CN100357343C - 一种制备多孔聚合物膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备多孔聚合物膜的方法，目的是提供一种应用于组织工程领域的多孔支架一多孔聚合物膜的简便制备方法。本发明所提供的制备多孔聚合物膜的方法，是将聚羟基丁酸-戊酸酯和弹性体在成孔溶剂中的共混液流延成膜，挥发成孔溶剂后，得到多孔聚合物膜。本发明不使用成孔剂，也不用任何特殊的设备与装置，直接成膜就可得到有利于细胞生长粘附的多孔支架，操作简单易行，成本低廉。该方法形成孔的直径在1-10μm，从而克服了传统方法中使用成孔剂得到的孔较大，且伴随着机械性能的急剧下降等不足。所得多孔聚合物膜具有均一性好、孔隙率高、生物相容性好、力学性能较好等特点，在组织工程用多孔支架领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备多孔聚合物膜的方法。
背景技术
组织工程是一门新兴的多学科交叉科学，其目的是开发能恢复、维持或改善受损组织或器官功能的生物代替物，以修复和再生受损组织或器官。在组织工程的研究中，可降解高分子支架起中心作用，它不仅为特定的细胞提供结构支撑作用，而且还起到模板作用，引导组织再生和控制组织结构。因此支架必须具备良好的表面结构和生物相容性、一定的机械性能、良好的加工性能及完全的生物降解性。理想的组织工程支架应具备以下特点：(1)支架应为三维的多孔网络结构，孔的尺寸应能允许细胞的生存，且孔间应相互贯通，以利于营养物质和细胞代谢废物传递；(2)具有良好的生物相容性和可生物降解性，降解产物能完全被生物体吸收或排出体外，降解速率应能与新组织的生长相匹配；(3)材料应在结构和功能上与天然细胞外基质相似，且具有很好的生物相容性，对周围组织环境没有不良影响，表面结构应适于细胞粘附及正常的分化和增殖；(4)具有一定的生物力学性能和结构稳定性，可承受外力，并与所修复组织相一致；(5)加工制作方便高效，便于应用，且可以调节材料物理化学、生物及力学等多方面性能。其中组织工程支架的生物相容性分为表面生物相容性和结构生物相容性，其中表面生物相容性主要取决于材料的选择和表面改性工艺，而结构生物相容性则取决于支架的物理形态，包括其拓扑结构和增效组分的尺度，这对细胞的活性有重要影响。研究表明，支架中孔的形状、大小和孔隙率直接影响着种植细胞的迁移、分化和增殖，而这些因素则随制备方法的不同而有很大变化，加工质量直接关系到新组织功能的优劣。
目前用于组织工程支架制备的主要工艺有以下五种：1)溶液浇铸，成孔剂滤出法。该法所用的成孔剂含量低，由于采用溶液浇铸于器皿中，从而导致成孔剂下沉，孔隙分布不均匀以及上下表面形态出现差异；2)三维层化法。通过制备多孔膜，然后再通过溶剂把各层粘接起来，从而形成三维的支架。该法工艺复杂，而且在粘接过程中，粘接部分孔被封闭，从而形成界面，使材料内部形态不均匀；3)熔融加工法。该法在聚合物的熔点以上，把成孔剂与聚合物共混挤入模具，冷却得到预定形状的多孔支架。该法的缺点是在挤出机里，由于熔体与成孔剂的密度相差较大，因而混合难以均匀。而且部分聚合物，尤其是生物可降解的聚合物在熔融加工时，容易热降解；4)相分离法。该法采用溶液混合物冷却到溶剂的熔点以下，从而产生相分离，再通过真空干燥，从而得到多孔支架。该法的缺点是所得的孔径一般在100微米以下，而且控制较为困难；5)高压二氧化碳法。该法采用把已成型的聚合物暴露于高压二氧化碳，再通过减压把溶于聚合物中的二氧化碳释放出来，从而形成多孔支架。该法的缺点是所形成的孔是封闭的。
以上各成孔方法中可以看出，方法1)使用成孔剂，这种方法虽能够得到孔径范围较大的多孔支架，且孔隙率可调，但成孔剂均不能完全除去，这些残留的成孔剂在细胞培养时对细胞的粘附和生长极其不利；而其余的成孔方法均使用特殊的设备，操作复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于组织工程领域的多孔支架-多孔聚合物膜的简便制备方法。
本发明所提供的制备多孔聚合物膜的方法，包括如下步骤：
1)将聚羟基丁酸-戊酸酯(PHB-HV)和弹性体聚氨酯(PU)、聚对二甲酸二甲酯(PEGT-PBT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)或二氧化碳-环氧丙烷共聚物(poly(carbondioxide-co-propylene oxide))混合后，加入成孔溶剂三氯甲烷或二氯甲烷，经加热、冷凝、回流，配制成均一溶液；所述聚羟基丁酸-戊酸酯与弹性体的重量份数比为90∶10-10∶90；所述成孔溶剂与聚羟基丁酸-戊酸酯和弹性体的混合物的体积重量比(毫升/克)为10-30∶1，即每1g聚羟基丁酸-戊酸酯与弹性体的混合物加10-30ml成孔溶剂；
2)将制备好的溶液冷却后倒入一副蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，挥发其中的成孔溶剂；
3)成孔溶剂挥发后，将蒸发皿置入真空烘箱内真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，得到多孔聚合物膜。将聚羟基丁酸-戊酸酯和弹性体在成孔溶剂中的共混液流延成膜，挥发成孔溶剂后，得到多孔聚合物膜。
制备时可用蒸发皿直径为4cm-16cm，以控制所得膜的直径。
本发明不使用成孔剂，也不用任何特殊的设备与装置，直接成膜就可得到有利于细胞生长粘附的多孔支架，操作简单易行，成本低廉。该方法形成孔的直径在1-10μm，多孔膜宏观上看不到孔，故膜上没有缺陷，克服了传统方法中使用成孔剂得到的孔较大，宏观上微孔的存在伴随着力学机械性能急剧降低的缺点。将本发明多孔聚合物膜用ASTM D638标准模具制备哑铃状拉伸样条，样条的测量部分长度为20mm、宽度为4mm。用英国Instron公司生产的万能材料试验机在拉伸速度为10mm/min条件下进行力学性能测试，分别测试拉伸强度、屈服强度和断裂伸长率等力学性能参数。对照传统流延成膜法得到的多孔膜的测试结果，本发明方法得到的多孔膜的力学性能远远优于传统方法得到的多孔膜。用本发明的方法制备的多孔聚合物膜具有均一性好、孔隙率高、生物相容性好等特点，在组织工程用多孔支架领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
实施例1、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入2.7g聚羟基丁酸-戊酸酯(PHB-HV)、0.3g聚氨酯、70ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为12cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔径为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例2、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入2.1gPHB-HV、0.9g聚氨酯、80ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为16cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例3、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入1.5gPHB-HV、1.5g聚氨酯、50ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为10cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例4、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