CN100431623C - 壳聚糖-聚乳酸共聚物三维多孔支架制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种壳聚糖-聚乳酸共聚物三维多孔支架制备方法，属于组织工程支架制备技术。该方法过程包括：将壳聚糖溶解于乳酸中，加入氯化钠或氯化钾，搅拌并加热得浆液。将浆液倒入模具中静置，并放入烘箱中常压干燥，然后真空升温共聚。而后用甲醇或氯仿连续或间断抽提，干燥后再将固态物用去离子水进行浸泡洗涤，得到湿态支架。将湿态支架冷冻干燥，得到壳聚糖-聚乳酸共聚物多孔支架。本发明的创新之处在于通过在聚合反应体系中加入一定量的致孔剂，通过聚合反应制得了适于再生医学或组织工程用的三维多孔支架，避免了有机溶剂及催化剂的使用，省去了二次成型过程，所得支架的强度、孔隙率及孔径分布可以得到很好的控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种壳聚糖-聚乳酸共聚物三维多孔支架制备方法，属于组织工程支架制备技术。
背景技术
用于组织工程支架的材料主要有天然高分子材料和合成高分子材料，前者一般具有较好的细胞亲和性，但由于材料的来源不同、处理方法不同等而造成产品性能难以重现，其常规理化性能可调控范围非常有限，加工过程中操作范围较窄也限制了其在异形材料中的应用；合成高分子材料具有良好的加工性能且可以通过调节产物的组成及合成过程中的工艺参数，而使其理化性能得以调控。但由于该类材料表面缺乏细胞识别位点等原因，影响了细胞在其表面上的粘附和生长。因此，对生物医学材料进行改性以提高材料的细胞亲和性、可加工性及力学性能的研究正成为生命科学与材料科学共同的研究热点。而性能优良的组织工程用支架材料的成功开发将使创伤及整形外科进入一个崭新的领域。
壳聚糖是自然界中存在的唯一一种带正电荷的碱性多糖，无毒、无刺激，具有良好的生物相容性、生物可降解性。软骨细胞在壳聚糖纤维网架上附着生长迅速，且保持其良好的基因表型。
聚乳酸分子量可调节，加工性能优良，其作为手术缝线及骨钉等已得到FDA的认可。但其亲水性差和降解产物呈酸性等缺点也限制了聚乳酸的使用。
为了充分利用壳聚糖的生物活性及聚乳酸优异的力学性能和可加工性，人们利用不同的方法制得了壳聚糖与聚乳酸的接枝共聚物。
在我们的初期工作中[1.2]，通过壳聚糖与乳酸的酰胺化反应及乳酸的直接缩合反应，成功地制得了壳聚糖与聚乳酸的接枝共聚物薄膜。人成纤维细胞培养结果表明，通过直接缩合反应制得壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物具有良好的细胞亲和性。
通过离子型引发体系，直接缩聚或偶联等方法，均可制得壳聚糖与聚乳酸的接枝聚合物，但到目前为止所有报道均是有关聚合物的合成及表征，制得产物为粉末或薄膜。有关将壳聚糖-聚乳酸共聚物制成三维多孔支架，特别是通过原位成型而制备壳聚糖-聚乳酸共聚物多孔支架，还未见文献报导。
参考文献：
[1]Fanglian Yao，Wei Chen，Hao Wang，Haifeng Liu，Kangde Yao.A study on cytocompatiblepoly(chitosan-g-L-lactic acid).polymer，2003，44：6435-6441
[2]姚康德，姚芳莲，刘畅，陈炜.壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物的制备方法.中国发明专利，CN02155475.7
发明内容
