CN104258466B - 纳米纤维素/聚乳酸多孔支架的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于组织工程支架制备领域，具体涉及一种纳米纤维素/聚乳酸多孔支架的制备方法。具体方法如下：利用酯化剂对纳米纤维素进行表面酯化改性；将改性纳米纤维素加入二氧六环/丙酮混合溶剂中，超声波分散均匀；加入聚乳酸，加热搅拌使其完全溶解；将混合均匀的混合物倒入模具中，经冷冻，抽真空干燥，脱模即得纳米纤维素/聚乳酸组织工程支架。该多孔支架与纯聚乳酸制备的多孔支架相比，力学性能有较大的提高，而且纳米纤维素具有较强的亲水性，有利于细胞的吸附和生长。本发明具有原料资源丰富、工艺简单、产品可完全生物降解、良好的生物相容性、力学性能高等众多优点，可广泛应用于组织工程支架领域。

Description

纳米纤维素/聚乳酸多孔支架的制备方法
技术领域
本发明属于组织工程支架制备领域，具体涉及一种纳米纤维素/聚乳酸多孔支架的制备方法。
背景技术
骨组织工程是指将增殖后的种子细胞移植到支架材料上，然后植入缺损部位，达到组织修复和重建，同时在骨愈合过程中，支架材料会慢慢降解。应用这种方法，不需要二次开刀，大大减轻了患者的痛苦。要实现骨组织工程，寻找具有可降解性和生物相容性的高分子材料是关键。聚乳酸具有生物相容性、可生物降解以及生物可吸收性，是被美国食品与药品监督局认可的一种生物材料。但是聚乳酸为聚酯类高分子材料，具有较强的疏水性，不利于细胞的吸附和生长；聚乳酸只有中等强度，不能作为承力部位的骨组织内固定材料。
纳米纤维素是一种直径为1-30nm，长度为几十纳米到几百微米的刚性棒状纤维素或纤维素纳米纤丝。纳米纤维素具有高纯度、高杨氏模量、高强度的特性，而且具有生物材料的可降解、生物相容及可再生等特性，在高性能生物材料中显示出巨大的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种力学性能优异、生物相容性好、可完全生物降解的纳米纤维素/聚乳酸多孔支架的制备方法。
一种纳米纤维素/聚乳酸多孔支架的制备方法，包含以下具体步骤：
1)将纳米纤维素分散于N，N-二甲基甲酰胺中，超声波分散30min，然后加入纳米纤维素质量20～200％的马来酸酐或乙酸酐或丙酸酐和1～5％的吡啶，在反应温度为100～120℃和搅拌速度为100～200r/min的条件下，反应4～8h，产物经离心分离、洗涤、冷冻干燥，得到表面酯化改性的纳米纤维素；
2)将改性纳米纤维素按0.01～1.0g/100ml的重量体积浓度分散于有机溶剂中，用超声波分散0.5～2h，按改性纳米纤维素:聚乳酸＝0.1:100～10:100的质量比加入聚乳酸，在50～60℃下均匀搅拌，待聚乳酸完全溶解后，将混合物注入模具中，先于-20～-80℃下冷冻9～12h，然后放入冷冻干燥机中在-50～-80℃的冷冻温度和15～200Pa真空度下抽真空24～36h，再于10～40℃下真空干燥8～24h，脱模即得聚乳酸/纳米纤维素复合多孔支架。
所述的聚乳酸为：聚L-乳酸、聚D-乳酸。
所述的纳米纤维素为：直径为1-30纳米、长度为几十至几百纳米的棒状纤维素，或直径为1-30纳米、长度为几十至几百微米的纤维素纳米纤丝。
所使用的有机溶剂为二氧六环/丙酮，丙酮与二氧六环的体积比为0:100～20:100。
本发明所述的纳米纤维素/聚乳酸多孔支架，内部为相互连通的孔隙结构，孔隙率为80～98％，其孔径尺寸为50～400μm。
