CN102580155B - 一种复合三维组织工程支架及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合三维组织工程支架，其特征在于，由纤维膜一和纤维膜二以及设置于纤维膜一和纤维膜二之间的多孔膜片复合制成；所述纤维膜一和纤维膜二均由亲水性PHB纤维束排列制成；所述多孔膜片为PHB多孔膜片、PLLA多孔膜片或PHB/PLLA复合多孔膜片。本发明的复合三维组织工程支架不但有良好的组织相容性，而且支架降解程度明显，同时支架内的纤维结构增加了细胞的附着空间，防止了表层种植细胞的流失；复合三维组织工程支架的降解速率可适应细胞生长速度的要求，其结构与性能完全适合细胞铺展、黏附、生长和增殖，为细胞的生长提供了良好的微环境。
Description
技术领域
本发明属于组织工程技术领域，具体涉及一种复合三维组织工程支架及其制备方法。
背景技术
当人体组织或器官由于外伤或病变受到损伤以后，在临床上，人们通常采用：自体组织移植、异体组织移植和应用人工合成代用品的方法来对损伤的组织和器官给予修复治疗。然而，这些方法都存在着这样那样的不足，如自体组织移植必须以牺牲人体部分正常组织为代价来修复病理或缺损组织；异体组织移植会产生免疫排斥反应，而且一些组织的供体如肾脏、肝脏严重不足；人工合成代用品近年来虽然应用较为广泛，但仍然存在异物反应、感染等风险。组织工程学近10多年的发展成为解决上述问题的一个契机。
组织工程学是应用生命科学与工程原理及方法构建一个生物装置来维护、增进人体细胞和组织的生长，以恢复受损组织或器官的功能，这有可能从根本上解决组织和器官缺损所致功能障碍或丧失的问题。它是利用了生物可降解材料做成三维支架，使生物体的细胞在其表面和内部繁殖增长，形成或长出相应的组织或器官，材料在完成这一任务后就自动降解消失，从而解决了异体排斥问题。因而，组织工程学成为人们近20多年研究的热点，其中组织工程支架材料及其支架的制备技术成为目前人们研究的主要对象之一。
PHB（聚β-羟基丁酸酯）是微生物在不平衡生长条件下储存于细胞内的一种天然高分子聚合物，广泛存在于自然界许多原核生物中。它不仅具有优良的机械性能，而且具有良好的生物可降解性、生物相容性、压电性、光学活性、无毒性、无刺激性等特殊性质。特别是其本身具有一些有利于细胞附着和分化的信息，是用来做仿生细胞外机制的理想材料。因而，PHB这些良好的特点，使其作为组织工程支架用材料在软骨、皮肤、心脏瓣膜、血管、神经等组织工程方面得到应用。但是PHB材料本身的一些不足，如结晶度高，造成材料在宏观上表现出较大的脆性及其在体内降解速度较慢等。这些缺点限制了PHB在组织工程中的应用发展。
在组织工程中，多孔三维细胞支架起着非常重要的作用，它不仅影响细胞的生物学行为和培养的效率，而且决定着移植后能否与机体很好的适应、结合和修复，是限制组织工程能否应用于临床的一个关键因素。细胞支架不仅为特定细胞提供支撑作用，而且还起到模板作用，引导组织再生和控制组织结构。因此，在组织工程中，除了考虑材料的化学性质、表面性能外，还应考虑支架的结构，如孔隙形态、大小、连通性、孔隙率等，以利于细胞的黏附、渗透和营养物质的传送及代谢产物的交换，而支架的结构取决于三维支架制备方法及其工艺。此外，支架在体内的降解速率也是一个必须要考虑的因素，它必须要与组织部位的生长修复速度相一致。因而，研究降解速率可调控的PHB多孔支架对PHB多孔支架用于临床有着非常重要的实际意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种复合三维组织工程支架。该支架不但有良好的组织相容性，而且支架降解程度明显，同时支架内的纤维结构增加了细胞的附着空间，防止了表层种植细胞的流失；支架的降解速率可适应细胞生长速度的要求，其结构与性能完全适合细胞铺展、黏附、生长和增殖，为细胞的生长提供了良好的微环境。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复合三维组织工程支架，其特征在于，由纤维膜一和纤维膜二以及设置于纤维膜一和纤维膜二之间的多孔膜片复合制成；所述纤维膜一和纤维膜二均由亲水性PHB纤维束排列制成；所述多孔膜片为PHB多孔膜片、PLLA多孔膜片或PHB/PLLA复合多孔膜片；所述亲水性PHB纤维束由以下质量百分含量的原料经混合纺丝制成：10%～20%亲水性聚合物、0%～45%PLLA和40%～80%PHB，其中亲水性聚合物为甲基丙烯酸聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮。
上述的一种复合三维组织工程支架，所述PHB多孔膜片是采用PHB为原料经溶剂浇铸/粒子沥滤法制备的孔隙率为50%～90%的多孔膜片；所述PLLA多孔膜片是采用PLLA为原料经溶剂浇铸/粒子沥滤法制备的孔隙率为50%～90%的多孔膜片；所述PHB/PLLA复合多孔膜片是采用PHB和PLLA为原料经溶剂浇铸/粒子沥滤法制备的孔隙率为50%～90%的复合多孔膜片，其中PHB和PLLA的质量比为1～10∶1～10。
上述的一种复合三维组织工程支架，所述PHB的粘均分子量为1.5×105～6.5×105，质量纯度为99%以上；所述PLLA的粘均分子量为0.5×105～5.5×105，质量纯度为99%以上。
