CN101979102B - 制备具有各向异性孔结构的组织工程支架的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备具有各向异性孔结构的组织工程支架的方法，包括以将聚合物溶液、致孔剂置于特定设备中的步骤；使用多个温度区与聚合物溶液进行分区热交换、精确控制聚合物溶液和致孔剂温度变化曲线和热交换方向的步骤；相分离程度的固定、致孔剂和溶剂的移除以及干燥步骤。本方法通过对制备的聚合物支架进行精确可控的分区热交换，可以实现支架内部的孔结构呈精确可控的各项异性，以满足组织工程应用需求，从而提高修复效果。此外，本发明还公开了实现上述方法的设备。

Description

制备具有各向异性孔结构的组织工程支架的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种制备具有各向异性孔结构的组织工程支架的方法，还涉及使用该方法的设备。
背景技术
组织工程技术中所使用的植入物或细胞支架，一般为多孔材料。组织工程应用对这些多孔材料的要求较为严格，需要支架或植入物具有精确的各级结构。更进一步，组织工程多孔植入物及支架的产业化要求通过各类加工工艺得到的产品，具有批次差异小的基本性质。因此为了获得结构精确规整、符合设计要求，批次差异小的产品，加工工艺和设备的改进尤为重要。
在组织工程技术实施过程中，考虑到应用环境的特殊性及复杂性，结构均一、各向同性的支架或植入物，很难满足应用需求。使用个性化的支架和植入物材料更为适合组织再生，有利于进一步促进修复效果。如在骨-软骨界面的修复过程中，均一结构的组织工程材料具有局限性，而使用具有梯度孔结构的支架，即孔径呈梯度变化的支架，更为适合该部位的生理发展要求，而取得更好的修复效果。
因此，采用何种工艺及设备可以制得结构精确且具有各项异性性质、批次差异小的组织工程支架或植入物，成为了亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种制备具有各向异性孔结构的组织工程支架的方法，可以精确控制多孔组织工程支架中结构参数，使其孔隙率和孔径具有各向异性。
本发明的还提供一种用于上述方法的设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
利用聚合物溶液热致相分离原理，在支架成型过程中，通过温度变化曲线和热传递方向的控制，使聚合物溶液原料的相分离按照设定的方向发生，同时，对相分离程度亦加以控制。
一种制备具有各向异性孔结构的组织工程支架的方法，包括以下步骤：
（a）、将聚合物制成溶液，并与致孔剂混合，置于设备机芯腔体中；
（b）、根据实际需要，将机芯外部分为至少两个温度区，向这些温度区域通入各种不同温度的热交换剂，使得机芯中的物质发生温度变化，使聚合物溶液产生相分离；
（c）、按照需要将相分离过程中聚合物进行固定，再除去步骤（a）中加入的致孔剂，并进行干燥，得到多孔支架。
作为上述技术方案的改进，步骤（b）中温度区沿聚合物支架轴向方向依次排列有多个，在该依次排列的多个温度区中通入温度逐渐递增、递减或各种温度交替的热交换剂，其热交换剂由各自热源或冷源供给。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤（b）中温度区在聚合物支架轴向方向的外圆周方向上依次排列有多个，在该依次排列的多个温度区中通入温度逐渐递增、递减或各种温度交替的热交换剂，其热交换剂由各自热源或冷源供给。
进一步，步骤（b）中向聚合物支架内部也通入有至少一种温度的热交换剂。
进一步，步骤（b）中所述的热交换剂是水、卤代烷烃、常用有机溶剂及其混合物。
本发明还提供一种实现上述方法的设备，包括具有热交换机芯本体，所述机芯本体上设有通往机芯内腔的液体注入通道和致孔剂注入通道，所述机芯本体外部设置有多段分段式的热交换器，热交换器内设有具有热交换剂注入口和热交换剂输出口的热交换通道。
作为上述技术方案的改进，所述机芯本体的腔内还设置有贯穿型致孔剂的固定位。
作为上述技术方案的进一步改进，所述多段分段式热交换器按热交换机芯本体中内腔的轴向方向依次排列。
进一步，所述多段分段式热交换器按机芯本体中内腔圆周径向方向依次排列。
进一步，所述的内腔设置有多个。
本发明的有益效果：本方法通过对聚合物溶液及致孔剂进行分区热交换，可以实现所得支架上孔隙和孔径的精确、各向异性分布，通过控制结构参数符合应用需求，促进组织修复。此外，本发明中实现上述方法的设备结构简单，易于实现，十分实用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明方法对支架样品两侧进行分区热交换示意图；
图2是本发明方法对支架样品进行多种不同温度热交换示意图；
图3是本发明方法对支架样品内外进行分区热交换示意图；
图4是本发明方法对支架样品进行交替高低温分区热交换示意图；
图5是本发明方法所用设备结构示意图。
具体实施方式
参考图1至图4，本发明的一种制备具有各向异性孔结构的组织工程支架的方法，包括以下步骤：
（a）、将聚合物制成溶液，并与致孔剂混合，置于设备机芯腔体中；
（b）、根据实际需要，将机芯外部分为至少两个温度区，向这些温度区域通入各种不同温度的热交换剂，使得机芯中的物质发生温度变化，使聚合物溶液产生相分离；
（c）、按照需要将相分离过程中聚合物进行固定，再除去步骤（a）中加入的致孔剂，并进行干燥，得到多孔支架。
本方法通过对聚合物溶液及致孔剂进行分区热交换，可以实现所得支架上孔隙和孔径的精确、各向异性分布，通过控制结构参数符合应用需求，促进组织修复。
结合图2和图4，步骤（b）中温度区沿聚合物支架轴向方向依次排列有多个，在该依次排列的多个温度区中通入温度逐渐递增、递减或各种温度交替的热交换剂，其热交换剂由各自热源或冷源供给。
结合图1，步骤（b）中温度区在聚合物支架轴向方向的外圆周方向上依次排列有多个，在该依次排列的多个温度区中通入温度逐渐递增、递减或各种温度交替的热交换剂，其热交换剂由各自热源或冷源供给。
结合图3，步骤（b）中向聚合物支架内部也通入有至少一种温度的热交换剂，从而可以支架样品内外进行分区热交换，使得支架的内部和外部孔隙率和孔径呈各向异性分布。
此外，作为优选实施方式，步骤（b）中所使用的热交换剂是水、卤代烷烃、常用有机溶剂及其混合物。
参考图5，本发明方法所使用的一种设备，其包括具有内腔11的机芯本体1，所述机芯本体1上设有通往内腔11的液体注入通道12和致孔剂注入通道13，所述机芯本体1外部设置有多段分段式的热交换器2，热交换器2内设有具有热交换剂注入口31和热交换剂输出口32的热交换通道3。
所述机芯本体1的内腔11内还设置有贯穿型致孔剂固定位14。其中可安装金属丝等构造体，从而在制备的组织工程支架上形成通道或多通道结构。
此外，为了实现多种形式的梯度分布，所述多段分段式热交换器2按机芯本体1中内腔11的轴向方向依次排列，或按机芯本体1中内腔11圆周径向方向依次排列。其中，作为优选，为了实现高效率，所述的内腔11设置有多个。本设备结构简单，易于实现本发明方法。

