CN111821510B - 一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料及其制备方法，其特征在于，含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料内部具有纳米丝和微米级泡孔结构，纳米丝呈网状分布在微米级泡孔中，形成了一种含纳米丝的微孔结构；其制备方法为：先采用静电纺丝技术制备多个静电纺丝纳米丝薄膜，采用熔融热压技术制备多个聚合物基体薄膜，根据需要，将一定数目的静电纺丝纳米丝薄膜和聚合物基体薄膜相间叠放、熔融热压，使聚合物基体薄膜熔融后均匀渗进静电纺丝纳米丝薄膜内部，制备成预制样，然后利用超临界流体间歇微发泡技术对预制样进行微发泡，聚合物基体薄膜材料内部形成微米级泡孔，纳米丝呈网状分布在泡孔中，从而制备出一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料。

Description

一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料及其制备方法，特别涉及组织工程支架的制备，属医用生物材料制备技术领域。
背景技术
组织工程是快速发展的科学研究领域，组织工程支架移植技术正逐步适用于各种组织疾病的治疗，由于组织工程支架需要植入人体，使得对组织工程支架提出了极高的要求，组织工程支架在形态结构方面需要满足高泡孔密度、小泡孔尺寸、高泡孔连通性等性质，而且组织工程支架材料应具有生物相容性和生物可降解性，保证组织工程支架的成功移植。本发明所制备的组织工程支架微孔材料的内部结构中，纳米丝成网状分布在微米级泡孔中，使组织工程支架微孔材料方便细胞的黏附、生长、繁殖与分化，保证组织工程支架的成功移植。本发明所述实例选用聚乳酸（PLA）和聚己内酯（PCL）两种材料仅用于解释说明本发明，但并不用于限定本发明所选材料的范围。聚乳酸（PLA）和聚己内酯（PCL）是经美国食品药品监督管理局（FDA）批准的人体植入性生物材料，具有可再生的植物来源、生物降解性和生物相容性，在组织工程领域得到了广泛的应用。超临界流体微发泡技术无有害溶剂加入，对环境友好。超临界流体微发泡可制备聚合物材料的微孔结构，在组织工程支架微孔材料制备领域得到了广泛的认可。在组织工程支架移植的临床实验中，组织工程支架材料必须具有理想的内部形貌和结构，才能保证在新的组织再生过程中维持正常的生长。因此，本发明建立一种新型结构的组织工程支架材料的制备方法，并发明了一种新型的含纳米丝的组织工程支架微孔材料，该新型结构的微孔材料有利于细胞的黏附、生长、繁殖与分化。
发明内容
本发明公开一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料及其制备方法。
本发明是按照下述方式实现的：一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料，所述的含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料内部具有纳米丝和微米级泡孔结构,纳米丝呈网状分布在微米级泡孔中，形成了一种含纳米丝的微孔结构,微孔结构中网状分布的纳米丝使得细胞能够在微孔结构内附着和生长；
所述含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料制备方法为:
先采用静电纺丝技术制备多个静电纺丝纳米丝薄膜，
采用熔融热压技术制备多个聚合物基体薄膜，所述的静电纺丝纳米丝薄膜材料的玻璃化转变温度高于所述的聚合物基体薄膜材料的熔融温度，
根据需要，将一定数目的静电纺丝纳米丝薄膜和聚合物基体薄膜相间叠放、熔融热压，热压温度高于聚合物基体材料的熔融温度,低于静电纺丝纳米丝薄膜材料的玻璃化转变温度，热压过程中静电纺丝纳米丝薄膜中的纳米丝形貌不发生改变，使聚合物基体薄膜熔融后均匀渗进静电纺丝纳米丝薄膜内部，制备成预制样，然后利用超临界流体间歇微发泡技术对所述的预制样进行微发泡，保压温度介于聚合物基体薄膜材料的玻璃化转变温度和熔融温度之间，低于静电纺丝纳米丝材料的玻璃化转变温度，发泡过程中纳米丝形貌不发生改变，聚合物基体薄膜材料内部形成微米级泡孔结构，微发泡过程中随着泡孔的长大，纳米丝在基体材料中重新分布，呈双状分布在泡孔中，从而制备出一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料。
优选的，所述的静电纺丝纳米丝薄膜材料和聚合物基体薄膜材料均为生物可降解聚合物材料，以满足组织工程支架要求:静电纺丝纳米丝薄膜材料必须为可静电纺丝的生物可降解聚合物材料。
优选的，聚合物基体薄膜材料取单一材料，或者是两种以上材料的共混。
本发明的技术方案为：
a. 采用熔融热压技术制备多个聚合物基体薄膜；
b. 采用静电纺丝技术，制备多个静电纺丝纳米丝薄膜（如图2所示）；
c. 将聚合物基体薄膜和静电纺丝纳米丝薄膜进行恒温干燥；
d. 将聚合物基体薄膜和静电纺丝纳米丝薄膜相间放置（如图6所示），并进行熔融热压，使得聚合物基体薄膜材料能熔融渗进静电纺丝纳米丝薄膜中；
e. 采用超临界流体微发泡技术对热压的预制样进行超临界流体微发泡，即可制备出一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料。
附图说明
下面利用附图来对本发明进行进一步的说明：
图1为含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料的结构示意图，1为静电纺丝纳米丝，2为微发泡泡孔结构；
图2为静电纺丝随机分布纳米丝薄膜示意图；
图3为静电纺丝单方向取向纳米丝薄膜示意图；
图4为静电纺丝垂直取向的纳米丝薄膜示意图；
图5为静电纺丝乱随机短纳米丝薄膜示意图；
图6为静电纺丝纳米丝薄膜和聚合物基体薄膜相间热压示意图，3为聚合物基体薄膜，4为静电纺丝纳米丝薄膜。
具体实施方式
下面通过实例，并结合附图对本发明进一步阐述，以静电纺丝PLA纳米丝薄膜、PCL基体薄膜为例，所选实例的两种材料仅用于解释说明本发明，但并不用于限定本发明所选材料的范围。
本发明选用的聚乳酸（PLA4032D），由美国Nature Works 公司生产，重均分子量Mw为2.1×105g/mol，熔融指数为：2.57g/10min（210℃，2.16kg），密度为1.251g/cm3，熔融温度167℃，玻璃化转变温度65℃；本发明选用的聚己内酯（PCL），由比利时Solvay公司生产，重均分子量Mw为3.13×105g/mol，熔融指数为：28g/10min（190℃，2.16kg），密度为1.15g/cm3，熔融温度55℃，玻璃化转变温度-60℃。
a.采用平板热压机（DZP，东莞市正科印画机械设备有限公司）熔融热压技术，熔融热压温度范围为80℃~100℃，制备多个PCL基体薄膜。
b.将二氯甲烷和二甲基甲酞胺按照体积比7：3的比例混合配成混合溶剂，将聚乳酸溶于混合溶剂中，使得聚乳酸在混合溶剂中的质量百分比浓度为12%，采用静电纺丝技术，电压20kV，针孔直径12mm，接收板接地，针孔与接收板之间的距离为20cm，制备多个PLA静电纺丝随机分布的纳米丝薄膜（如图2所示）；如果将接收板换成滚轴，在一定转速下，可以获得单方向取向的PLA静电纺丝纳米丝薄膜（如图3所示）；如果将两个单方向取向的PLA静电纺丝纳米丝薄膜垂直叠放，即可获得静电纺丝垂直取向的纳米丝薄膜（如图4所示）；如果将取向的PLA静电纺丝纳米丝薄膜剪成一定长度的纳米丝，即可获得静电纺丝乱序短纳米丝薄膜（如图5所示）。
c.将PCL基体薄膜和静电纺丝PLA纳米丝薄膜进行恒温干燥。
d.将所制备的PCL基体薄膜和静电纺丝PLA纳米丝薄膜相间叠放，然后进行熔融热压，使聚合物基体薄膜熔融后均匀渗进静电纺丝纳米丝薄膜内部，制备出成预制样。
e.采用由反应釜、高压柱塞泵、加热装置（水浴锅）构成的超临界流体微发泡系统，对预制样进行超临界流体微发泡，微发泡保压温度范围为40℃~45℃，保压压力范围为10Mpa~12Mpa，保压时间范围为1h~2h，即可制备出含PLA纳米丝的PCL组织工程支架微孔材料。

