CN101579539A

CN101579539A - 一种粘结型复合微球多孔支架的制备方法

Info

Publication number: CN101579539A
Application number: CN 200910104115
Authority: CN
Inventors: 徐文峰; 廖晓玲; 刘希东
Original assignee: Chongqing University of Arts and Sciences
Current assignee: Chongqing University of Arts and Sciences
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: CN101579539B

Abstract

本发明公开了一种粘结型复合微球多孔支架的制备方法，步骤包括：1)以纳米羟基磷灰石和聚乳酸为原料，通过超声波共混、悬浮成球、溶剂挥发、冷冻干燥，得到复合微球；2)将复合微球筛选粒径、装模、气流平整、聚乳酸溶液滴加粘结、气流挥发溶剂、真空保温熔结、脱模洗涤，得到多孔支架。本发明方法工艺简单，复合微球孔隙率高，支架孔径及孔隙率可调，支架成型方便、形状设计性强，不引入其它粘接相，高温加热时间短。所制支架具有良好的三维连通孔，和良好的力学性能与生物相容性，能够满足组织工程支架材料的要求，在骨组织工程中的组织修复领域中有潜在的、广泛的实用价值。

Description

一种粘结型复合微球多孔支架的制备方法

技术领域

本发明属于组织工程支架制备技术，具体地讲，是一种由纳米羟基磷灰石/聚乳酸的复合微球来粘结制备多孔支架的方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)在人体内代谢的最终产物是CO₂和H₂O，中间产物乳酸也是体内正常糖代谢的产物，不会在重要器官聚集，因此具有优异的可生物降解吸收性，已广泛应用到组织工程支架制备中，是迄今应用最多的可降解生物材料之一。同时，羟基磷灰石(HA)与人体骨组织有类似的无机组成，是骨细胞较理想的基质环境，与聚乳酸的结合能提高聚乳酸的力学性能和引导成骨特性，且对羟基磷灰石的过快降解有控制作用，能保证骨组织恢复速度与材料降解速度一致。同时将羟基磷灰石与聚乳酸复合可以提高韧性，改善降解性能，羟基磷灰石还可以中和聚乳酸降解产生的酸性积累。因此，将聚乳酸与羟基磷灰石结合作为骨组织修复材料是较为理想的选择。微球以其结构的特殊性、性能的多变性、应用的广泛性，在生物医学工程领域有着十分独特的重要作用，其中，复合微球材料的支架制品在医学生物工程领域中有着广泛的应用。

组织工程的核心是构建细胞生物支架材料复合体，其中，三维多孔支架材料发挥着重大作用，除了决定新生组织、器官的形状外，最重要的是为细胞提供获取营养、气体交换、废物排除的环境，为细胞增殖繁衍提供空间。因此，支架材料应是高度多孔的，支架的孔隙大小必须控制，并有严格要求。孔隙太小，细胞无法进入，从而阻碍细胞的繁殖和扩增；孔隙太大，细胞粘附不住，失去作为支架的作用。

近年来，多孔支架的制备方法很多，如致孔剂法、冻干法、热致相分离法、电纺丝法、编织法、超临界流体气体法、3D打印法以及微球烧结法等。但是，现有制备方法除微球烧结法外，很难控制支架内部孔隙分布，而且不易获得较大的孔洞，一般只能生产出孔径为200μm以下的支架，而对于组织工程则需要孔径为200～500μm的支架材料，用这些技术则几乎不能达到；同时，上述方法生成的多孔支架往往存在闭孔现象，这将严重地影响支架材料功能的发挥。

微球烧结法利用高能激光束将颗粒烧结在一起，得到具有受控体系和全连通网络的三维支架结构，通过改变参数，如粒径、加热时间，可以达到调整支架性能的目的。但是要求技术设备较高，不易推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球为材料的，能够控制支架中的孔径大小，和解决孔连通问题的多孔支架的制备方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种粘结型复合微球多孔支架的制备方法，步骤按如下进行：

1)将聚乳酸在超声波作用下溶解成质量浓度5％～8％的乙酸乙酯溶液，然后按质量比纳米羟基磷灰石和聚乳酸5～10∶100加入纳米羟基磷灰石，保持超声水温不超过35℃，继续超声波振荡分散混合3h；利用滴管在液面高度1～3cm处，将上述配制好的混合液滴入搅拌速度500～1000r/min、溶有质量浓度0.5％～1.0％聚乙烯醇的乙醇水溶液中，悬浮成球；将悬浮着微球的乙醇水溶液减压抽滤20～30min，挥发去除乙酸乙酯，然后冷藏24h后过滤、洗涤，在-10℃、真空度为：2.5～5.0KPa冷冻干燥4～6h，制得纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球；

