CN101176799A - 一种致孔剂粘结滤出法制备组织工程用聚合物多孔支架的方法 - Google Patents
一种致孔剂粘结滤出法制备组织工程用聚合物多孔支架的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种致孔剂粘结滤出法制备组织工程用聚合物多孔支架的方法。首先将盛有致孔剂的模具放入到一定温度、湿度的环境下，使得模具中的致孔剂相互粘结在一起。然后将聚合物溶液浇铸入模具，待溶剂挥发后，将其中的致孔剂滤出，最终得到聚合物多孔支架。该法设备简单，操作简便。所制备的聚合物多孔支架在具有孔径可控、高孔隙率的同时，保持了极好的连通性，适用于组织工程三维多孔细胞支架及其它应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及组织工程用聚合物多孔支架的制备方法，具体涉及一种致孔剂粘结滤出法制备组织工程用聚合物多孔支架的方法。
背景技术
创伤及病损组织的修复一直是医学领域的难题之一，长期以来国内外学者进行了大量相关研究与临床实践。对于这些难题，组织工程技术为它带来了新的方法。其具体思路为：将体外培养扩增的正常组织细胞吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的生物材料上形成复合物，将细胞—生物材料复合物植入机体组织、器官病损部位，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的具有形态和功能的相应组织、器官，达到修复创伤和重建功能的目的。
组织工程所用的替代材料一般为生物相容性好，可降解的人工合成聚合物材料或者天然的生物大分子材料。由于具有生物相容性好，降解速度可控，力学性能优良等特点。组织工程对于多孔支架的微观要求是：具有适当的孔径，较高的孔隙率，良好的连通性，以便于细胞的进入、营养物质的渗入和废物的排出。
当今，组织工程用聚合物多孔支架的制备方法主要有致孔剂滤沥法、气体发泡法、热致相分离法、三维打印技术等。
致孔剂沥滤技术是制备组织工程用多孔支架最简便和研究最广泛的技术之一。该技术通过控制致孔剂的形态、颗粒大小以及致孔剂与可降解材料的比例，能够方便地控制三维支架的孔隙率、孔隙尺寸和形态，因而受到广泛的关注。Mikos等人(Biomaterial，1993，14(5)，323~330)采用溶剂浇铸-颗粒滤沥法制备了厚度2mm的多孔膜支架。国内丁建东等人(专利号CN1234492C)设计了一套复合模具，采用致孔剂滤出法制备了聚合物的多孔支架。但是这种方法存在着多孔支架孔隙间的连通性不高，且支架中可能残留被聚合物包裹而未能滤出的致孔剂的缺点。
气体发泡技术采用气体作为致孔剂，在制孔过程中不使用有机溶剂。它避免了有机溶剂的细胞毒作用和高温处理的影响，是一种较理想的细胞种植载体，尤其有利于负载生长因子作用于种植细胞。Singh等人(Biomaterial，2004，25：2611~2617)用超临界CO2发泡的方法制备了聚乳酸-乙醇酸的多孔支架，测定材料开孔率可达89％。这种方法对设备要求高，微孔结构不易控制且常形成封闭气孔。
热致相分离法能形成多样的微观结构，容易满足微孔材料的特殊要求，且能产生厚截面上各向相同的微孔结构。W.hang等人(Polymer，1995，36：837-842)将PLGA的二氯甲烷溶液与水混合迅速搅拌为乳液，然后在液氮中淬冷，冷冻干燥后得到了孔径在100μm左右PLGA多孔支架材料。热致相分离得到的支架孔径较小，因此使用面较窄。
三维打印技术制备多孔支架时，打印喷头依次喷出聚合物粉末和粘合剂，粘合剂将粉末合成一层，在计算机控制下，按预定程序逐层打印，即可形成三维多孔支架。Giordano、Park等人(J Biomater Sci Polymer Edn，2001，12：107~124)均用氯仿作为粘合剂打印出了PLLA三维支架。三维打印的优点是成型时间短，比较适合于自动化大规模生产，且可以更具个体差异迅速制备出具有个性特征的三维多孔支架。但其不足之处在于支架的孔隙率偏低，通常小于80％。
