CN102018993B - 一种孔径呈梯度分布的多孔支架及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种孔径呈梯度分布的多孔支架及其制备方法，采用微球粘结和溶液浇注的方法，将不同粒径的微球粘接在一起，然后将高分子溶液浇注入微球堆积后的空隙中，洗除微球得到孔径呈梯度分布的多孔支架。本发明的技术方案中，多孔支架的孔径呈梯度变化，能够用于组织修复，并实现规则孔在空间上的良好互通性，解决不同梯度层之间存在界面问题，从而提高支架的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔支架及其制备方法，更具体地说，涉及一种用于组织修复的且孔径呈梯度分布的多孔支架及其制备方法。
背景技术
骨与软骨的细胞和基质在种类、结构和形态等方面互不相同，在其交界处呈现出由骨组织向软骨组织的梯度过渡区。在骨与软骨组织的修复中，为更好的模拟体内环境，需要构建理想的梯度分布功能支架(Leong KF，ChuaCK，Sudarmadji N，Yeong WY.“Engineering functionally graded tissueengineering scaffolds”，Journal of the Mechanical Behavior of BiomedicalMaterials，2008，1(2)：140-152.)。
用于组织修复的多孔支架的孔径及孔隙率对细胞的粘附、生长、增殖和分化具有重要作用。不同的细胞有不用孔径的要求，而较高的孔隙率有利于细胞生长过程中营养物质的输送、细胞信号的传递及代谢产物的排除。因此，为实现复杂组织的良好修复，需要设计制备高孔隙率的孔径呈梯度分布的多孔支架。
目前为止，孔径呈梯度分布的多孔支架的制备方法还较少。将不同粒径及不同量的致孔剂与基体溶液混和，通过多层流延法，制备了梯度多孔支架，通过致孔剂调节支架中孔的大小梯度(Werner J，Linner-Krcmar B，Friess W，Greil P.“Mechanical properties and in vitro cell compatibility of hydroxyapatiteceramics with graded pore structure”，Biomaterials，2002，23(21)：4285-4294；Tampieri A，Celotti G，Sprio S，Delcogliano A，et al.“Porosity-gradedhydroxyapatite ceramics to replace natural bone”，Biomaterials，2001，22(11)：1365-1370)。三维打印技术可以制备各种形状和性能的支架，通过调节每层注入材料的不同可控制所制备支架的组成、孔径和孔隙率等(Sherwood JK，Riley SL，Palazzolo R，Brown SC，et al.“A three-dimensional osteochondralcomposite scaffold for articular cartilage repair”，Biomaterials，2002，23(24)：4739-4751)。另外，通过离心法(Oh SH，Park IK，Kim JM，Lee JH.“In vitroand in vivo characteristics of PCL scaffolds with pore size gradient fabricated by acentrifugation method”，Biomaterials，2007，28(9)：1664-1671)或者旋转沉积法(Harley BA，Hastings AZ，Yannas IV，Sannino A.“Fabricating tubularscaffolds with a radial pore size gradient by a spinning technique”Biomaterials，2006，27(6)：866-874)也能得到孔径呈梯度分布的多孔支架。