本发明还提供了上述复合三维组织工程支架的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备多孔膜片：以PHB、PLLA或PHB和PLLA为原料，采用溶剂浇铸/粒子沥滤法制备PHB多孔膜片、PLLA多孔膜片或PHB/PLLA复合多孔膜片；
步骤二、制备亲水性PHB纤维束：
201、将亲水性聚合物溶于有机溶剂中，搅拌使亲水性聚合物完全溶解，得到亲水性聚合物浓度为5g/L～25g/L的溶液；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯甲烷；
202、向201中所述溶液中加入PHB或PHB和PLLA，然后加入有机溶剂，搅拌溶解，得到溶质总质量浓度为0.5%～6%的纺丝溶液；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯化碳；
203、将202中所述纺丝溶液静置脱泡后送入喷丝板挤出形成纺丝细流，然后通过温度为50℃～60℃的热空气进行热质交换，形成纺丝；
204、将203中所述纺丝以40m/min～45m/min的卷绕速度进行卷绕；
205、用牵伸机将204中经卷绕后的纺丝进行牵伸，定型后裁剪，得到亲水性PHB纤维束；
步骤三、制备纤维膜：将205中所述亲水性PHB纤维束按30°～90°角度（相邻两层纤维束之间的夹角为30°～90°）交叉铺覆叠加成纤维片，然后将叠加好的纤维片夹在两块模板的中间，置于温度为100℃～130℃的烘箱中进行热定型，冷却后得到纤维膜；
步骤四、多孔膜片与纤维膜复合制备复合三维组织工程支架：
401、用有机溶剂润湿步骤一中所述多孔膜片一侧和步骤三中所述纤维膜一侧；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯化碳；
402、将401中经有机溶剂润湿的多孔膜片的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面相对叠放，然后对叠放的多孔膜片和纤维膜施压，使多孔膜片和纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片复合材料；
403、用有机溶剂润湿402中所述纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧，然后将另一片401中经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧相对叠放，施压使纤维膜/多孔膜片复合材料与纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯化碳；
404、将403中所述纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料用模板固定后置于真空干燥箱中干燥，以除去有机溶剂，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合三维组织工程支架。
上述的方法，步骤一中所述多孔膜片的制备过程为：将原料溶于有机溶剂中，搅拌至原料充分溶解得到溶液，向溶液中加入溶液质量的35%～85%的致孔剂，搅拌均匀后倒入模具中制成样片；然后将样片与模具一同置于空气中，待溶剂自然挥发后再置于真空干燥箱内干燥，除去残留的有机溶剂；接着将样片从模具中取出置于蒸馏水中浸泡30小时～60小时以溶去致孔剂；最后将经浸泡后的样片在室温下干燥15小时～30小时，再转入真空干燥箱中干燥15小时～30小时，得到多孔膜片。
上述的方法，所述致孔剂为粒度为200目的氯化钠。
上述的方法，所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯化碳；所述有机溶剂的用量为原料质量的1～3倍。
上述的方法，203中所述喷丝板的温度为15℃～25℃。
上述的方法，205中所述牵伸的牵伸倍率为6～8倍。
上述的方法，205中所述定型的温度为60℃～130℃。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的复合三维组织工程支架采用亲水性PHB纤维束/多孔膜片/亲水性PHB纤维束复合“夹芯”的结构，使三维组织工程支架不但有一定的力学性能，而且富有一定的弹性。
2、本发明采用溶剂浇铸/粒子沥滤法制备多孔膜片，制备的多孔膜片孔分布均匀，且多为通孔。
3、本发明的复合三维组织工程支架采用复合“夹芯”结构，不仅可获得预期设计的形状，而且可以通过调整多孔膜片的孔隙率与复合纤维的量来调节支架的降解速率。
4、本发明的复合三维组织工程支架不但有良好的组织相容性，而且支架降解程度明显，同时支架内的纤维结构增加了细胞的附着空间，防止了表层种植细胞的流失。
5、本发明的复合三维组织工程支架的降解速率可适应细胞生长速度的要求，其结构与性能完全适合细胞铺展、黏附、生长和增殖，为细胞的生长提供了良好的微环境。