入0.9gPHB-HV、2.1g聚氨酯、40ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为9cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例5、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入0.3gPHB-HV、2.7g聚氨酯、30ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为6cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例6、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入2.7gPHB-HV、0.3g聚对苯二甲酸二甲酯(PEGT-PBT)、90ml二氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为12cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例7、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入2.1gPHB-HV、0.9g PEGT-PBT、80ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为16cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例8、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入1.5gPHB-HV、1.5g PEGT-PBT、50ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为10cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例9、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入0.9gPHB-HV、2.1g PEGT-PBT、40ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为9cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例10、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入0.3gPHB-HV、2.7g PEGT-PBT、30ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为6cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例11、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入2.7gPHB-HV、0.3g聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、90ml二氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为12cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例12、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入2.1gPHB-HV、0.9gPBS、80ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为16cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例13、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入1.5gPHB-HV、1.5gPBS、50ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为10cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例14、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入0.9gPHB-HV、2.1gPBS、40ml二氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为9cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例15、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入0.3gPHB-HV、2.7gPBS、30ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为6cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例16、多孔聚合物膜的制备
1)在烧瓶中加入0.3gPHB-HV、2.7g二氧化碳-环氧丙烷共聚物、50ml三氯甲烷，搅拌条件下100～120℃加热、冷凝、回流15分钟，配制成均一的溶液；
2)采用流延成膜的方法，将1)中制备好的溶液冷却到室温后倒入一副直径为10cm的蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，慢慢挥发三氯甲烷；
3)溶剂完全挥发后，将整个蒸发皿置入真空烘箱内，真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，可得到具有多孔结构的聚合物膜。
利用该方法得到的聚合物膜孔隙为1～10μm，孔隙率为70％左右。
实施例17、本发明多孔聚合物膜的生物相容性实验
以本发明实施例1中得到的多孔聚合物膜进行如下生物学性能评价：首先用组织块贴壁法培养兔血管平滑肌细胞，传代并鉴定。将2～4代生长旺盛的平滑肌细胞以4.5×106/cm2的密度种植到直径6mm的多孔膜片及用流延成膜法得到的多孔膜上，置于96孔板中培养，分别于培养的第1、3、5、7天进行倒置显微镜观察，用甲苯胺蓝染色、测定四唑盐浓度值(Methylthiazol Tetrazolium，MTT)。用倒置显微镜观察支架上的细胞粘附情况，结果表明用本发明实施例1中得到的多孔膜的细胞粘附性较好，本发明方法得到多孔膜的MTT值约为0.549，高于传统流延成膜法得到多孔膜的MTT值(0.327)，说明本发明中的成孔方法得到的多孔膜更适宜血管平滑肌细胞的生长和繁殖。
Claims (2)
1、一种制备多孔聚合物膜的方法，包括如下步骤：
1)将聚羟基丁酸-戊酸酯和弹性体聚氨酯、聚对二甲酸二甲酯、聚丁二酸丁二醇酯或二氧化碳-环氧丙烷共聚物混合后，加入成孔溶剂三氯甲烷或二氯甲烷，经加热、冷凝、回流，配制成均一溶液；所述聚羟基丁酸-戊酸酯与弹性体的重量份数比为90∶10-10∶90；所述成孔溶剂与聚羟基丁酸-戊酸酯和弹性体的混合物的体积重量比为10-30∶1，毫升/克；
2)将制备好的溶液冷却后倒入一副蒸发皿中，把上下蒸发皿扣合，挥发其中的成孔溶剂；
3)成孔溶剂挥发后，将蒸发皿置入真空烘箱内真空干燥48小时；
4)将蒸发皿从真空烘箱中取出、脱膜，得到多孔聚合物膜。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述蒸发皿的直径为4cm-16cm。
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