纵观上述由目前制备方法得到的多孔支架，都存在相应的不足，性能和使用效果尚不能令人满意。如何将现有的技术进行改性，制备得到既有适当的孔径，较高的孔隙率，良好的连通性，且无生物毒性的组织工程用多孔支架，仍是组织工程中迫切需要解决的关键问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能制备出孔径大小和孔隙率合适，孔连通性良好，且无致孔剂残留的致孔剂粘结滤出法制备聚合物多孔支架的方法。
本发明提出的致孔剂粘结滤出法制备组织工程用聚合物多孔支架的方法，具体步骤如下：
(1)制备粒径为50-850μm的致孔剂颗粒，放入模具中；
(2)将步骤(1)得到的盛有致孔剂的模具在0℃-100℃温度、10％-100％相对湿度下放置1-24小时，使得模具中的致孔剂相互粘结在一起，然后真空干燥1-8小时；
(3)将浓度为0.01-0.5g/ml的聚合物的氯仿溶液浇铸于模具内，待溶剂氯仿挥发后，得到致孔剂与聚合物的混合物；
(4)将步骤(3)得到的混合物在去离子水中浸泡，每3.5-4.5小时更换去离子水，48-50小时后取出制品；
(5)将步骤(4)得到的制品真空干燥8-24小时，除去水分，即得到聚合物多孔支架。
本发明中，所述致孔剂为氯化钠、氯化钾、醋酸钾、碳酸钠、柠檬酸钠、酒石酸或葡萄糖等的水溶性化合物中任一至几种。
本发明中，步骤(1)中所述致孔剂颗粒的制备采用筛分方法，筛分可以采用标准筛，可以将致孔剂筛分为50μm-75μm、75μm-125μm、125-180μm、180-250μm、250-425μm、425850μm等不同级份，通过控制致孔剂尺寸可得到不同孔径和孔隙率的聚合物多孔支架。
本发明中，所述聚合物包括脂肪族聚酯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚二氧六环、聚乙二醇或聚羟基丁酸酯。
本发明中，所述脂肪族聚酯包括聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)或己内酯共聚物。
本发明通过致孔剂粘结滤出制备出了具有合适孔径和孔隙率、良好连通性和无致孔剂残留的组织工程用聚合物多孔支架。本发明的显著特征是在浇铸聚合物溶液前，将致孔剂粘结在一起，避免了聚合物溶液将致孔剂包裹的情况，使得聚合物多孔支架孔隙间的连通性大大增加了，而且致孔剂全部被滤出，避免了致孔剂残留导致的毒性。
具体实施方式
通过下述实例更好的理解本发明，但这些实例并不用来限制本发明。
实施例1：聚乳酸多孔支架的制备的方法
(1)采用国产标准筛对氯化钠颗粒径行分级，将粒径180~250μm的氯化钠颗粒放入模具中；
(2)将盛有氯化钠颗粒的模具放入恒温恒湿箱，设定温度37℃，相对湿度95％，10小时后取出，使模具中的氯化钠有一定程度的粘结，放入真空烘箱干燥2小时；
(3)将浓度为0.1g/ml的聚乳酸氯仿溶液浇铸入模具内，待氯仿挥发后，得到氯化钠与聚乳酸的混合物；
(4)将上此混合物在去离子水中浸泡，每4小时更换去离子水，48小时后氯化钠全部被滤出，取出制品；
(5)真空干燥，除去水分，得到聚乳酸多孔支架；
所得多孔支架孔径为200μm左右，孔壁的内部也含有因致孔剂相互粘结在一起产生的20~50μm的微孔，支架的孔隙率达到94.6％，且多孔支架孔与孔之间连通性良好。
实施例2：羟基磷灰石/聚乳酸复合多孔支架的制备
(1)采用国产标准筛对氯化钠颗粒径行分级，将粒径250μm~425μm的氯化钠颗粒放入模具中；
(2)将盛有氯化钠颗粒的模具放入恒温恒湿箱，设定温度37℃，相对湿度95％，6小时后取出，使模具中的氯化钠有一定程度的粘结，放入真空烘箱干燥2小时；
(3)配置0.05g/ml的聚乳酸氯仿溶液，将一定量的纳米羟基磷灰石放入溶液中，搅拌，直至羟基磷灰石在聚乳酸氯仿溶液中形成均匀悬浊；
(4)将此混合溶液浇铸入模具内，待氯仿挥发后，得到氯化钠、羟基磷灰石和聚乳酸的混合物；
(5)将上此混合物在去离子水中浸泡，每4小时更换去离子水，48小时后取出制品；
(6)真空干燥，除去水分，得到羟基磷灰石/聚乳酸多孔支架；
所得多孔支架孔径为200～400μm左右，孔壁上可见粘附的羟基磷灰石颗粒，孔壁的内部也含有因致孔剂相互粘结在一起产生的20~50μm的微孔，支架的孔隙率达到92.3％，且多孔支架孔与孔之间连通性良好。
实施例3：聚己内酯多孔支架的制备
(1)采用国产标准筛对葡萄糖颗粒径行分级，将粒径250μm~425μm的葡萄糖颗粒放入模具中；
