CN102284085A - 六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架的制备方法，包括以下步骤：将聚乙交酯-丙交酯溶于二氯甲烷中，向其中加入六方介孔硅，高速搅拌，得到均质混合液，再加入聚乙烯醇溶液，搅拌至完全固化，高速离心，洗涤，冷冻干燥，得到聚乙交酯-丙交酯微球；将聚乙交酯-丙交酯微球填充到预先用脱模剂处理的模具中，加热并保温，冷却后制得六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架。本发明的工艺简单可行，制备的微球支架具有一定孔径和空隙率，具有三维连通的多孔结构，且孔结构均匀，抗压强度好，具有良好的生物相容性及降解性，可用于骨组织的缺损修复和重建。

Description

六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架的制备方法

技术领域

本发明属于生物医学材料制备技术领域，涉及聚乙交酯-丙交酯微球支架的制备方法，具体涉及一种六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架的制备方法。

背景技术

组织工程支架是组织工程的重要组成部分之一，它的作用主要是作为细胞及生物因子的载体以及为新组织提供支撑。骨组织工程支架材料不仅影响种子细胞的生物学特性和培养效率，而且决定移植后能否与受体很好地适应并结合在一起，从而发挥其修复骨缺损的作用。通常骨组织工程支架需具备以下性能：（1）优良的降解性能：与组织再生速度匹配的降解性能，且在缺损部位完全修复后能够完全降解；（2）三维立体的多孔结构：具有三维联通的孔结构，提供足够的空间满足细胞的生长增殖，细胞外基质的沉淀以及必要的营养物质和氧气的传输，血管的长入；（3）适当的机械性能及良好的可加工性能：支架与修复组织的机械性能相匹配；（4）支架具备骨传导性能，有利于引导骨组织的长入。

骨组织工程支架制备技术国内外近年已有不少专利和文献报道。如中国专利200610035107.5公开的一种复合三维多孔骨组织工程支架材料及其制备方法和应用；中国专利201010140115.2公开的一种双层仿生软骨组织工程用支架制备方法；Francis H .Shen等[Francis H. Shen, Qing Zeng, Qing Lv. Osteogenic differentiation of adipose-derived stromal cells treated with GDF-5 cultured on a novel three-dimensional sintered microsphere matrix. The Spine Journal. 2006.6.615-623]报道的用生长分化因子-5处理的脂肪间充质干细胞在新型三维微球支架上的成骨分化；以及Jiang T等[Tao Jiang，WafaI.Abdel-Fattah, CatoT.Laurencina. In vitro evaluation of chitosan/poly(lactic acid-glycolic acid) sintered microsphere scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials. 2006.27. 4894-4903]报道的骨组织工程用壳聚糖/PLGA微球支架。但目前这些研究针对的动物模型的骨缺损范围基本都较小，而临床骨缺损的范围较大，势必要求增大支架材料的尺寸，因此对支架材料的强度、孔隙率等将有更高的要求。

聚乙交酯-丙交酯是商业上应用最广范的生物高分子之一，也是最早经过美国食品药品局（简称：FDA）认证可用于人体的生物材料之一。六方介孔硅是一种具有优良的载药性能的无细胞毒性、无热致敏性的无机材料，并且具有以下特点，（1）规则均一的孔道结构可以很好的控制药物的吸附和释放曲线；（2）比表面以及孔容积比较大，可以吸附和装载大量的药物；（3）表面具有丰富的硅醇键，有利于表面改性，以便更好的控制药物的载入和释放，因此可以作为一种优良的药物载体。然而，虽然六方介孔硅的载药性能优良，但是存在突释的缺陷，释药时间短。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架的制备方法。本发明在介孔硅表面包覆聚乙交酯-丙交酯，不仅可以减少介孔硅的突释，延长释药时间，还提高了传统聚乙交酯-丙交酯微球支架的强度，制备出一种同时具有生物降解性、相容性及高强度和高空隙率的骨组织工程支架材料，可以符合较大的临床骨缺损的支架材料的要求，而且还具有载药释药性能，其制备工艺简单，易于产业化。