本发明的目的在于提供一种壳聚糖-聚乳酸共聚物三维多孔支架制备方法，以此方法所制备三维组织多孔支架材料具有孔径大小可控，力学性能良好的特点。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种壳聚糖-聚乳酸共聚物三维多孔支架制备方法，其特征在于包括以下过程：
(1)按质量比为1∶1.5～1∶4的比例，将壳聚糖溶解于L-乳酸、D-乳酸或DL-乳酸之中，搅拌0.5～1小时，至澄清溶液。按致孔剂与壳聚糖的质量比为1∶1～1∶4的比例在澄清溶液中加入氯化钠或氯化钾，机械搅拌1-5小时，得浆液。
(2)将步骤(1)制得的浆液搅拌并加热至40～70℃，5～30分钟后停止搅拌，倒入模具中，于室温下静置12～48小时。再将装有混合物的模具放入烘箱中，在30～60℃下常压干燥36～96小时，然后分为三步，①温度为40-50℃，压力为0.06MPa，加热1.5小时，②温度为75-80℃，压力为0.08MPa，加热2-3小时，③温度为85-95℃，压力为0.1MPa，加热2-3小时的条件下使干燥成型的固态物共聚。
(3)将从模具中取出的固态物用甲醇或氯仿连续或间断抽提24～80小时后，再置于真空烘箱中，在25℃，0.08～0.1MPa下干燥48小时。
(4)将干燥后的固态物用去离子水进行浸泡洗涤，每隔24小时更换一次去离子水，直到在洗涤后的去离子水中检测不到致孔剂的存在为止，得到湿态支架。
(5)将湿态支架在-30～-50℃下冷冻干燥，得到壳聚糖-聚乳酸共聚物多孔支架。
本发明的创新之处在于通过在聚合反应体系中加入一定量的致孔剂，使聚合反应与支架成型同时进行，避免了有机溶剂及催化剂的使用，省去了二次成型过程，所得支架的强度、孔隙率及孔径分布可以得到很好的控制。
本发明所制得的壳聚糖-聚乳酸接枝共聚物三维多孔支架，在保留两者良好的生物相容性、生物活性和力学性能的同时，通过将聚乳酸接枝到壳聚糖主链之上，改善了材料的加工性能。同时，壳聚糖的降解产物呈碱性，可以中和聚乳酸降解产物的酸性。所以制备聚乳酸/壳聚糖复合材料，有望提高聚乳酸亲水性和克服由于聚乳酸降解产物呈酸性而导致无菌性炎症发生的问题。
本发明所采用的材料来源广泛，成本低廉。通过调节致孔剂的粒径及使用量，可以制备出具有适宜孔径和孔隙率的三维多孔支架，且孔的连通性较强。所制得的多孔支架可以广泛地用于皮肤、软骨、骨等多种组织或器官的重建或修复。
附图说明
图1按照实施例3的制备方法制备的支架的SEM照片。
具体实施方式
实施例1：
称取1.5g壳聚糖，将其溶解于2.25g DL-乳酸之中，搅拌0.5小时至溶解完全。称量2.5g氯化钠加至此溶液中，机械搅拌3小时，待混合均匀，50℃下加热10分钟。将溶液倒入塑料模具中，于室温下静置24小时，后放入烘箱中40℃下常压干燥96小时。分三步使干燥成型的固态物在真空条件下升温共聚：
①40-50℃，0.06MPa，加热1.5小时
②75-80℃，0.08MPa，加热2-3小时
③85-95℃，0.1MPa，加热2-3小时
将取出的固态物用500mL甲醇连续抽提24小时后放入真空干燥箱，在室温、0.1MPa下进一步干燥48小时，以除净残留的甲醇。再将固态物泡入去离子水中，每隔24小时换水一次，反复清洗10次后，洗涤后的去离子水中检测不到氯化钠的存在，得到湿态支架。将湿态支架在-30℃下冷冻干燥，制备成多孔支架。得到的支架用比重瓶测得孔隙率为95.9％，孔径范围为5～50微米。
实施例2：