(2)将盛有葡萄糖颗粒的模具放入恒温恒湿箱，设定温度60℃，相对湿度80％，10小时后取出，使模具中的葡萄糖有一定程度的粘结，放入真空烘箱干燥4小时；
(3)将0.05g/ml的聚己内酯氯仿溶液浇铸入模具内，待氯仿挥发后，得到葡萄糖、聚己内酯的混合物；
(4)将上此混合物在去离子水中浸泡，每4小时更换去离子水，48小时后取出制品；
(5)真空干燥，除去水分，得到聚己内酯多孔支架；
所得多孔支架孔径为200～400μm左右，孔壁的内部也含有因致孔剂相互粘结在一起产生的20~50μm的微孔，支架的孔隙率达到92.4％，且多孔支架孔与孔之间连通性良好。
实施例4：聚乳酸—聚乙醇酸共聚物多孔支架的制备的方法
(1)采用国产标准筛对氯化钾颗粒径行分级，将粒径250~425μm的氯化钾颗粒放入模具中；
(2)将盛有氯化钾颗粒的模具放入恒温恒湿箱，设定温度50℃，相对湿度90％，8小时后取出，使模具中的氯化钾有一定程度的粘结，放入真空烘箱干燥2小时；
(3)将浓度为0.1g/ml的聚乳酸—聚乙醇酸共聚物氯仿溶液浇铸入模具内，待氯仿挥发后，得到氯化钾和聚乳酸—聚乙醇酸共聚物的混合物；
(4)将上此混合物在去离子水中浸泡，每4小时更换去离子水，48小时后氯化钾全部被滤出，取出制品；
(5)真空干燥，除去水分，得到聚乳酸—聚乙醇酸共聚物多孔支架；
所得多孔支架孔径200～400μm左右，孔壁的内部也含有因致孔剂相互粘结在一起产生的20~50μm的微孔，支架的孔隙率达到90.8％，且多孔支架孔与孔之间连通性良好。
实施例5：聚乳酸—聚乙二醇共聚物多孔支架的制备的方法
(1)采用国产标准筛对柠檬酸钠颗粒径行分级，将粒径125~180μm的柠檬酸钠颗粒放入模具中；
(2)将盛有柠檬酸钠颗粒的模具放入恒温恒湿箱，设定温度37℃，相对湿度90％，5小时后取出，使模具中的柠檬酸钠有一定程度的粘结，放入真空烘箱干燥2小时；
(3)将浓度为0.1g/ml的聚乳酸—聚乙二醇共聚物氯仿溶液浇铸入模具内，待氯仿挥发后，得到柠檬酸钠和聚乳酸—聚乙二醇共聚物的混合物；
(4)将上此混合物在去离子水中浸泡，每4小时更换去离子水，48小时后柠檬酸钠全部被滤出，取出制品；
(5)真空干燥，除去水分，得到聚乳酸—聚乙二醇共聚物多孔支架；
所得多孔支架孔径为150μm左右，孔壁的内部也含有因致孔剂相互粘结在一起产生的10~50μm的微孔，支架的孔隙率达到94.8％，且多孔支架孔与孔之间连通性良好。
Claims (5)
1.一种致孔剂粘结滤出法制备组织工程用聚合物多孔支架的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)制备粒径为50-850μm的致孔剂颗粒，放入模具中；
(2)将步骤(1)得到的盛有致孔剂的模具在0℃-100℃温度、10％-100％相对湿度下放置1-24小时，使模具中的致孔剂相互粘结在一起，然后真空干燥1-8小时；
(3)将浓度为0.01-0.5g/ml的聚合物的氯仿溶液浇铸于模具内，待溶剂氯仿挥发后，得到致孔剂与聚合物的混合物；
(4)将步骤(3)得到的混合物在去离子水中浸泡，每3.5-4.5小时更换去离子水，48-50小时后取出制品；
(5)将步骤(4)得到的制品真空干燥8-24小时，除去水分，即得到聚合物多孔支架。
2.根据权利要求1所述的致孔剂粘结滤出法制备组织工程用聚合物多孔支架的方法，其特征在于所述致孔剂为氯化钠、氯化钾、醋酸钾、碳酸钠、柠檬酸钠、酒石酸或葡萄糖的水溶性化合物中任一至几种。
3.根据权利要求1所述的致孔剂粘结滤出法制备组织工程用聚合物多孔支架的方法，其特征在于步骤(1)中所述致孔剂颗粒的制备采用筛分方法。
4.根据权利要求1所述的致孔剂粘结滤出法制备组织工程用聚合物多孔支架的方法，其特征在于所述聚合物包括脂肪族聚酯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚二氧六环、聚乙二醇或聚羟基丁酸酯。
5.根据权利要求4所述的致孔剂粘结滤出法制备组织工程用聚合物多孔支架的方法，其特征在于所述脂肪族聚酯包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、乳酸-乙醇酸共聚物或己内酯共聚物。
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