下面结合附图和实施例，对本发明技术方案做进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明复合三维组织工程支架的结构示意图。
图2为本发明实施例1制备的PHB多孔膜片的SEM电镜照片。
图3为将细胞植入本发明复合三维组织工程支架四周后支架的SEM电镜照片。
图4为将细胞植入本发明复合三维组织工程支架八周后支架的SEM电镜照片。
附图标记说明:
1—纤维膜一；2—纤维膜二；3—多孔膜片。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例的复合三维组织工程支架，由纤维膜一1和纤维膜二2以及设置于纤维膜一1和纤维膜二2之间的多孔膜片3复合制成；所述纤维膜一1和纤维膜二2均由亲水性PHB纤维束排列制成；所述多孔膜片3为采用PHB为原料经溶剂浇铸/粒子沥滤法制备的孔隙率为50%的PHB多孔膜片；所述亲水性PHB纤维束由以下质量百分含量的原料经混合纺丝制成：20%亲水性聚合物和80%PHB，其中亲水性聚合物为聚丙烯酰胺；所述PHB的粘均分子量为1.5×105，质量纯度为99%以上。
本实施例的复合三维组织工程支架的制备方法为：
步骤一、制备多孔膜片：将PHB溶于有机溶剂中，搅拌至PHB充分溶解得到溶液，向溶液中加入溶液质量的35%的致孔剂（粒度为200目的氯化钠），搅拌均匀后倒入模具中制成样片；然后将样片与模具一同置于空气中，待溶剂自然挥发后再置于真空干燥箱内干燥，除去残留的有机溶剂；接着将样片从模具中取出置于蒸馏水中浸泡30小时以溶去致孔剂；最后将经浸泡后的样片在室温下干燥15小时，再转入真空干燥箱中干燥30小时，得到孔隙率为50%的PHB多孔膜片；所述有机溶剂为三氯乙烷；所述有机溶剂的用量为原料质量的2.8倍。
步骤二、制备亲水性PHB纤维束：
201、将2克亲水性聚合物溶于200毫升有机溶剂中，搅拌使亲水性聚合物完全溶解，得到亲水性聚合物浓度为10g/L的透明状溶液；所述有机溶剂为三氯乙烷；
202、向201中所述溶液中加入8克PHB，然后加入800毫升三氯乙烷，搅拌使PHB完全溶解，得到溶质总质量浓度为0.7%的纺丝溶液；
203、将202中所述纺丝溶液静置脱泡后送入喷丝板挤出形成纺丝细流，然后通过温度为60℃的热空气进行热质交换，形成纺丝；所述喷丝板的温度为25℃；
204、将203中所述纺丝以40m/min的卷绕速度进行卷绕；
205、用牵伸机将204中经卷绕后的纺丝进行牵伸，牵伸倍率为6倍，然后在温度为130℃的条件下定型，得到亲水性PHB纤维束；
步骤三、制备纤维膜：将205中所述亲水性PHB纤维束按30°角度交叉铺覆叠加成纤维片，然后将叠加好的纤维片夹在两块模板的中间，置于温度为130℃的烘箱中进行热定型，冷却后得到纤维膜；
步骤四、多孔膜片与纤维膜复合制备复合三维组织工程支架：
401、用有机溶剂润湿步骤一中所述多孔膜片一侧和步骤三中所述纤维膜一侧；所述有机溶剂为三氯乙烷；
402、将401中经有机溶剂润湿的多孔膜片的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面相对叠放，然后对叠放的多孔膜片和纤维膜施压，使多孔膜片和纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片复合材料；
403、用有机溶剂润湿402中所述纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧，然后将另一片401中经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧相对叠放，施压使纤维膜/多孔膜片复合材料与纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料；所述有机溶剂为三氯乙烷；
404、将403中所述纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料用模板固定后置于真空干燥箱中干燥，以除去有机溶剂，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合三维组织工程支架。
图2为本实施例制备的PHB多孔膜片的SEM电镜照片，从图中可以看出，多孔膜片孔分布均匀，且多为通孔，适宜用作组织工程支架材料。
实施例2
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：所述亲水性聚合物为甲基丙烯酸聚合物、丙烯酸聚合物、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮。
实施例3
如图1所示，本实施例的复合三维组织工程支架，由纤维膜一1和纤维膜二2以及设置于纤维膜一1和纤维膜二2之间的多孔膜片3复合制成；所述纤维膜一1和纤维膜二2均由亲水性PHB纤维束排列制成；所述多孔膜片3为采用PLLA为原料经溶剂浇铸/粒子沥滤法制备的孔隙率为90%的多孔膜片；所述亲水性PHB纤维束由以下质量百分含量的原料经混合纺丝制成：14.3%亲水性聚合物、28.6%PLLA和57.1%PHB；所述亲水性聚合物为聚乙二醇；所述PLLA的粘均分子量为0.5×105，质量纯度为99%以上；所述PHB的粘均分子量为6.5×105，质量纯度为99%以上。
