CN105688272B - 一种聚合物prgd/聚乳酸/hap-peg的复合定向大孔支架及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域及生物医学工程技术领域，具体涉及一种聚合物PRGD/聚乳酸/HAP‑PEG的复合定向大孔支架及其制备方法。所述定向大孔支架的各原料组分包括聚合物PRGD、聚乳酸和HAP‑PEG，所述聚合物PRGD与聚乳酸的质量比为0～1:1；所述聚合物PRGD和聚乳酸的总质量与HAP‑PEG的质量比为1:0～0.5。本发明制备得到的聚合物PRGD/聚乳酸/HAP‑PEG的复合定向大孔支架的孔径大、孔隙率高，而且具有良好的细胞粘附性、生物相容性和优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域及生物医学工程技术领域，具体涉及一种聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架及其制备方法。
背景技术
组织工程是一个跨学科的领域，通过发展生物替代品，修复、维护或改善组织功能而适用于工程和生命科学。一种理想的支架在组织工程中起到重要的作用，它具有如下特征：无毒性，良好的生物相容性，合适的机械性能，生物降解率和组织再生率相匹配，生物降解产物不应该对周围组织和器官产生消极的影响。另外支架应该具有较高的孔隙率和高度连通的大孔结构，为细胞接种、生长和增殖，以及细胞的营养交换和新陈代谢提供足够的空间。因为许多自然组织如骨、肌腱、关节、韧带、软骨、神经脊髓等都是一种定向的结构，这和组织的生理和机械性能密切相关，所以仿生支架的形态结构也需要具备定向结构，制备定向大孔仿生支架成为组织工程的一个重要的研究目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架及其制备方法。所述定向大孔支架的孔径大、孔隙率高，而且具有良好的细胞粘附性、生物相容性和优异的力学性能。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架，其原料组分包括聚合物PRGD、聚乳酸和HAP-PEG，所述聚合物PRGD与聚乳酸的质量比为0～1：1；所述聚合物PRGD和聚乳酸的总质量与HAP-PEG的质量比为1：0～0.5。
上述方案中，所述聚合物PRGD通过如下方法制备得到：
(1)以聚乳酸(PDLLA)、马来酸酐(MA)为原料，过氧化二苯甲酰(BPO)为引发剂，溶于适量的二氯甲烷中，超声混合均匀，真空干燥至恒重，在氮气保护下升温至90℃高温熔融反应10个小时，THF-无水乙醇共沉淀法制得产物A；
(2)将产物A和适量己二胺分别溶解在适量的四氢呋喃(THF)中，搅拌条件下，将产物A滴加到己二胺的四氢呋喃溶液中，低温下8～10℃反应10～30min，升温至28～30℃反应30～60min，将反应液滴入到过量蒸馏水总收集表面膜，真空干燥至恒重，得到产物B；
(3)将产物B溶于适量四氢呋喃中，冰浴控制溶液的温度＜5℃，将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐/1-羟基苯并三唑的混合液溶于N-N二甲基甲酰胺中，在搅拌状态下加入到产物B的四氢呋喃溶液中，活化反应30min后调节pH至7～8，随后加入溶于N-N二甲基甲酰胺的RGD多肽溶液，反应5～10h，将反应液滴入到过量蒸馏水总收集表面膜，真空干燥至恒重，得到产物C，即为聚合物PRGD。
上述方案中，步骤(1)所述聚乳酸、马来酸酐和过氧化二苯甲酰的质量比为1:0.1:0.004～0.005；步骤(3)所述产物B与RGD多肽的质量比为1g：10～20mg。
上述方案中，所述聚乳酸为左旋聚乳酸L-PLA、右旋聚乳酸D-PLA和外消旋聚乳酸DL-PLA中的一种或多种。