称取1.5g壳聚糖，将其溶解于6g L-乳酸之中，搅拌0.5小时至溶解完全。称量2.5g氯化钠加至此溶液中，机械搅拌1小时，待混合均匀，50℃下加热5分钟。将溶液倒入塑料模具中，于室温下静置24小时，后放入烘箱中30℃下常压干燥96小时。真空共聚过程同上。将取出的支架用500mL甲醇连续抽提40小时后放入真空干燥箱，在室温、0.1MPa下进一步干燥48小时，以除净残留的甲醇。再将支架泡入去离子水中，每隔24小时换水一次，反复清洗14次后，洗涤后的去离子水中检测不到氯化钠的存在，得到湿态支架。将湿态支架在-50℃下冷冻干燥，制备成多孔支架。得到的支架用比重瓶测得孔隙率为89.1％，孔径范围为5～50微米。
实施例3：
称取1.5g壳聚糖溶解于3g乳酸之中，搅拌1小时至溶解完全。称量1.5g氯化钾加至此溶液中，机械搅拌3小时，待混合均匀，40℃下加热10分钟。将溶液倒入塑料培养皿中，于室温中静置12小时，后放入烘箱中60℃下常压干燥36小时。真空共聚过程同上。将取出的支架用500mL甲醇连续抽提40小时后放入真空干燥箱，在室温、0.08MPa下进一步干燥48小时，以除净残留的甲醇。再将支架泡入去离子水中，每隔24小时换水一次，反复清洗14次后，洗涤后的去离子水中检测不到氯化钾的存在，得到湿态支架。将湿态支架在-50℃下冷冻干燥，制备成多孔支架。得到的支架用比重瓶测得孔隙率为92.0％，孔径范围为5～30微米。见图1。
实施例4：
称取1.5g壳聚糖溶解于3g乳酸之中，搅拌0.5小时至溶解完全。称量4.5g氯化钠加至此溶液中，机械搅拌5小时，待混合均匀，50℃下加热30分钟。将溶液倒入塑料培养皿中，于室温中静置48小时，后放入烘箱中40℃下常压干燥72小时。真空共聚过程同上。将取出的支架用600mL氯仿连续抽提80小时后放入真空干燥箱，在室温、0.1MPa下进一步干燥48小时，以除净残留的氯仿。再将支架泡入去离子水中，每隔24小时换水一次，反复清洗14次后，洗涤后的去离子水中检测不到氯化钠的存在，得到湿态支架。将湿态支架在-40℃下冷冻干燥，制备成多孔支架。得到的支架用比重瓶测得孔隙率为95.7％，孔径范围为5～30微米。
Claims (1)
1.一种壳聚糖-聚乳酸共聚物三维多孔支架制备方法，其特征在于包括以下过程：
(1)按质量比为1∶1.5～1∶4的比例，将壳聚糖溶解于L-乳酸、D-乳酸或DL-乳酸之中，搅拌1～3小时，至澄清溶液；按致孔剂与壳聚糖的质量比为1∶1～1∶4的比例在澄清溶液中加入氯化钠或氯化钾，机械搅拌0.5-5小时，得浆液；
(2)将步骤(1)制得的浆液搅拌并加热至40～100℃，5～30分钟后停止搅拌，倒入模具中，于室温下静置12～48小时，再将装有混合物的模具放入烘箱中，在30～60℃下常压干燥36～96小时，然后分为三步，①温度为40-50℃，压力为0.06MPa，加热1.5小时，②温度为75-80℃，压力为0.08MPa，加热2-3小时，③温度为85-95℃，压力为0.1MPa，加热2-3小时的条件下使干燥成型的固态物共聚；
(3)将从模具中取出的固态物用甲醇或氯仿连续或间断抽提24～80小时后，再置于真空烘箱中，在25℃，0.08～0.1MPa下干燥48小时；
(4)将干燥后的固态物用去离子水进行浸泡洗涤，每隔24小时更换-次去离子水，直到在洗涤后的去离子水中检测不到致孔剂的存在为止，得到湿态支架；
(5)将湿态支架在-30～-50℃下冷冻干燥，得到壳聚糖-聚乳酸共聚物多孔支架。
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