2)将制得的复合微球过筛得到20～10目(0.84～2.0mm)以上粒径大小的微球；根据支架设计孔径的大小，选取一定粒径的微球装入上下有通孔、且下通孔有封网的支架模具中；用高速空气将微球平整；根据微球的填充量滴入数滴一定浓度的聚乳酸乙酸乙酯溶液，将小球湿透；再吹入高速空气挥发溶剂；将支架模具放入真空箱中保温一段时间，至小球表面微软化同时体积缩小时取出，冷却、脱模、洗涤，即得粘结型复合微球多孔支架。

较佳的，所述乙醇水溶液是按体积比：乙醇∶水＝100∶50～80配制；搅拌控制采用磁力搅拌器；减压抽滤的压力是0.01～0.02MPa。

较佳的，所述高速空气的流速是3.5～5.0L/min。

较佳的，所述滴入聚乳酸的乙酸乙酯溶液的浓度是质量浓度0.5％～0.8％。

较佳的，所述在真空箱中保温一段时间，其真空度为0.02～0.03Mpa，温度为150～170℃，时间为2～4min。

较佳的，所述聚乳酸的分子量≥6万，纳米羟基磷灰石的粒径＜1μm。

本发明采用简单的悬浮液技术制备纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球，进而通过自粘结低温热熔法加工成三维多孔支架。该方法通过对聚乳酸浓度、微球粒度、温度等参数的改变，可对多孔支架的粘接强度、孔隙率、孔径大小进行控制；支架成型方便、形状设计性强；方法不引入其它粘接相、加热时间短、操作简单。该方法制备的多孔支架孔隙效果良好，生物相容性好，能够满足组织工程支架材料的要求，在生物医学领域，尤其是骨组织工程中的组织修复领域中有潜在的、广泛的实用价值。

与现有技术相比，本发明具有下列有益效果：

(1)本发明方法的工艺简单、支架孔径及孔隙率可调、支架成型方便、制备的支架制品具有良好的三维连通孔、和良好的力学性能与生物相容性；

(2)本发明采用毒性小的乙酸乙酯作为溶剂，制备的复合微球多孔支架更符合生物组织细胞的培养和生长；

(3)本发明通过调整滴入的聚乳酸浓度和量，可调控支架的内部粘接度，以调整支架的孔隙率、降解速度、生长环境等；

(4)本发明制备工艺加热时间短，减小了高温对微粒孔隙与支架孔洞的破坏和对聚乳酸降解的影响；

(5)最后，本发明制备的微球内部为不规则的多孔结构、表面有大量孔洞、力学性能良好，另外，粘结过程不引入其它粘接相，这样在保障了支架的力学强度的同时，也保证了支架自身的高孔隙率。

附图说明

图1是实施例1的粒径大于10目的纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球表面形态扫描电镜照片，放大30倍；

图2是实施例1的纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球的表面形态扫描电镜照片，放大2000倍；

图3是实施例1的粘结型纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球多孔支架的表面形态扫描电镜照片，放大30倍；

图4是实施例2的粘结型纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球多孔支架照片；

具体实施方式

实施例1

1)秤取7.8001g聚乳酸加入到盛有100ml乙酸乙酯的碘量瓶中，在超声波清洗仪中振荡溶解，然后加入0.3900g(质量比5∶100)的纳米羟基磷灰石，继续超声波振荡3h，保持超声水温不超过35℃期间用手将碘量瓶振荡数次；把溶有质量浓度0.5％聚乙烯醇、乙醇与水比2∶1的乙醇水溶液以500r/min的转速磁力搅拌，然后用滴管距液面1cm，逐滴加入纳米羟基磷灰石/聚乳酸/乙酸乙酯混合液；加液结束后以0.01MPa真空度减压抽滤30min；溶液冷藏24h后过滤、用去离子水洗涤3次；在-10℃、真空度为：5.0KPa冷冻干燥箱中干燥6h，得到20～10目(0.84～2.00mm)以上的纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球，复合微球的表面形态见图1、图2；

2)将制得的复合微球过筛得到10目(2.00mm)以上粒径大小的微球；装入上下有通孔、且下通孔有封网的支架模具中；用5.0L/min高速空气将微球平整；滴入10滴质量浓度0.8％的聚乳酸乙酸乙酯溶液；再吹入5.0L/min高速空气将乙酸乙酯快速挥发；将支架模具放入真空度为0.03Mpa、温度为170℃真空箱中，保温4min；冷却脱模，用5％体积浓度的乙醇溶液清洗2～3次，即得孔径为主要在300～500μm的粘结型复合微球多孔支架，支架的表面形态见图3。

实施例2

1)秤取6.5002g聚乳酸加入到盛有100ml乙酸乙酯的碘量瓶中，在超声波清洗仪中振荡溶解，然后加入0.5201g(质量比8∶100)的纳米羟基磷灰石，继续超声波振荡3h，保持超声水温不超过35℃，期间用手将碘量瓶振荡数次；把溶有质量浓度0.8％聚乙烯醇、乙醇与水比5∶4的乙醇水溶液以800r/min的转速磁力搅拌，然后用滴管距液面2cm，逐滴加入纳米羟基磷灰石/聚乳酸/乙酸乙酯混合液；加液结束后以0.02MPa真空度减压抽滤25min；溶液冷藏24h后过滤、用去离子水洗涤3次；在-10℃、真空度为：3.0KPa冷冻干燥箱中干燥5h，得到40～16目(0.42～1.19mm)以上的纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球；