上述方案中，所述HAP-PEG通过如下方法制备得到：采用冷冻凝胶法，n-HAP与PEG4000的质量比为1:0.4，将PEG-4000在蒸馏水中磁力搅拌30min～60min后静置去除溶液中的气泡，将n-HAP在蒸馏水中超声分散30min～60min，在搅拌下滴入PEG-4000溶液中，继续搅拌5h～8h，放入-80℃冰箱中冷冻24h，然后冷冻干燥即得HAP-PEG。
上述方案中，所述n-HAP的粒径为纳米级。
上述聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚合物PRGD和聚乳酸溶于1，4-二氧六环中，在40℃～80℃下加热搅拌后得到澄清溶液，加入HAP-PEG，充分搅拌均匀后超声分散10min～30min，得到混合溶液；
(2)将混合溶液倒入模具中，加热到40℃～80℃，然后迅速放入过冷温度下诱导固液相分离，固液相分离后，再将模具置于0℃以下进一步使溶剂固化；
(3)取出模具冷冻干燥3～5天，真空干燥2～5天至恒重，得到定向多孔复合支架。
上述方案中，所述诱导固液相分离的操作步骤为：保持模具底部的温度为0℃至-100℃，模具顶部的温度为25℃～30℃，维持固液相分离的时间为3h～24h。
上述方案中，所述聚合物PRGD和聚乳酸的总质量与1，4-二氧六环的体积的比为0.03g/ml～0.07g/ml。
上述方案中，所述模具的底部采用金属材质，其他部分采用塑料材质。
本发明中，聚乳酸具有良好的生物相容性和可降解吸收性，但由于其降解产物偏酸性，易引起非感染性炎症，且细胞亲和性差，缺乏细胞识别信号。RGD多肽是一个与整合素受体结合促进细胞黏附的最小细胞可识别的氨基酸序列。将RGD多肽接枝到聚乳酸分子链上，赋予材料生物活性，有效的促进细胞的黏附、增殖、分化和迁移。n-HAP具有较好的生物相容性、力学稳定性和亲水性，同时可以中和聚乳酸降解产生的酸性产物，由于n-HAP比较容易团聚，将PEG对n-HAP表面进行改性，促进聚乳酸与n-HAP的界面相容性。
本发明的有益效果如下：本发明将RGD接枝聚乳酸(PRGD)/聚乳酸/HAP-PEG进行复配，发挥各组分的协调作用，制备得到的定向大孔支架的孔径大、孔隙率高，而且具有良好的细胞粘附性、生物相容性和优异的力学性能。
附图说明
图1为本发明的实施例中的聚乳酸(PDLLA)、产物A(PDLLA+MA)、产物B(PDLLA+MA+HMDA)的红外图。
图2为本发明的实施例中的n-HAP、PEG和HAP-PEG的XRD图。
图3为本发明的实施例l的固化温度为-80℃时聚乳酸浓度为5％的定向大孔支架的横向(图3（a）)和纵向(图3（b）)扫描电镜图。
图4为本发明的实施例2的固化温度为0℃时，聚合物PRGD/聚乳酸的质量比为0.2:1，且其总质量与HAP-PEG的质量比为1:0.5，复合定向大孔支架的横向(图4（a）)和纵向(图4（b）)扫描电镜图。
图5为本发明的实施例3的固化温度为0℃时，聚合物PRGD/聚乳酸的质量比为1:1，且其总质量与HAP-PEG的质量比为1:0.1，复合定向大孔支架的横向(图5a)和纵向(图5b)扫描电镜图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，所述聚合物PRGD通过如下方法制备得到：
(1)取2g聚乳酸(PDLLA)、0.2g马来酸酐(MA)为原料和0.008g过氧化二苯甲酰(BPO)，溶于适量的二氯甲烷中，超声混合均匀，真空干燥至恒重，在氮气保护下升温至90℃高温熔融反应10个小时，THF-无水乙醇共沉淀法制得产物A，红外图见图1；
(2)将1g产物A和0.0128g己二胺分别溶解在适量的四氢呋喃(THF)中，搅拌条件下，将产物A溶液滴加到己二胺的四氢呋喃溶液中，低温下8～10℃反应10min，升温至28～30℃反应30min，将反应液滴入到过量蒸馏水总收集表面膜，真空干燥至恒重，得到产物B，红外图见图1；