本实施例的复合三维组织工程支架的制备方法为：
步骤一、制备多孔膜片：将PLLA溶于有机溶剂中，搅拌至PLLA充分溶解得到溶液，向溶液中加入溶液质量的85%的致孔剂（粒度为200目的氯化钠），搅拌均匀后倒入模具中制成样片；然后将样片与模具一同置于空气中，待溶剂自然挥发后再置于真空干燥箱内干燥，除去残留的有机溶剂；接着将样片从模具中取出置于蒸馏水中浸泡60小时以溶去致孔剂；最后将经浸泡后的样片在室温下干燥30小时，再转入真空干燥箱中干燥20小时，得到孔隙率为90%的PLLA多孔膜片；所述有机溶剂为二氯乙烷；所述有机溶剂的用量为原料质量的1.2倍。
步骤二、制备亲水性PHB纤维束：
201、将5克亲水性聚合物溶于600毫升有机溶剂中，搅拌使亲水性聚合物完全溶解，得到亲水性聚合物浓度为8.3g/L的透明状溶液；所述有机溶剂为四氯化碳；
202、向201中所述溶液中加入20克PHB和10克PLLA，然后加入400毫升四氯化碳，搅拌使PHB和PLLA完全溶解，得到溶质总质量浓度为2.1%的纺丝溶液；
203、将202中所述纺丝溶液静置脱泡后送入喷丝板挤出形成纺丝细流，然后通过温度为50℃的热空气进行热质交换，形成纺丝；所述喷丝板的温度为15℃；
204、将203中所述纺丝以45m/min的卷绕速度进行卷绕；
205、用牵伸机将204中经卷绕后的纺丝进行牵伸，牵伸倍率为8倍，然后在温度为60℃的条件下定型，得到亲水性PHB纤维束；
步骤三、制备纤维膜：将205中所述亲水性PHB纤维束按45°角度交叉铺覆叠加成纤维片，然后将叠加好的纤维片夹在两块模板的中间，置于温度为110℃的烘箱中进行热定型，冷却后得到纤维膜；
步骤四、多孔膜片与纤维膜复合制备复合三维组织工程支架：
401、用有机溶剂润湿步骤一中所述多孔膜片一侧和步骤三中所述纤维膜一侧；所述有机溶剂为二氯乙烷；
402、将401中经有机溶剂润湿的多孔膜片的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面相对叠放，然后对叠放的多孔膜片和纤维膜施压，使多孔膜片和纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片复合材料；
403、用有机溶剂润湿402中所述纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧，然后将另一片401中经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧相对叠放，施压使纤维膜/多孔膜片复合材料与纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料；所述有机溶剂为二氯乙烷；
404、将403中所述纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料用模板固定后置于真空干燥箱中干燥，以除去有机溶剂，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合三维组织工程支架。
实施例4
本实施例与实施例3相同，其中不同之处在于：所述亲水性聚合物为甲基丙烯酸聚合物、丙烯酸聚合物、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮。
实施例5
如图1所示，本实施例的复合三维组织工程支架，由纤维膜一1和纤维膜二2以及设置于纤维膜一1和纤维膜二2之间的多孔膜片3复合制成；所述纤维膜一1和纤维膜二2均由亲水性PHB纤维束排列制成；所述多孔膜片3为采用PHB和PLLA为原料经溶剂浇铸/粒子沥滤法制备的孔隙率为70%的多孔膜片，其中PHB和PLLA的质量比为1∶10；所述亲水性PHB纤维束由以下质量百分含量的原料经混合纺丝制成：17.6%亲水性聚合物、41.2%PLLA和41.2%PHB；所述亲水性聚合物为聚氧乙烯；所述PLLA的粘均分子量为5.5×105，质量纯度为99%以上；所述PHB的粘均分子量为4.0×105，质量纯度为99%以上。
本实施例的复合三维组织工程支架的制备方法为：
步骤一、制备多孔膜片：将PHB和PLLA溶于有机溶剂中，搅拌至PHB和PLLA充分溶解得到溶液，向溶液中加入溶液质量的50%的致孔剂（粒度为200目的氯化钠），搅拌均匀后倒入模具中制成样片；然后将样片与模具一同置于空气中，待溶剂自然挥发后再置于真空干燥箱内干燥，除去残留的有机溶剂；接着将样片从模具中取出置于蒸馏水中浸泡48小时以溶去致孔剂；最后将经浸泡后的样片在室温下干燥20小时，再转入真空干燥箱中干燥30小时，得到孔隙率为70%的PHB/PLLA复合多孔膜片；所述有机溶剂为四氯化碳；所述有机溶剂的用量为原料质量的2倍。
步骤二、制备亲水性PHB纤维束：
201、将15克亲水性聚合物溶于600毫升有机溶剂中，搅拌使亲水性聚合物完全溶解，得到亲水性聚合物浓度为25g/L的透明状溶液；所述有机溶剂为二氯甲烷；
202、向201中所述溶液中加入35克PHB和35克PLLA，然后加入400毫升二氯甲烷，搅拌使PHB和PLLA完全溶解，得到溶质总质量浓度为6%的纺丝溶液；
