CN103520770A - 组织工程支架用多孔状材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组织工程支架用多孔状材料，它是由聚己内酯25~40%、聚氧化乙烯30~45%以及碳酸氢钠25~40%按照下述方法制备而成：将上述原料混合均匀后入双螺杆挤出机挤出造粒，然后利用传统的微孔发泡注塑技术进行发泡成型，制得中间产品；将所得到的中间产品在循环水浴中沥滤后真空烘干，即可得到孔隙率达68~74.0%、泡孔尺寸为20~200微米、内部相互连通通道尺寸约为20~200微米的多孔状材料。本发明的优点在于发泡过程中不但有微孔发泡成型的超临界二氧化碳产生发泡作用，还同时有碳酸氢钠分解所得气体的发泡作用，这种物理化学联合发泡方法使得最终得到的多孔状材料满足了生物细胞生长的要求。

Description

组织工程支架用多孔状材料

技术领域

本发明涉及生物医学材料领域，尤其是涉及一种内部相互连通的组织工程支架用多孔状材料。

背景技术

组织工程支架材料是能与组织活体细胞结合并能植入生物体内的材料，它可为细胞提供获取营养、气体交换、排泄废物和生长发育的场所，也是形成新的具有形态和功能的组织、器官的物质基础。

内部相互连通的多孔状结构是组织工程支架的结构特点之一。多孔结构有利于细胞在支架上附着生长，而内部相互连通则为细胞所需要的养分以及废物代谢提供通道，同时也可以保证细胞迁移进入支架材料内部。目前，生产多孔状材料的方法已有多种，如热致相分离、冷冻干燥、3D打印、静电纺丝、致孔剂沥滤及微孔发泡成型等。

微孔发泡注塑成型法是一种利用二氧化碳或氮气等超临界流体进行发泡的成型技术，已经被广泛的应用于高聚物加工领域。微孔发泡注塑成型技术的主要工艺原理是：首先将保持在高压状态的超临界流体（CO₂ 或 N₂）溶解到熔融的高聚物中，形成饱和的单相高聚物-超临界流体的混合熔体。然后，通过注塑机螺杆将混合熔体注入温度较低的模具型腔。在此过程中，混合熔体的温度和压力迅速降低，使得熔体内气体饱和度下降，从而引发气体分子的不稳定性，在制品内形成大量的气泡核，随着气泡核的逐步生长，最终形成微小的孔洞，最终在模具内形成特定形状的发泡制品。微孔发泡注塑成型作为注塑成型技术的革新技术，除了具有传统注塑成型技术的优点之外，还具有节省原材料，减轻产品重量等优点。

微孔发泡注塑成型技术属于物理发泡技术。在物理发泡过程中，气体需要克服一定自由能壁垒才能成核。因此在实际生产中，往往需要在基体中加入其他填料作为异相成核剂以改善发泡质量，如滑石粉、纳米蒙脱土等。另外，由于模具型腔的限制以及该成型方法的工艺特点，气泡在生长过程中受到限制，所得产品基本为闭孔结构，即泡孔与泡孔之间相互隔绝并不连通。因此，微发泡注射成型技术难以用于生产开孔性的多孔状产品。有研究人员将微孔发泡注塑成型与致孔剂沥滤技术联合起来生产多孔状的组织工程支架材料，避免了其他多孔材料制备过程中有机溶剂的引入、生产效率低等缺点，因此该技术将会在组织工程支架生产领域具有潜在的应用价值。它是将生物高分子、水溶性高分子与致孔剂按照一定比例共混造粒，然后进行微孔发泡注塑成型，然后将所得产品进行沥滤去除基体内部水溶性高分子和致孔剂，最后得到内部相互连通的多孔状材料。由于泡孔之间的内部相互连通通道主要是通过生物高分子与水溶性高分子形成的共连续相被沥滤掉而形成的，而水溶性高分子共连续相的尺寸较小，通常为几微米，因此，所得产品虽泡孔相互连通，但连通通道尺寸较小，仅处于微米尺度，所得支架材料不利于细胞向材料内部迁移生长，见图1。因此，该工艺仍需进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种满足细胞生长要求的组织工程支架用多孔状材料。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的组织工程支架用多孔状材料，它是由生物高分子原料聚己内酯或聚乳酸、水溶性高分子原料聚氧化乙烯或聚乙烯醇以及致孔剂碳酸氢钠按照下述体积百分比配制后制备而成：