(3)将1g产物B溶于适量四氢呋喃中，冰浴控制溶液的温度＜5℃，取0.15g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和0.15g1-羟基苯并三唑的混合液溶于N-N二甲基甲酰胺中，在搅拌状态下加入到产物B的四氢呋喃溶液中，活化反应30min后调节pH至7～8，随后加入溶于N-N二甲基甲酰胺的15mgRGD多肽溶液，反应5h，将反应液滴入到过量蒸馏水总收集表面膜，真空干燥至恒重，得到产物C，即为聚合物PRGD。
上述聚乳酸为左旋聚乳酸L-PLA、右旋聚乳酸D-PLA和外消旋聚乳酸DL-PLA中的一种或多种。
以下实施例中，所述HAP-PEG通过如下方法制备得到：采用冷冻凝胶法，n-HAP与PEG4000的质量比为1:0.4，将PEG-4000在蒸馏水中磁力搅拌30min后静置去除溶液中的气泡，将n-HAP在蒸馏水中超声分散30min，在搅拌下滴入PEG-4000溶液中，继续搅拌5h，放入-80℃冰箱中冷冻24h，然后冷冻干燥即得HAP-PEG，所述HAP的粒径为纳米级。
实施例1
一种聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架，通过如下方法制备得到：
(1)称取0.5g聚乳酸溶于10ml1,4-二氧六环中，在40℃下磁力搅拌2h得到澄清溶液，冷却至室温；
(2)将聚乳酸溶液倒入聚四氟乙烯模具中，加热到40℃，将模具底部之外的部分用保温隔热层泡沫充分包裹，然后迅速放入-80℃冰表面诱导固液相分离，保持模具底部的温度为-80℃，模具顶部的温度为25℃，保持温度3h；
(3)取出模具冷冻干燥3天，真空干燥2天至恒重，得到聚乳酸定向大孔支架，放入4℃冰箱保存。
本实施例制备得到的聚乳酸定向大孔支架的横向扫描电镜图见图3（a），纵向扫描电镜图见图3（b）。本实施例制备得到的聚乳酸定向大孔支架的孔隙率是65％，平均孔径为168μm。
实施例2
一种聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架，通过如下方法制备得到：
(1)将0.066g聚合物PRGD和0.264g聚乳酸溶于10ml 1，4-二氧六环中，在60℃下加热搅拌2h得到澄清溶液，加入0.15g HAP-PEG，充分搅拌均匀后超声分散30min，得到混合溶液；
(2)将混合溶液倒入聚四氟乙烯模具中，加热到60℃，将模具底部之外的部分用保温隔热层泡沫充分包裹，然后迅速放入0℃冰表面诱导固液相分离，保持模具底部的温度为0℃，模具顶部的温度为25℃，保持温度24h，随后放入-20℃冰箱，固化2h；
(3)取出模具冷冻干燥3天，真空干燥2天至恒重，得到定向多孔复合支架。
本实施例制备得到的聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架的横向扫描电镜图见图4（a），纵向扫描电镜图见图4（b）。本实施例制备得到的聚乳酸定向大孔支架的孔隙率是90％，平均孔径为319μm。
实施例3
一种聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架，通过如下方法制备得到：
(1)将0.25g聚合物PRGD和0.25g聚乳酸溶于10ml 1，4-二氧六环中，在40℃下加热搅拌2h得到澄清溶液，加入0.1g HAP-PEG，充分搅拌均匀后超声分散30min，得到混合溶液；
(2)将混合溶液倒入聚四氟乙烯模具中，加热到40℃，将模具底部之外的部分用保温隔热层泡沫充分包裹，然后迅速放入0℃冰表面诱导固液相分离，保持模具底部的温度为0℃，模具顶部的温度为25℃，保持温度20h，随后放入-20℃冰箱，固化2h；
(3)取出模具冷冻干燥3天，真空干燥2天至恒重，得到定向多孔复合支架。