203、将202中所述纺丝溶液静置脱泡后送入喷丝板挤出形成纺丝细流，然后通过温度为55℃的热空气进行热质交换，形成纺丝；所述喷丝板的温度为20℃；
204、将203中所述纺丝以42m/min的卷绕速度进行卷绕；
205、用牵伸机将204中经卷绕后的纺丝进行牵伸，牵伸倍率为7倍，然后在温度为90℃的条件下定型，得到亲水性PHB纤维束；
步骤三、制备纤维膜：将205中所述亲水性PHB纤维束按60°角度交叉铺覆叠加成纤维片，然后将叠加好的纤维片夹在两块模板的中间，置于温度为130℃的烘箱中进行热定型，冷却后得到纤维膜；
步骤四、多孔膜片与纤维膜复合制备复合三维组织工程支架：
401、用有机溶剂润湿步骤一中所述多孔膜片一侧和步骤三中所述纤维膜一侧；所述有机溶剂为二氯甲烷；
402、将401中经有机溶剂润湿的多孔膜片的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面相对叠放，然后对叠放的多孔膜片和纤维膜施压，使多孔膜片和纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片复合材料；
403、用有机溶剂润湿402中所述纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧，然后将另一片401中经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧相对叠放，施压使纤维膜/多孔膜片复合材料与纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料；所述有机溶剂为二氯甲烷；
404、将403中所述纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料用模板固定后置于真空干燥箱中干燥，以除去有机溶剂，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合三维组织工程支架。
实施例6
本实施例与实施例5相同，其中不同之处在于：所述亲水性聚合物为甲基丙烯酸聚合物、丙烯酸聚合物、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮。
实施例7
如图1所示，本实施例的复合三维组织工程支架，由纤维膜一1和纤维膜二2以及设置于纤维膜一1和纤维膜二2之间的多孔膜片3复合制成；所述纤维膜一1和纤维膜二2均由亲水性PHB纤维束排列制成；所述多孔膜片3为采用PHB和PLLA为原料经溶剂浇铸/粒子沥滤法制备的孔隙率为80%的多孔膜片，其中PHB和PLLA的质量比为1∶1；所述亲水性PHB纤维束由以下质量百分含量的原料经混合纺丝制成：10%亲水性聚合物、60%PHB和30%PLLA；所述亲水性聚合物为聚乙烯吡咯烷酮；所述PLLA的粘均分子量为3.5×105，质量纯度为99%以上；所述PHB的粘均分子量为3.0×105，质量纯度为99%以上。
本实施例的复合三维组织工程支架的制备方法为：
步骤一、制备多孔膜片：将PHB和PLLA溶于有机溶剂中，搅拌至PHB和PLLA充分溶解得到溶液，向溶液中加入溶液质量的78%的致孔剂（粒度为200目的氯化钠），搅拌均匀后倒入模具中制成样片；然后将样片与模具一同置于空气中，待溶剂自然挥发后再置于真空干燥箱内干燥，除去残留的有机溶剂；接着将样片从模具中取出置于蒸馏水中浸泡50小时以溶去致孔剂；最后将经浸泡后的样片在室温下干燥15小时，再转入真空干燥箱中干燥30小时，得到孔隙率为80%的PHB/PLLA复合多孔膜片；所述有机溶剂为三氯甲烷；所述有机溶剂的用量为原料质量的1倍。
步骤二、制备亲水性PHB纤维束：
201、将1克亲水性聚合物溶于200毫升有机溶剂中，搅拌使亲水性聚合物完全溶解，得到亲水性聚合物浓度为5g/L的透明状溶液；所述有机溶剂为二氯乙烷；
202、向201中所述溶液中加入6克PHB和3克PLLA，然后加入1387毫升二氯乙烷，搅拌使PHB和PLLA完全溶解，得到溶质总质量浓度为0.5%的纺丝溶液；
203、将202中所述纺丝溶液静置脱泡后送入喷丝板挤出形成纺丝细流，然后通过温度为50℃的热空气进行热质交换，形成纺丝；所述喷丝板的温度为20℃；
204、将203中所述纺丝以45m/min的卷绕速度进行卷绕；
205、用牵伸机将204中经卷绕后的纺丝进行牵伸，牵伸倍率为8倍，然后在温度为80℃的条件下定型，得到亲水性PHB纤维束；
步骤三、制备纤维膜：将205中所述亲水性PHB纤维束按90°角度交叉铺覆叠加成纤维片，然后将叠加好的纤维片夹在两块模板的中间，置于温度为120℃的烘箱中进行热定型，冷却后得到纤维膜；
步骤四、多孔膜片与纤维膜复合制备复合三维组织工程支架：
401、用有机溶剂润湿步骤一中所述多孔膜片一侧和步骤三中所述纤维膜一侧；所述有机溶剂为三氯甲烷；
402、将401中经有机溶剂润湿的多孔膜片的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面相对叠放，然后对叠放的多孔膜片和纤维膜施压，使多孔膜片和纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片复合材料；