本发明的积极效果在于：1、利用纳米纤维素本身优越的性能，同时通过对纳米纤维素进行表面改性，提高纳米纤维素与聚乳酸之间的相容性，制备纳米纤维素/聚乳酸多孔支架，其力学性能大大提高，当改性纳米纤维素与聚乳酸的质量比为0.8:100时，支架的压缩模量为113.6MPa，与纯聚乳酸制备的多孔支架(24.1MPa)相比增加了371％。2、纳米纤维素具有较强的亲水性能，使制备的纳米纤维素/聚乳酸多孔支架更加有利于细胞的吸附和生长。3、该制备方法具有原料来源丰富、工艺简单、成本低廉的优点。
附图说明
图1为本发明纯聚乳酸组织工程支架的扫描电子显微镜照片。
图2为本发明改性纳米纤维素与聚乳酸的质量比为0.8:100时，纳米纤维素/聚乳酸多孔支架的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但是本发明保护的范围并不局限于实施例所表示的范围。
实施例1
在250ml三口瓶中加入N，N-二甲基甲酰胺80ml，纳米纤维素4g，经超声波分散30min后，加入马来酸酐2g，吡啶0.16g，装上搅拌器、冷凝管和温度计，在反应温度为105℃和搅拌速度为200r/min的条件下，反应4h，产物经离心分离三次、用水洗涤、冷冻干燥，得到表面酯化改性的纳米纤维素。
取改性纳米纤维素按2.4mg加入10ml的二氧六环/丙酮混合溶剂中，丙酮与二氧六环的体积比为10:100，用超声波分散30min，加入0.6g聚乳酸，在60℃下均匀搅拌，待聚乳酸完全溶解后，将混合物注入模具中，先于-20℃下冷冻10h，然后放入冷冻干燥机中在-60℃的冷冻温度和100Pa真空度下抽真空24h，再于30℃下真空干燥24h，脱模即得纳米纤维素/聚乳酸多孔支架。测得该支架的孔隙率为84.7％，压缩模量为60.3MPa，与同样条件制备的纯聚乳酸多孔支架的压缩模量(24.1MPa)相比增加了150％。
实施例2
纳米纤维素的改性同实施例1。
取改性纳米纤维素按4.8mg加入10ml的二氧六环/丙酮混合溶剂中，丙酮与二氧六环的体积比为10:100，用超声波分散30min，加入0.6g聚乳酸，在60℃下均匀搅拌，待聚乳酸完全溶解后，将混合物注入模具中，先于-20℃下冷冻10h，然后放入冷冻干燥机中在-60℃的冷冻温度和100Pa真空度下抽真空24h，再于30℃下真空干燥24h，脱模即得纳米纤维素/聚乳酸多孔支架。测得该支架的孔隙率为83.1％，压缩模量为91.2MPa，与同样条件制备的纯聚乳酸多孔支架的压缩模量(24.1MPa)相比增加了278％。
实施例3
纳米纤维素的改性同实施例1。
取改性纳米纤维素按7.2mg加入10ml的二氧六环/丙酮混合溶剂中，丙酮与二氧六环的体积比为10:100，用超声波分散30min，加入0.6g聚乳酸，在60℃下均匀搅拌，待聚乳酸完全溶解后，将混合物注入模具中，先于-20℃下冷冻10h，然后放入冷冻干燥机中在-60℃的冷冻温度和100Pa真空度下抽真空24h，再于30℃下真空干燥24h，脱模即得纳米纤维素/聚乳酸多孔支架。测得该支架的孔隙率为81.8％，压缩模量为98.4MPa，与同样条件制备的纯聚乳酸多孔支架的压缩模量(24.1MPa)相比增加了308％。
实施例4
纳米纤维素的改性同实施例1。