孔径呈梯度分布的多孔支架能够更好地模拟体内组织的结构和性能，梯度支架对于研究组织修复具有重要意义。然而目前为止所具有的方法制备的孔径呈梯度分布的多孔支架多为不规则的孔，且孔隙率很低，孔间的互通性也不好，不同梯度层之间还存在分层等界面问题，形成不连续的结构，在界面处形成力学薄弱点，从而会影响支架的力学性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备多孔支架的方法，依据该方法制备的多孔支架的孔径呈梯度分布，能够用于骨组织及复杂组织的修复，并实现规则圆孔在空间上的良好互通性，更有利于细胞与培养液间物质的交换，且能解决不同梯度层之间存在界面问题。
本发明的目的还在于提供一种用于组织修复的且孔径呈梯度变化的多孔支架，解决不同梯度层之间存在界面问题，实现规则圆孔在空间上的良好互通性，有利于提高支架的力学性能。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现：
一种制备多孔支架的方法，按照下述步骤进行：先将微球置于模具中，使其紧密堆积，得到微球骨架；然后向微球骨架中浇注聚合物溶液，取出微球骨架进行相分离，最后洗除微球得到多孔支架。
本发明的一种孔径呈梯度分布的多孔支架，按照下述步骤进行：先依次将不同粒径的微球置于模具中，使其紧密堆积，得到微球骨架；然后向微球骨架中浇注聚合物溶液，取出微球骨架，进行相分离，最后洗除微球得到孔径呈梯度分布的多孔支架。
在本发明的技术方案中，提出一种微球粘结与溶液浇注的方法，利用微球的粒径大小和注入顺序的改变来调整支架材料的孔径大小和分布，将不同粒径的微球紧密堆积在一起，可采用振动模具的方式使微球紧密堆积在一起；在制备微球骨架的过程中，可通过外加溶剂和加热的方式，使骨架溶胀，将微球彼此更好地粘结在一起，通过改变微球粘结的温度和时间来调整孔之间的互通程度。因此利用本发明的技术方案，将不同粒径的微球注入模具，可以得到孔径分布可控的高孔隙率的多孔支架。
在本发明的技术方案中，所述致孔剂微球为明胶微球，所述聚合物溶液为丙交酯和乙交酯的共聚物(PLGA)的四氢呋喃(THF)溶液。将明胶微球装入模具中，振动模具使明胶微球紧密堆积，向其中滴加乙醇与水的混和溶液，其中乙醇与水的体积比为85∶15，轻轻压明胶微球使其紧密堆积；然后继续向模具中装入不同粒径的明胶微球，进行相同的操作，以此不断向模具中装入不同粒径的明胶微球，最后将装有上述明胶微球的模具放入烘箱中，一定时间后取出模具，通过加热以使溶胀的明胶微球能够彼此更好地粘结在一起，例如烘箱温度为37℃中10min，将明胶微球从模具中取出，置于空气中使乙醇完全挥发后得到明胶微球骨架。将明胶微球骨架浸入PLGA的THF溶液中，浸泡使PLGA溶液能够完全进入明胶微球骨架的内部。取出明胶微球骨架，用滤纸除去表面的PLGA溶液后，放入冰箱中进行相分离(如-18℃下12h)，并用乙醇进行溶剂置换，再利用去离子水洗除致孔剂明胶微球而得到孔径呈梯度分布的PLGA的多孔支架。
利用本发明的技术方案不仅可以利用明胶微球制备孔径呈梯度变化的PLGA多孔支架，也可以其他微球做致孔剂，在本发明的基础上稍加改进以其他材料制备梯度多孔支架。使用的致孔剂可以选择如明胶微球、PLGA微球、聚蔗糖微球、壳聚糖微球或石蜡球等；使用的聚合物材料可以选择如聚乳酸、聚乙醇酸、PLGA、聚己内酯、壳聚糖、明胶或者胶原等，配合适当溶剂溶解之后，使用本发明提供的方法将不同粒径的微球依次注入模具，将微球粘接后浇注高聚物材料溶液，实施相分离，经过洗除微球后即可得到孔径呈梯度变化的多孔支架。
与现有技术相比，本发明的优点在于使用微球做致孔剂，不同粒径的微球可以依次注入模具中，得到孔径和孔径分布可以调控的高孔隙率和孔呈圆形的多孔支架，为高效制备孔径呈梯度分布的多孔支架提供了一种很简便易行的方法。以不同粒径的微球依次注入模具后再将微球整体粘接在一起，洗除微球后得到的孔相互连通，避免了不同孔径处的界面分离情况的发生，更有利于细胞与培养液间物质的交换，有利于提高支架的力学性能。
附图说明
图1是明胶微球骨架的制备过程示意图。
图2是孔径呈梯度分布的PLGA多孔支架在不同位置截面的SEM照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
将0.1g粒径为350～450μm的明胶微球装入聚四氟乙烯模具
