同之处在于本实施例中的生物材料不包括微结构层。
本实施例中的体外模拟组织浸润的显微图像可见于图12。
2、生物材料在抑制组织浸润中的评估
评估方法同实施例1。
本实施例中的体外模拟组织在生物材料表面的浸润速率可参照图8,浸润面积可参照图9。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种生物材料,其特征在于,包括:
基底;
微结构层,所述微结构层设置在所述基底的一个表面上,且所述微结构层远离所述基底的表面上设置有多个第一凹槽和多个第二凹槽,所述第一凹槽在第一方向上间隔设置,且沿第二方向延伸,所述第二凹槽在所述第二方向上间隔设置,且沿所述第一方向延伸;
其中,所述第一方向和所述第二方向相互交叉,所述第一凹槽和所述第二凹槽的宽度小于所述待附着细胞的尺寸,相邻两个所述第一凹槽之间的第一间距和相邻两个所述第二凹槽之间的第二间距小于所述待附着细胞的尺寸。
2.根据权利要求1所述的生物材料,其特征在于,任意相邻的所述第一凹槽和所述第二凹槽之间存在交叠区域,相邻两个所述交叠区域的中心之间的间距小于待附着细胞的尺寸。
3.根据权利要求1所述的生物材料,其特征在于,所述第一凹槽或者所述第二凹槽的宽度各自独立的为500nm-5μm,所述第一间距和所述第二间距各自独立的为100nm-5μm;
任选的,所述第一凹槽或者所述第二凹槽的宽度各自独立的为1μm-3μm。
4.根据权利要求1所述的生物材料,其特征在于,所述第一凹槽和第二凹槽的深度各自独立的为100nm~20μm;
优选的,所述第一凹槽和第二凹槽的深度为500nm~20μm。
5.根据权利要求1所述的生物材料,其特征在于,形成所述基底和微结构层的材料各自独立的包括金属、陶瓷、高分子中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的生物材料,其特征在于,形成所述微结构层的方法包括乳胶微颗粒自组装、刻蚀、沉积法和模板法中的至少之一。
7.根据权利要求1所述的生物材料,其特征在于,还包括:
生物相容分子层,所述生物相容分子层覆盖所述微结构层远离所述基底的表面。
8.根据权利要求7所述的生物材料,其特征在于,形成所述生物相容分子层的材料包括蛋白质、抗体、多肽、核酸、合成高分子中的至少一种,
任选的,所述蛋白质包括纤连蛋白、胶原蛋白、层粘连蛋白、血清蛋白的至少之一;
任选的,所述抗体包括人、动物、病毒、细菌的抗体的至少之一;
任选的,所述核酸包括双链DNA链段、单链DNA链段、RNA链段的至少之一;
任选的,所述合成高分子包括但不限于乙二醇、聚乳酸、聚己内酯、聚磷腈的至少之一。
9.一种血管支架,其特征在于,所述血管支架包括权利要求1-8任一项所述的生物材料。
10.一种伤口敷料,其特征在于,所述伤口敷料包括权利要求1-8任一项所述的生物材料。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201810246115.7A CN110301997A (zh) | 2018-03-23 | 2018-03-23 | 生物材料、血管支架以及伤口敷料 |
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| CN201810246115.7A CN110301997A (zh) | 2018-03-23 | 2018-03-23 | 生物材料、血管支架以及伤口敷料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| CN201810246115.7A Pending CN110301997A (zh) | 2018-03-23 | 2018-03-23 | 生物材料、血管支架以及伤口敷料 |
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|---|---|
| CN (1) | CN110301997A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115192774A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-10-18 | 四川大学 | 一种耐磨多功能细胞膜涂层及其制备方法 |
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| DE19713214A1 (de) * | 1997-03-28 | 1998-12-10 | Ruebben Alexander Dr Med | Covered Stent zur verlängerten Offenhaltung von Hohlorganen oder der Behandlung von Gefäßaneurysmen |
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-
2018
- 2018-03-23 CN CN201810246115.7A patent/CN110301997A/zh active Pending
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