本发明目的通过以下技术方案实现：

六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚乙交酯-丙交酯溶解于二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；

（2）将六方介孔硅加入到步骤（1）得到的聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，高速搅拌至均匀，得到六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯的均质混合液；

（3）将聚乙烯醇溶于去离子水中，超声至完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；

（4）将步骤（2）得到的六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯均质混合液缓慢地加入步骤（3）得到的聚乙烯醇溶液中，搅拌至完全固化，高速离心，去离子水洗涤3~4次，冷冻干燥，得到聚乙交酯-丙交酯微球；

（5）用脱模剂均匀地涂拭铜质模具的表面，将步骤（4）得到的聚乙交酯-丙交酯微球填充到模具中，加热到80～120℃后保温4～8h，冷却至室温，从模具中取出，制得六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架。

本发明步骤（1）中，所述聚乙交酯-丙交酯和二氯甲烷的质量体积比为0.1~0.3g/mL。

本发明步骤（2）中，所述六方介孔硅和聚乙交酯-丙交酯的质量比为（0.1~0.6）：1。

本发明步骤（3）中，所述聚乙烯醇和去离子水的质量体积比为0.01~0.02g/mL；所述超声的功率为100~200W，时间为1~2h。

本发明步骤（4）中，所述。所述六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯均质混合液和聚乙烯醇溶液的体积比为（2~8）：100。 

本发明步骤（5）中，所述脱模剂为聚乙二醇-200。

本发明步骤（2）中，所述高速搅拌的转速≥2000r/min，时间为20～40min。

本发明步骤（4）中，所述搅拌的转速为200～500r/min，时间为15～30h；所述高速离心的转速为1500~2500r/min，时间为5~10min；所述冷冻干燥的温度为-45~-35℃，时间为45~50h。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）制备的微球支架强度高、孔隙率高，抗压强度好；

（2）制备的微球支架具有三维连通的孔结构，有利于细胞黏附增殖；

（3）制备的微球支架作为骨组织工程支架，具有良好的生物相容性和降解性；

（4）制备工艺简单，对设备要求较低，实验原料价格低廉，利于产业化。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架的扫描电镜（简称：SEM）图。

图2为本发明实施例1制备的六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球的SEM图。

图3为本发明实施例2制备的六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球的SEM图。

图4为本发明实施例2制备的六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球表面的能谱（简称：EDS）图谱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步解释说明，但是本发明要求保护的范围并不限于此。

实施例1

将1g聚乙交酯-丙交酯溶解于10mL二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；将0.1g六方介孔硅缓慢加入到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，以4000r/min高速搅拌20min至均匀，得到六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯的均质混合液；将10g聚乙烯醇溶于1000mL去离子水中，超声分散至完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；将10mL六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯均质混合液缓慢地加入500mL聚乙烯醇溶液中，以200r/min的速度搅拌30h至完全固化，1500r/min速度离心10min，去离子水洗涤3次，-45℃冷冻干燥45h，得到聚乙交酯-丙交酯微球；用聚乙二醇-200（简称：PEG）均匀地涂拭铜质模具的表面，将聚乙交酯-丙交酯微球填充到模具中，加热到80℃后保温8h，冷却至室温，从模具中取出，制得六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架。

由图1可以看出，实施例1制备的六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架中，微球粘结在一起，且孔结构均匀连通。这样的支架结构有利于细胞的增殖。

采用美国Instron 5567型万能实验机测定支架的机械性能，经测定，其抗压强度为6.98±0.53MPa，抗压模量为251.34±32.47MPa。

由图2可以看出，实施例1制备的六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球球形度较好，微球的粒度在400μm左右，且表面粗糙，有利于细胞的黏附。