403、用有机溶剂润湿402中所述纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧，然后将另一片401中经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧相对叠放，施压使纤维膜/多孔膜片复合材料与纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料；所述有机溶剂为三氯甲烷；
404、将403中所述纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料用模板固定后置于真空干燥箱中干燥，以除去有机溶剂，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合三维组织工程支架。
实施例8
本实施例与实施例7相同，其中不同之处在于：所述亲水性聚合物为甲基丙烯酸聚合物、丙烯酸聚合物、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚氧乙烯或聚乙烯醇。
实施例9
如图1所示，本实施例的复合三维组织工程支架，由纤维膜一1和纤维膜二2以及设置于纤维膜一1和纤维膜二2之间的多孔膜片3复合制成；所述纤维膜一1和纤维膜二2均由亲水性PHB纤维束排列制成；所述多孔膜片3为采用PHB和PLLA为原料经溶剂浇铸/粒子沥滤法制备的孔隙率为60%的多孔膜片，其中PHB和PLLA的质量比为10∶1；所述亲水性PHB纤维束由以下质量百分含量的原料经混合纺丝制成：15%亲水性聚合物、45%PLLA和40%PHB；所述亲水性聚合物为聚乙烯醇；所述PLLA的粘均分子量为2.5×105，质量纯度为99%以上；所述PHB的粘均分子量为2.5×105，质量纯度为99%以上。
本实施例的复合三维组织工程支架的制备方法为：
步骤一、制备多孔膜片：将PHB和PLLA溶于有机溶剂中，搅拌至PHB和PLLA充分溶解得到溶液，向溶液中加入溶液质量的45%的致孔剂（粒度为200目的氯化钠），搅拌均匀后倒入模具中制成样片；然后将样片与模具一同置于空气中，待溶剂自然挥发后再置于真空干燥箱内干燥，除去残留的有机溶剂；接着将样片从模具中取出置于蒸馏水中浸泡40小时以溶去致孔剂；最后将经浸泡后的样片在室温下干燥20小时，再转入真空干燥箱中干燥15小时，得到孔隙率为60%的PHB/PLLA复合多孔膜片；所述有机溶剂为二氯甲烷；所述有机溶剂的用量为原料质量的3倍；
步骤二、制备亲水性PHB纤维束：
201、将15克亲水性聚合物溶于800毫升有机溶剂中，搅拌使亲水性聚合物完全溶解，得到亲水性聚合物浓度为18.75g/L的透明状溶液；所述有机溶剂为三氯甲烷；
202、向201中所述溶液中加入40克PHB和45克PLLA，然后加入470毫升三氯甲烷，搅拌使PHB和PLLA完全溶解，得到溶质总质量浓度为5%的纺丝溶液；
203、将202中所述纺丝溶液静置脱泡后送入喷丝板挤出形成纺丝细流，然后通过温度为60℃的热空气进行热质交换，形成纺丝；所述喷丝板的温度为25℃；
204、将203中所述纺丝以40m/min的卷绕速度进行卷绕；
205、用牵伸机将204中经卷绕后的纺丝进行牵伸，牵伸倍率为6倍，然后在温度为100℃的条件下定型，得到亲水性PHB纤维束；
步骤三、制备纤维膜：将205中所述亲水性PHB纤维束按30°角度交叉铺覆叠加成纤维片，然后将叠加好的纤维片夹在两块模板的中间，置于温度为100℃的烘箱中进行热定型，冷却后得到纤维膜；
步骤四、多孔膜片与纤维膜复合制备复合三维组织工程支架：
401、用有机溶剂润湿步骤一中所述多孔膜片一侧和步骤三中所述纤维膜一侧；所述有机溶剂为四氯化碳；
402、将401中经有机溶剂润湿的多孔膜片的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面相对叠放，然后对叠放的多孔膜片和纤维膜施压，使多孔膜片和纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片复合材料；
403、用有机溶剂润湿402中所述纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧，然后将另一片401中经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧相对叠放，施压使纤维膜/多孔膜片复合材料与纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料；所述有机溶剂为四氯化碳；
404、将403中所述纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料用模板固定后置于真空干燥箱中干燥，以除去有机溶剂，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合三维组织工程支架。
实施例10