本实施例制备得到的聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架的横向扫描电镜图见图5（a），纵向扫描电镜图见图5（b）。本实施例制备得到的聚乳酸定向大孔支架的孔隙率是89％，平均孔径为325μm。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将聚合物PRGD和聚乳酸溶于1，4-二氧六环中，在40℃~80℃下加热搅拌后得到澄清溶液，加入HAP-PEG，充分搅拌均匀后超声分散10min~30min，得到混合溶液；所述聚合物PRGD与聚乳酸的质量比＞0且≤1；所述HAP-PEG的加入量与聚合物PRGD和聚乳酸的总质量的质量比＞0且≤0.5；
（2）将混合溶液倒入模具中，加热到40℃~80℃，然后迅速放在过冷温度下诱导固液相分离，待固液相分离后，再将模具置于0℃以下进一步使溶剂固化；所述诱导固液相分离的操作步骤为：保持模具底部的温度为0℃至-100℃，模具顶部的温度为25℃~30℃，维持固液相分离的时间为3h~24h；
（3）取出模具冷冻干燥3~5天，真空干燥2~5天至恒重，得到定向多孔复合支架。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物PRGD和聚乳酸的总质量与1，4-二氧六环的体积的比为0.03g/ml~0.07 g/ml。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模具的底部采用金属材质，其他部分采用塑料材质。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物PRGD通过如下方法制备得到：
（1）以聚乳酸（PDLLA）、马来酸酐（MA）为原料，过氧化二苯甲酰（BPO）为引发剂，溶于适量的二氯甲烷中，超声混合均匀，真空干燥至恒重，在氮气保护下升温至90℃高温熔融反应10个小时，THF-无水乙醇共沉淀法制得产物A；
（2）将产物A和适量己二胺分别溶解在适量的四氢呋喃（THF）中，搅拌条件下，将产物A滴加到己二胺的四氢呋喃溶液中，低温下8~10℃反应10~30min，升温至28~30℃反应30~60min，将反应液滴入到过量蒸馏水总收集表面膜，真空干燥至恒重，得到产物B；
（3）将产物B溶于适量四氢呋喃中，冰浴控制溶液的温度＜5℃，将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐/1-羟基苯并三唑的混合液溶于N-N二甲基甲酰胺中，在搅拌状态下加入到产物B的四氢呋喃溶液中，活化反应30min后调节pH至7~8，随后加入溶于N-N二甲基甲酰胺的10~20mg RGD多肽溶液，反应5~10h，将反应液滴入到过量蒸馏水总收集表面膜，真空干燥至恒重，得到产物C，即为聚合物PRGD。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述聚乳酸、马来酸酐和过氧化二苯甲酰的质量比为1:0.1:0.004~0.005；步骤（3）所述产物B与RGD多肽的质量比为1g：10~20mg。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述HAP-PEG通过如下方法制备得到：采用冷冻凝胶法，n-HAP与PEG-4000的质量比为1:0.4，将PEG-4000在蒸馏水中磁力搅拌30min~60min后静置去除溶液中的气泡，将n-HAP在蒸馏水中超声分散30min~60min，在搅拌下滴入PEG-4000溶液中，继续搅拌5h~8h，放入-80℃冰箱中冷冻24h，然后冷冻干燥即得HAP-PEG。
7.根据权利要求6所述的聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架的制备方法，其特征在于，所述n-HAP的粒径为纳米级。
8.权利要求1~7任一所述制备方法制备所得聚合物PRGD/聚乳酸/HAP-PEG的复合定向大孔支架。
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