CN101455862A - 一种生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物材料技术领域，特别适用于生物医学组织工程支架材料的制备领域，具体为一种组织工程支架用多孔材料的制备方法。本发明采用机械加工技术制备多孔材料，将其利用于组织工程支架，为细胞的粘附及生长等提供三维空间。所述机械加工方法包括：激光加工技术、数控钻孔加工技术。所述机械加工方法所制备的多孔材料，其孔隙率为5－99％，孔径为50－900μm，为通透的多孔结构。本发明可以制备多种金属材料，其中激光打孔技术还可制备多孔高分子材料、陶瓷材料及复合材料等，适用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及生物材料技术领域，特别适用于生物医学组织工程支架材料的制备领域，具体为一种组织工程支架用多孔材料的制备方法。
背景技术
组织工程(Tissue Engineering)是近年来正在兴起的一门新兴医学技术，它是应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物，因而受到了人们的极大重视。组织工程的核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体，其基本原理和方法是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生物材料(支架材料-scaffold)上形成复合物，将细胞-生物材料复合物植入机体组织和器官的病损病分，细胞在生物材料载体上生长、增殖，从而达到修复创伤的目的。
目前，组织工程支架材料主要包括高分子材料、生物陶瓷材料、复合材料以及正在开发的可降解镁合金等金属材料。组织工程用支架材料一般被制备成多孔形态，以利于细胞的生长和组织液的流通。其中，制备多孔金属的方法包括：液态成形工艺，如液态金属直接发泡技术、固—气共晶凝固法、粉末压实体熔化技术、精密铸造方法、渗流铸造法等；基于固态加工工艺制备多孔金属，如气体卷入技术、使用可发泡的粉末浆料、使用能形成空隙的支撑材料或空心球、利用金属空心球等；沉积技术，如电解沉积技术、气相沉积技术等。
目前的这些支架多孔材料的制备方法中，部分存在如制备成本较高、工艺不稳定、造孔剂残留、强度较低、孔径不均匀等不足，造成目前的应用不尽人意。因此，如何进一步降低成本，开发更稳定、更具有可重复性和易控制性的工艺规范，以得到性能优良、质量可控的多孔支架材料，是推进其应用的重要因素之一。
发明内容
本发明目的在于提供一种生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，采用机械加工的方法来制备多孔组织工程支架，解决传统技术制备成本较高、工艺不稳定、造孔剂残留、支架强度较低、以及难以制备块状多孔支架等缺陷。
本发明的技术方案是：
一种生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，采用机械加工方式制备多孔组织工程支架，机械加工方法为激光打孔技术或数控钻孔技术。
本发明将激光加工技术应用于多孔组织工程支架的制备领域，采用激光打孔或数控钻孔的方式将实体的高分子材料、陶瓷材料、金属材料及其复合材料等加工成多孔结构。
激光加工是目前最先进的加工技术之一，激光打孔技术是激光加工技术中的一种，它主要利用高效激光对材料进行加工，主要的设备包括电脑和激光加工器，在利用多种图形处理软件(CAD、coreldraw等)进行图形设计之后，将图形传输到激光加工器，激光加工器就可以根据所设计的图形结构在材料表面进行打孔，并按照设计的要求调整参数，控制多孔结构的孔径及孔隙率等。
数控钻孔技术也是目前较常用的加工技术之一，本发明中主要利用其制备多孔金属组织工程支架，通过数控技术对钻床运动及加工过程进行控制，按照预先设计钻孔要求进行精确钻孔，并可根据设计要求调节所打孔径的大小。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。
所述多孔组织工程支架用来为体外培养的细胞提供载体及三维的生长空间，细胞在其上进行粘附、生长及分化。其多孔结构有利于细胞的生长并为其营养及代谢产物提供输送通道，其特点为通透孔，孔隙率为5—99％，孔径为50—900μm。所述高分子材料包括：聚乳酸、聚氨酯、硅橡胶、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚经基羧酸、聚乙醇酸等。所述陶瓷材料包括：磷酸钙、磷酸三钙、氧化铝、氧化锌、碳化硅、生物玻璃、羟基磷灰石等。所述金属材料包括：镁及其合金，钛及其合金，钽及其合金、锌及其合金、形状记忆合金等。所述复合材料为上述两种或多种材料的复合。
本发明采用机械加工方式制备多孔组织工程支架材料，其特点为：
1.范围广泛：可以制备多种金属材料，其中激光打孔技术还可制备多孔高分子材料、陶瓷材料及复合材料等，适用范围广泛。
2.安全可靠：激光打孔技术采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力，保证材料具有良好的力学性能。
3.精确细致：孔的位置可人为设计和控制，加工精度可达到0.1mm。
4.效果一致：保证同一批次的加工效果完全一致。
5.高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速加工，程序过程简单。
6.成本低廉：不受加工数量的限制，可较充分利用原材料。
7.更理想的力学性能：孔壁更加光滑，实体材料部分仍保持其致密性，缺陷少。
8.可对孔内部进行表面处理：为了提高多孔金属作为组织工程支架时的生物相容性性能，对多孔金属进行表面处理，受到了大家的青睐。采用机械加工方式所制备多孔结构，通透率高，表面处理时，孔结构不易堵塞，使提高孔内金属表面的生物相容性成为可能。
附图说明
图1.采用激光打孔技术制备的多孔镁组织工程支架图片。
图2.表面处理后多孔局部结构图片。
图3.采用数控钻孔技术制备的多孔镁组织工程支架图片。
具体实施方式
实施例1.