实施例2

将3g聚乙交酯-丙交酯溶解于10mL二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；将1.8g六方介孔硅缓慢加入到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，以2000r/min高速搅拌40min至均匀，得到六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯的均质混合液；将20g聚乙烯醇溶于1000mL去离子水中，超声分散至完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；将10mL六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯均质混合液缓慢地加入125mL聚乙烯醇溶液中，以500r/min的速度搅拌10h至完全固化，2500r/min速度离心5min，用去离子水洗涤4次，-35℃冷冻干燥50h，得到聚乙交酯-丙交酯微球；用PEG均匀地涂拭铜质模具的表面，将聚乙交酯-丙交酯微球填充到模具中，加热到120℃后保温4h，冷却至室温，从模具中取出，制得六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架。

由图3可以看出，实施例2制备的六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球表面极为粗糙，有颗粒状的凸起，对于细胞的黏附十分有利。

由图4可以看出，实施例2制备的六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球表面的主要元素有Si、O、C，说明微球表面的颗粒凸起主要是由六方介孔硅颗粒构成。

实施例3

将3g聚乙交酯-丙交酯溶解于15mL二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；将1.5g六方介孔硅缓慢加入到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，以3000r/min高速搅拌30min至均匀，得到六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯的均质混合液；将5g聚乙烯醇溶于300mL去离子水中，超声分散至完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；将15mL六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯均质混合液缓慢地加入300mL聚乙烯醇溶液中，以400r/min的速度搅拌20h至完全固化，2000r/min速度离心8min，去离子水洗涤4次，-40℃冷冻干燥48h，得到聚乙交酯-丙交酯微球；用PEG均匀地涂拭铜质模具的表面，将聚乙交酯-丙交酯微球填充到模具中，加热到100℃后保温6h，冷却至室温，从模具中取出，制得六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架。

实施例4

将0.8g聚乙交酯-丙交酯溶解于5mL二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；将0.2g六方介孔硅缓慢加入到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，以3500r/min高速搅拌30min至均匀，得到六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯的均质混合液；将1.2g聚乙烯醇溶于100mL去离子水中，超声分散至完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；将5mL六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯均质混合液缓慢地加入100mL聚乙烯醇溶液中，以500r/min的速度搅拌15h至完全固化，2000r/min速度离心7min，去离子水洗涤3次，-40℃冷冻干燥48h，得到聚乙交酯-丙交酯微球；用PEG均匀地涂拭铜质模具的表面，将聚乙交酯-丙交酯微球填充到模具中，加热到90℃后保温7h，冷却至室温，从模具中取出，制得六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架。

Claims (8)

1.六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将聚乙交酯-丙交酯溶解于二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；

（2）将六方介孔硅加入到步骤（1）得到的聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，高速搅拌至均匀，得到六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯的均质混合液；

（3）将聚乙烯醇溶于去离子水中，超声至完全溶解，得到聚乙烯醇溶液；

（4）将步骤（2）得到的六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯均质混合液缓慢地加入步骤（3）得到的聚乙烯醇溶液中，搅拌至完全固化，高速离心，去离子水洗涤，冷冻干燥，得到聚乙交酯-丙交酯微球；

（5）用脱模剂均匀地涂拭铜质模具的表面，将步骤（4）得到的聚乙交酯-丙交酯微球填充到模具中，加热到80～120℃后保温4～8h，冷却至室温，从模具中取出，制得六方介孔硅增强型聚乙交酯-丙交酯微球支架。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述聚乙交酯-丙交酯和二氯甲烷的质量体积比为0.1~0.3g/mL。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述六方介孔硅和聚乙交酯-丙交酯的质量比为（0.1~0.6）：1。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述聚乙烯醇和去离子水的质量体积比为0.01~0.02g/mL；所述超声的功率为100~200W，时间为1~2h。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述六方介孔硅与聚乙交酯-丙交酯均质混合液与聚乙烯醇溶液的体积比为（2~8）：100。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述脱模剂为聚乙二醇-200。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述高速搅拌的转速≥2000r/min，时间为20～40min。

8.根据权利要求1~7之一所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述搅拌的转速为200～500r/min，时间为15～30h；所述高速离心的转速为1500~2500r/min，时间为5~10min；所述冷冻干燥的温度为-45~-35℃，时间为45~50h。

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