中，振动模具使明胶微球紧密堆积，向其中滴加100μl乙醇的水溶液，其中乙醇与水的体积比为85∶15，轻压明胶微球使其紧密堆积；然后继续向模具中装入0.1g粒径为200～350μm的明胶微球，进行同上操作；最后再向模具中装入0.1g粒径为80～200μm的明胶微球，进行同上操作。将装有上述明胶微球的模具放入37℃的烘箱中使明胶微球粘接在一起，10min后取出模具，将明胶微球从模具中取出，置于空气中12h使乙醇完全挥发后得到明胶微球骨架。将明胶微球骨架浸入质量体积浓度为6％(w/v)的PLGA的THF溶液中，浸泡12h后在真空下保持5min，使PLGA溶液能够完全进入明胶微球骨架的内部。取出明胶微球骨架，用滤纸除去表面的PLGA溶液后，放入冰箱中(温度为-18℃)进行相分离12h(此时PLGA与THF出现液固分相)，并用乙醇进行溶剂置换12h(即使用乙醇将THF洗出)，再利用去离子水洗除明胶微球而得到孔径呈梯度分布的PLGA多孔支架。
对制备的PLGA多孔支架进行性能表征：尺寸高为12mm，直径为6mm的圆柱形，孔隙率约为95％，压缩模量为2.3MPa，压缩强度为0.095MPa。明胶微球骨架的制备过程详见说明书附图1，得到的孔径呈梯度分布的PLGA多孔支架的SEM照片见说明书附图2。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种制备多孔支架的方法，其特征在于，将明胶微球装入模具中，振动模具使明胶微球紧密堆积，向其中滴加乙醇与水的混和溶液，其中乙醇与水的体积比为85:15，使其紧密堆积；然后继续向模具中装入不同粒径的明胶微球，进行相同的操作，以此不断向模具中装入不同粒径的明胶微球，最后将装有上述明胶微球的模具放入烘箱中，在37℃下溶胀10min，将明胶微球从模具中取出，置于空气中使乙醇完全挥发后得到明胶微球骨架；将明胶微球骨架浸入丙交酯和乙交酯的共聚物的四氢呋喃溶液中，浸泡使其能够完全进入明胶微球骨架的内部后，取出明胶微球骨架，除去表面溶液后，在－18℃下进行相分离后，用乙醇进行溶剂置换，再利用去离子水洗除明胶微球，得到孔径呈梯度分布的丙交酯和乙交酯的共聚物的多孔支架。
2.一种孔径呈梯度分布的多孔支架，其特征在于，按照下述步骤进行制备：将明胶微球装入模具中，振动模具使明胶微球紧密堆积，向其中滴加乙醇与水的混和溶液，其中乙醇与水的体积比为85:15，使其紧密堆积；然后继续向模具中装入不同粒径的明胶微球，进行相同的操作，以此不断向模具中装入不同粒径的明胶微球，最后将装有上述明胶微球的模具放入烘箱中，在37℃下溶胀10min，将明胶微球从模具中取出，置于空气中使乙醇完全挥发后得到明胶微球骨架；将明胶微球骨架浸入丙交酯和乙交酯的共聚物的四氢呋喃溶液中，浸泡使其能够完全进入明胶微球骨架的内部后，取出明胶微球骨架，除去表面溶液后，在－18℃下进行相分离后，用乙醇进行溶剂置换，再利用去离子水洗除明胶微球，得到孔径呈梯度分布的丙交酯和乙交酯的共聚物的多孔支架。
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| CN1943801A (zh) * | 2006-11-01 | 2007-04-11 | 华中科技大学 | 一种基于仿生结构的叠层梯度复合支架材料及其制备方法 |
| WO2007056418A2 (en) * | 2005-11-07 | 2007-05-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Gradient template for angiogensis during large organ regeneration |
| CN101791432A (zh) * | 2010-03-19 | 2010-08-04 | 浙江大学 | 一种半乳糖化壳聚糖/聚酯类聚合物复合支架的制备方法 |
| CN101874751A (zh) * | 2009-04-30 | 2010-11-03 | 复旦大学 | 一种多层多孔支架及其制备方法 |
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2010
- 2010-12-07 CN CN 201010577076 patent/CN102018993B/zh active Active
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘玮健等.组织工程用聚乳酸梯度支架的制备及分形研究.《北京化工大学学报》.2006,第33卷(第3期),第57-58页. |
| 组织工程用聚乳酸梯度支架的制备及分形研究;刘玮健等;《北京化工大学学报》;20060610;第33卷(第3期);第57-58页 * |
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