采用激光钻孔技术制备如图1所示多孔镁组织工程支架，其尺寸为8×8×8mm3，孔径为500μm，孔隙率为48％。图2所示，该多孔结构中可以经过表面处理，表面处理涂层已长入多孔结构内部。
实施例2.
与实施例1不同之处在于：制备多孔钛合金组织工程支架(本实施例钛合金牌号为Ti6Al4V)，其尺寸为8×8×8mm3，孔径为300μm，孔隙率为60％。
实施例3.
与实施例1不同之处在于：制备多孔碳化硅组织工程支架，其尺寸为8×8×8mm3，孔径为400μm，孔隙率为62％。
实施例4.
与实施例1不同之处在于：制备多孔羟基磷灰石组织工程支架，其尺寸为8×8×8mm3，孔径为450μm，孔隙率为55％。
实施例5.
与实施例1不同之处在于：制备多孔聚四氟乙烯组织工程支架，其尺寸为10×10×10mm3，孔径为350μm，孔隙率为65％。
实施例6.
与实施例1不同之处在于：制备多孔聚氨酯组织工程支架，其尺寸为7×7×7mm3，孔径为400μm，孔隙率为70％。
实施例7.
与实施例1不同之处在于：制备多孔聚乳酸组织工程支架，其尺寸为5×5×5mm3，孔径为300-500μm，孔隙率为68％。
实施例8.
采用数控钻孔技术制备如图3所示多孔镁合金组织工程支架，其尺寸为5×5×5mm3，孔径为600μm，孔隙率为56％。
实施例9
与实施例8不同之处在于：制备多孔钛(Ti6Al4V)组织工程支架，其尺寸为5×5×5mm3，孔径为300-500μm，孔隙率为70％。
实施例结果表明，采用机械加工方式可制备出多种材料的多孔结构，通透率高，表面处理时，孔结构不易堵塞，使提高孔内金属表面的生物相容性成为可能。
Claims (6)
1、一种生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，其特征在于：采用机械加工方式制备多孔组织工程支架。
2、按照权利要求1所述的生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，其特征在于：机械加工方法为激光打孔技术或数控钻孔技术。
3、按照权利要求2所述的生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，其特征在于：按预制好的多孔结构，将最终所需尺寸的实体结构的组织工程支架材料通过电脑控制及数控技术，利用激光的高能量及钻头的高速旋转，进行打孔，制备成多孔结构。
4、按照权利要求1所述的生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，其特征在于：组织工程支架材料包括多孔金属材料、多孔高分子材料、多孔陶瓷材料或上述材料的多孔复合材料。
5、按照权利要求4所述的生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，其特征在于：多孔金属材料为多孔钛合金、多孔镁合金、多孔钽合金、多孔锌合金或多孔记忆合金；多孔高分子材料为聚乳酸、聚氨酯、硅橡胶、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚经基羧酸或聚乙醇酸；多孔陶瓷材料为磷酸钙、磷酸三钙、氧化铝、氧化锌、碳化硅、生物玻璃或羟基磷灰石。
6、按照权利要求1所述的生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，其特征在于：组织工程支架材料为通透结构，孔隙率为5-99％，孔径为50-900μm。
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2007
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