本实施例与实施例9相同，其中不同之处在于：所述亲水性聚合物为甲基丙烯酸聚合物、丙烯酸聚合物、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚氧乙烯或聚乙烯吡咯烷酮。
将本发明的复合三维组织工程支架植入兔子体内进行降解实验，结果表明，本发明的复合三维组织工程支架不但有良好的组织相容性，而且支架降解程度明显，同时支架内的纤维结构增加了细胞的附着空间，防止了表层种植细胞的流失。
将细胞植入本发明的复合三维组织工程支架内，采用SEM电镜观察支架的形态，如图3所示，细胞植入四周后支架上黏附的细胞量大幅增加，支架有降解的趋势，如图4所示，细胞植入八周后细胞生长良好，支架完全降解，说明本发明的复合三维组织工程支架的降解速率可适应细胞生长速度的要求，其结构与性能完全适合细胞铺展、黏附、生长和增殖，为细胞的生长提供了良好的微环境。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种复合三维组织工程支架，其特征在于，由纤维膜一（1）和纤维膜二（2）以及设置于纤维膜一（1）和纤维膜二（2）之间的多孔膜片（3）复合制成；所述纤维膜一（1）和纤维膜二（2）均由亲水性PHB纤维束排列制成；所述多孔膜片（3）为PHB多孔膜片、PLLA多孔膜片或PHB/PLLA复合多孔膜片；所述亲水性PHB纤维束由以下质量百分含量的原料经混合纺丝制成：10%～20%亲水性聚合物、0%～45%PLLA和40%～80%PHB，其中亲水性聚合物为甲基丙烯酸聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮；
该复合三维组织工程支架的制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备多孔膜片：以PHB、PLLA或PHB和PLLA为原料，采用溶剂浇铸/粒子沥滤法制备PHB多孔膜片、PLLA多孔膜片或PHB/PLLA复合多孔膜片；
步骤二、制备亲水性PHB纤维束：
201、将亲水性聚合物溶于有机溶剂中，搅拌使亲水性聚合物完全溶解，得到亲水性聚合物浓度为5g/L～25g/L的溶液；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯甲烷；
202、向201中所述溶液中加入PHB或PHB和PLLA，然后加入有机溶剂，搅拌溶解，得到溶质总质量浓度为0.5%～6%的纺丝溶液；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯化碳；
203、将202中所述纺丝溶液静置脱泡后送入喷丝板挤出形成纺丝细流，然后通过温度为50℃～60℃的热空气进行热质交换，形成纺丝；
204、将203中所述纺丝以40m/min～45m/min的卷绕速度进行卷绕；
205、用牵伸机将204中经卷绕后的纺丝进行牵伸，定型后裁剪，得到亲水性PHB纤维束；
步骤三、制备纤维膜：将205中所述亲水性PHB纤维束按30°～90°角度交叉铺覆叠加成纤维片，然后将叠加好的纤维片夹在两块模板的中间，置于温度为100℃～130℃的烘箱中进行热定型，冷却后得到纤维膜；
步骤四、多孔膜片与纤维膜复合制备复合三维组织工程支架：
401、用有机溶剂润湿步骤一中所述多孔膜片一侧和步骤三中所述纤维膜一侧；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯化碳；
402、将401中经有机溶剂润湿的多孔膜片的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面相对叠放，然后对叠放的多孔膜片和纤维膜施压，使多孔膜片和纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片复合材料；
403、用有机溶剂润湿402中所述纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧，然后将另一片401中经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧相对叠放，施压使纤维膜/多孔膜片复合材料与纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯化碳；
404、将403中所述纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料用模板固定后置于真空干燥箱中干燥，以除去有机溶剂，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合三维组织工程支架。
2.根据权利要求1所述的一种复合三维组织工程支架，其特征在于，所述PHB多孔膜片是采用PHB为原料经溶剂浇铸/粒子沥滤法制备的孔隙率为50%～90%的多孔膜片；所述PLLA多孔膜片是采用PLLA为原料经溶剂浇铸/粒子沥滤法制备的孔隙率为50%～90%的多孔膜片；所述PHB/PLLA复合多孔膜片是采用PHB和PLLA为原料经溶剂浇铸/粒子沥滤法制备的孔隙率为50%～90%的复合多孔膜片，其中PHB和PLLA的质量比为1～10∶1～10。