配比：聚己内酯（颗粒状）       25~40% ，

      聚氧化乙烯（粉末状）     30~45% ，

      碳酸氢钠（粉末状）       25~40% ，

其中 聚己内酯与碳酸氢钠的体积百分比要保证1:1；

制备方法：

将上述原料混合均匀后入双螺杆挤出机挤出造粒，然后利用传统的微孔发泡注塑技术进行发泡成型，制得中间产品；将所得到的中间产品在循环水浴中沥滤后真空烘干，即可得到孔隙率达68~74.0%、泡孔尺寸为20~200微米、内部相互连通通道尺寸约为20~200微米的多孔状材料。

本发明的优点在于发泡过程中不但有微孔发泡成型的物理发泡剂（超临界二氧化碳）产生发泡作用，还同时有化学发泡剂碳酸氢钠分解所得气体的发泡作用，这种物理化学联合发泡方法使得最终得到的多孔状材料满足了生物细胞生长的要求。其优点具体体现在：

由于碳酸氢钠的引入，使泡孔间内部相互连通通道的生成机理发生了变化，即可以在基体内已经产生的泡孔间壁面继续产生新的气泡，后产生的泡孔逐渐长大与相邻泡孔合并形成内部相互连通的泡孔，使得内部相互连通通道尺寸与泡孔尺寸相当，大大超过了使用现有制备方法得到的多孔状材料的内部相互连通通道尺寸；同时由于引入的碳酸氢钠又是化学发泡剂，在热分解发泡过程中能够弥补物理发泡的不足，增加体系内二氧化碳的含量，又改善了发泡质量；而且碳酸氢钠及其热分解产物还能够作为气泡的异相成核剂，降低了气泡成核自由能壁垒，改善了整体发泡质量；制备过程中，水溶性高分子聚氧化乙烯能够与生物高分子聚己内酯按一定比例形成共连续相，沥滤去除体系内水溶性高分子及致孔剂碳酸氢钠时，生物高分子形成的多孔状结构还不易发生坍塌。

附图说明

图1是采用现有方法制得的聚己内酯多孔状材料。

图2是实施例1制得的聚己内酯多孔状材料。

具体实施方式

实施例1：

将聚己内酯（颗粒状）、聚氧化乙烯（粉末状）、碳酸氢钠（粉末状）按照体积比1：1：1配制，在（BMP，US）双螺杆挤出机上进行共混并造粒，共混温度设为100℃，以防止碳酸氢钠提前分解。然后在（Arburg Allrounder 320S搭载Drexel Mucell供气系统）微发泡注塑成型机上进行注塑发泡成型，成型温度设为155℃（在此温度下，碳酸氢钠热分解速率达到最大），得到微孔发泡注塑成型产品。然后将注塑成型产品置于循环水浴中沥滤72小时，沥滤掉聚氧化乙烯和碳酸氢钠的分解产物碳酸钠，最后再入真空烘箱内烘干48小时，得到内部相互连通的多孔状材料。所得多孔材料的孔隙率为68.2 %，泡孔尺寸20微米-300微米，内部相互连通通道尺寸20微米-200微米，见图2，即泡孔间连通通道与泡孔尺寸相当，利于细胞在支架上附着生长，同时也可以保证细胞迁移进入支架材料内部。

实施例2：

将聚己内酯（颗粒状）、聚氧化乙烯（粉末状）、碳酸氢钠（粉末状）按照体积比3：2：3配制，在与实施例1相同的步骤和条件下，制得内部相互连通的多孔状材料，所得多孔状材料的孔隙率为73.8%，泡孔尺寸为20微米-250微米，内部相互连通通道尺寸为20微米-200微米。

实施例3：

将聚己内酯（颗粒状）、聚氧化乙烯（粉末状）、碳酸氢钠（粉末状）按照体积比为2：3：2配制，在与实施例1相同的步骤和条件下，制得内部相互连通的多孔状材料，所得多孔材料的孔隙率为70.9%，泡孔尺寸为20微米-250微米，内部相互连通通道尺寸为20微米-200微米。

Claims (1)

1.一种组织工程支架用多孔状材料，其特征在于：它是由生物高分子原料聚己内酯、水溶性高分子原料聚氧化乙烯以及致孔剂碳酸氢钠按照下述体积百分比配制后制备而成：

配比：聚己内酯       25~40% ，

      聚氧化乙烯     30~45% ，

      碳酸氢钠       25~40% ，

其中 聚己内酯与碳酸氢钠的体积百分比要保证1:1；

制备方法：

将上述原料混合均匀后入双螺杆挤出机挤出造粒，然后利用传统的微孔发泡注塑技术进行发泡成型，制得中间产品；将所得到的中间产品在循环水浴中沥滤后真空烘干，即可得到孔隙率达68~74.0%、泡孔尺寸为20~200微米、内部相互连通通道尺寸约为20~200微米的多孔状材料。

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