2)将制得的复合微球过筛得到20～16目(0.84～1.19mm)粒径大小的微球；装入上下有通孔、且下通孔有封网的支架模具中；用4.0L/min高速空气将微球平整；滴入8滴质量浓度0.5％的聚乳酸乙酸乙酯溶液；再吹入4.0L/min高速空气将乙酸乙酯快速挥发；将支架模具放入真空度为0.02Mpa、温度为160℃真空箱中，保温3min；冷却脱模，用5％体积浓度的乙醇溶液清洗3次，即得孔径主要在200～300μm的粘结型复合微球多孔支架。

实施例3

1)秤取5.9601g聚乳酸加入到盛有100ml乙酸乙酯的碘量瓶中，在超声波清洗仪中振荡溶解，然后加入0.5960g(质量比10∶100)的纳米羟基磷灰石，继续超声波振荡3h，保持超声水温不超过35℃，期间用手将碘量瓶振荡数次；把溶有质量浓度1.0％聚乙烯醇、乙醇与水比5∶3的乙醇水溶液以1000r/min的转速磁力搅拌，然后用滴管距液面3cm，逐滴加入纳米羟基磷灰石/聚乳酸/乙酸乙酯混合液；加液结束后以0.02MPa真空度减压抽滤20min；溶液冷藏24h后过滤、用去离子水洗涤3次，在-10℃、真空度为：2.5KPa冷冻干燥箱中干燥4h，得到60～20目(0.25～0.84mm)以上的纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球。

2)将制得的复合微球过筛得到40～20目(0.42～0.84mm)粒径大小的微球；装入上下有通孔、且下通孔有封网的支架模具中；用3.5L/min高速空气将微球平整；滴入6滴质量浓度0.8％的聚乳酸乙酸乙酯溶液；再吹入3.5L/min高速空气将乙酸乙酯快速挥发；将支架模具放入真空度为0.03Mpa、温度为150℃真空箱中，保温2min；冷却脱模，用5％体积浓度的乙醇溶液清洗3次，即得孔径＜200μm的粘结型复合微球多孔支架。

Claims

1.一种粘结型复合微球多孔支架的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将聚乳酸在超声波作用下溶解在乙酸乙酯中配制成质量浓度5％～8％的溶液，然后按质量比纳米羟基磷灰石和聚乳酸5～10∶100加入纳米羟基磷灰石，保持超声水温不超过35℃，继续超声波振荡分散混合3h；利用滴管在液面高度1～3cm处，将聚乳酸/纳米羟基磷灰石/乙酸乙酯混合液滴入在500～1000r/min搅拌速度下的、溶有质量浓度0.5％～1.0％聚乙烯醇的乙醇水溶液中，悬浮成球；将悬浮着微球的乙醇水溶液减压抽滤20～30min，挥发去除乙酸乙酯，然后冷藏24h后过滤、洗涤，在-10℃、真空度为：2.5～5.0KPa冷冻干燥4～6h，制得纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球；

2)将制得的纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合微球过筛得到40～10目(0.42～2.0mm)以上粒径大小的微球；根据支架孔径设计的大小需要，选取一定粒径的微球装入上下有通孔的支架模具中(根据所需可设计制作不同形状的支架模具)，支架模具的下通孔用筛网封住微球；用高速空气将微球平整；根据微球的填充量滴入数滴一定浓度的聚乳酸的乙酸乙酯溶液，将小球湿透；再次吹入高速空气使乙酸乙酯快速挥发；将支架模具放入真空箱中保温一段时间取出，冷却、脱模、洗涤，即得粘结型复合微球多孔支架。

2.根据权利要求1所述的一种粘结型复合微球多孔支架的制备方法，其特征在于：乙醇水溶液是按体积比：乙醇∶水＝100∶50～80配制；搅拌控制采用磁力搅拌器；减压抽滤的压力是0.01～0.02MPa。

3.根据权利要求1所述的一种粘结型复合微球多孔支架的制备方法，其特征在于：高速空气的流速是3.5～5.0L/min。

4.根据权利要求1所述的一种粘结型复合微球多孔支架的制备方法，其特征在于：滴入数滴聚乳酸的乙酸乙酯溶液的浓度是质量浓度0.5％～0.8％。

5.根据权利要求1所述的一种粘结型复合微球多孔支架的制备方法，其特征在于：在真空箱中保温一段时间，其真空度为0.02～0.03Mpa，温度为150～170℃，时间为2～4min。

6.根据权利要求1所述的一种粘结型复合微球及多孔支架的制备方法，其特征在于：所述聚乳酸的分子量≥6万，纳米羟基磷灰石的粒径＜1μm。