Claims (9)

1.制备具有各向异性孔结构的组织工程支架的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）、将聚合物制成溶液，并与致孔剂混合，置于设备机芯腔体中；
（b）、根据实际需要，将机芯外部分为至少两个温度区，向这些温度区域通入各种不同温度的热交换剂，使得机芯中的物质发生温度变化，使聚合物溶液产生相分离；
（c）、按照需要将相分离过程中聚合物进行固定，再除去步骤（a）中加入的致孔剂，并进行干燥，得到多孔支架。
2.根据权利要求1所述的制备具有各向异性孔结构的组织工程支架的方法，其特征在于：步骤（b）中温度区沿聚合物支架轴向方向依次排列有多个，该依次排列多个温度区中通入的热交换剂温度逐渐递增、递减或各种温度交替，其中各种温度的热交换剂由各自热源或冷源供给。
3.根据权利要求1所述的制备具有各向异性孔结构的组织工程支架的方法，其特征在于：步骤（b）中温度区在聚合物支架轴向方向的外圆周方向上依次排列有多个，该依次排列多个温度区中通入的热交换剂温度逐渐递增、递减或各种温度交替，其中各种温度的热交换剂由各自热源或冷源供给。
4.根据权利要求1、2或3所述的制备具有各向异性孔结构的组织工程支架的方法，其特征在于：步骤（b）中向聚合物支架内部也通入有至少一种温度的热交换剂。
5.一种实现权利要求1所述方法的设备，其特征在于：包括具有内腔（11）的机芯本体（1），所述机芯本体（1）上设有通往内腔（11）的液体注入通道（12）和致孔剂注入通道（13），所述机芯本体（1）外部设置有多段分段式的热交换器（2），热交换器（2）内设有具有热交换剂注入口（31）和热交换剂输出口（32）的热交换通道（3）。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述机芯本体（1）的内腔（11）内还设置有贯穿型致孔剂固定位（14）。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述多段分段式热交换器（2）按机芯本体（1）中内腔（11）的轴向方向依次排列。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述多段分段式热交换器（2）按机芯本体（1）中内腔（11）圆周径向方向依次排列。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的设备，其特征在于：所述的内腔（11）设置有多个。
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