3.根据权利要求2所述的一种复合三维组织工程支架，其特征在于，所述PHB的粘均分子量为1.5×105～6.5×105，质量纯度为99%以上；所述PLLA的粘均分子量为0.5×105～5.5×105，质量纯度为99%以上。
4.一种制备如权利要求1至3中任一权利要求所述复合三维组织工程支架的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备多孔膜片：以PHB、PLLA或PHB和PLLA为原料，采用溶剂浇铸/粒子沥滤法制备PHB多孔膜片、PLLA多孔膜片或PHB/PLLA复合多孔膜片；
步骤二、制备亲水性PHB纤维束：
201、将亲水性聚合物溶于有机溶剂中，搅拌使亲水性聚合物完全溶解，得到亲水性聚合物浓度为5g/L～25g/L的溶液；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯甲烷；
202、向201中所述溶液中加入PHB或PHB和PLLA，然后加入有机溶剂，搅拌溶解，得到溶质总质量浓度为0.5%～6%的纺丝溶液；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯化碳；
203、将202中所述纺丝溶液静置脱泡后送入喷丝板挤出形成纺丝细流，然后通过温度为50℃～60℃的热空气进行热质交换，形成纺丝；
204、将203中所述纺丝以40m/min～45m/min的卷绕速度进行卷绕；
205、用牵伸机将204中经卷绕后的纺丝进行牵伸，定型后裁剪，得到亲水性PHB纤维束；
步骤三、制备纤维膜：将205中所述亲水性PHB纤维束按30°～90°角度交叉铺覆叠加成纤维片，然后将叠加好的纤维片夹在两块模板的中间，置于温度为100℃～130℃的烘箱中进行热定型，冷却后得到纤维膜；
步骤四、多孔膜片与纤维膜复合制备复合三维组织工程支架：
401、用有机溶剂润湿步骤一中所述多孔膜片一侧和步骤三中所述纤维膜一侧；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯化碳；
402、将401中经有机溶剂润湿的多孔膜片的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面相对叠放，然后对叠放的多孔膜片和纤维膜施压，使多孔膜片和纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片复合材料；
403、用有机溶剂润湿402中所述纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧，然后将另一片401中经有机溶剂润湿的纤维膜的润湿面与经有机溶剂润湿的纤维膜/多孔膜片复合材料的多孔膜片侧相对叠放，施压使纤维膜/多孔膜片复合材料与纤维膜贴合牢固，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料；所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯化碳；
404、将403中所述纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合材料用模板固定后置于真空干燥箱中干燥，以除去有机溶剂，得到纤维膜/多孔膜片/纤维膜复合三维组织工程支架。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述多孔膜片的制备过程为：将原料溶于有机溶剂中，搅拌至原料充分溶解得到溶液，向溶液中加入溶液质量的35%～85%的致孔剂，搅拌均匀后倒入模具中制成样片；然后将样片与模具一同置于空气中，待溶剂自然挥发后再置于真空干燥箱内干燥，除去残留的有机溶剂；接着将样片从模具中取出置于蒸馏水中浸泡30小时～60小时以溶去致孔剂；最后将经浸泡后的样片在室温下干燥15小时～30小时，再转入真空干燥箱中干燥15小时～30小时，得到多孔膜片。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述致孔剂为粒度为200目的氯化钠。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为三氯乙烷、二氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷或四氯化碳；所述有机溶剂的用量为原料质量的1～3倍。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，203中所述喷丝板的温度为15℃～25℃。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，205中所述牵伸的牵伸倍率为6～8倍。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，205中所述定型的温度为60℃～130℃。
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