取改性纳米纤维素按9.6mg加入10ml的二氧六环/丙酮混合溶剂中，丙酮与二氧六环的体积比为10:100，用超声波分散30min，加入0.6g聚乳酸，在60℃下均匀搅拌，待聚乳酸完全溶解后，将混合物注入模具中，先于-20℃下冷冻10h，然后放入冷冻干燥机中在-60℃的冷冻温度和100Pa真空度下抽真空24h，再于30℃下真空干燥24h，脱模即得纳米纤维素/聚乳酸多孔支架。测得该支架的孔隙率为81.6％，压缩模量为113.6MPa，与同样条件制备的纯聚乳酸多孔支架的压缩模量(24.1MPa)相比增加了371％。
实施例5
纳米纤维素的改性同实施例1。
取改性纳米纤维素按1.6mg加入10ml的二氧六环/丙酮混合溶剂中，丙酮与二氧六环的体积比为10:100，用超声波分散30min，加入0.4g聚乳酸，在60℃下均匀搅拌，待聚乳酸完全溶解后，将混合物注入模具中，先于-20℃下冷冻10h，然后放入冷冻干燥机中在-60℃的冷冻温度和100Pa真空度下抽真空24h，再于30℃下真空干燥24h，脱模即得纳米纤维素/聚乳酸多孔支架。测得该支架的孔隙率为86.1％，压缩模量为46.8MPa，与同样条件制备的纯聚乳酸多孔支架的压缩模量(24.1MPa)相比增加了94％。
实施例6
纳米纤维素的改性同实施例1。
取改性纳米纤维素按3.2mg加入10ml的二氧六环/丙酮混合溶剂中，丙酮与二氧六环的体积比为10:100，用超声波分散30min，加入0.8g聚乳酸，在60℃下均匀搅拌，待聚乳酸完全溶解后，将混合物注入模具中，先于-20℃下冷冻10h，然后放入冷冻干燥机中在-60℃的冷冻温度和100Pa真空度下抽真空24h，再于30℃下真空干燥24h，脱模即得纳米纤维素/聚乳酸多孔支架。测得该支架的孔隙率为85.1％，压缩模量为86.3MPa，与同样条件制备的纯聚乳酸多孔支架的压缩模量(24.1MPa)相比增加了258％。

Claims (4)

1.纳米纤维素/聚乳酸多孔支架的制备方法，其特征在于包含以下具体步骤：
1)将纳米纤维素分散于N，N-二甲基甲酰胺中，超声波分散30min，然后加入纳米纤维素质量20～200％的马来酸酐或乙酸酐或丙酸酐和1～5％的吡啶，在反应温度为100～120℃和搅拌速度为100～200r/min的条件下，反应4～8h，产物经离心分离、洗涤、冷冻干燥，得到表面酯化改性的纳米纤维素；
2)将改性纳米纤维素按0.01～1.0g/100ml的重量体积浓度分散于有机溶剂中，用超声波分散0.5～2h，按改性纳米纤维素:聚乳酸＝0.1:100～10:100的质量比加入聚乳酸，在50～60℃下均匀搅拌，待聚乳酸完全溶解后，将混合物注入模具中，先于-20～-80℃下冷冻9～12h，然后放入冷冻干燥机中在-50～-80℃的冷冻温度和15～200Pa真空度下抽真空24～36h，再于10～40℃下真空干燥8～24h，脱模即得聚乳酸/纳米纤维素复合多孔支架。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维素/聚乳酸多孔支架的制备方法，其特征在于所述的聚乳酸为：聚L-乳酸、聚D-乳酸。
3.根据权利要求1所述的纳米纤维素/聚乳酸多孔支架的制备方法，其特征在于所述的纳米纤维素为：直径为1-30纳米、长度为几十至几百纳米的棒状纤维素，或直径为1-30纳米、长度为几十至几百微米的纤维素纳米纤丝。
4.根据权利要求1所述的纳米纤维素/聚乳酸多孔支架的制备方法，其特征在于：步骤2)所使用的有机溶剂为二氧六环/丙酮，丙酮与二氧六环的体积比为0:100～20:100。
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