Claims (3)

1.一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料,其特征在于,所述的含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料内部具有纳米丝和微米级泡孔结构,纳米丝呈网状分布在微米级泡孔中,形成了一种含纳米丝的微孔结构,微孔结构中网状分布的纳米丝使得细胞能够在微孔结构内附着和生长；
所述含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料制备方法为:
先采用静电纺丝技术制备多个静电纺丝纳米丝薄膜,
采用熔融热压技术制备多个聚合物基体薄膜,所述的静电纺丝纳米丝薄膜材料的玻璃化转变温度高于所述的聚合物基体薄膜材料的熔融温度,
根据需要,将一定数目的静电纺丝纳米丝薄膜和聚合物基体薄膜相间叠放、熔融热压,热压温度高于聚合物基体材料的熔融温度,低于静电纺丝纳米丝薄膜材料的玻璃化转变温度,热压过程中静电纺丝纳米丝薄膜中的纳米丝形貌不发生改变,使聚合物基体薄膜熔融后均匀渗进静电纺丝纳米丝薄膜内部,制备成预制样,
然后利用超临界流体间歇微发泡技术对所述的预制样进行微发泡，保压温度介于聚合物基体薄膜材料的玻璃化转变温度和熔融温度之间,低于静电纺丝纳米丝材料的玻璃化转变温度,发泡过程中纳米丝形貌不发生改变,聚合物基体薄膜材料内部形成微米级泡孔结构,微发泡过程中随着泡孔的长大,纳米丝在基体材料中重新分布,呈双状分布在泡孔中,从而制备出一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料。
2.根据权利要求1所述的一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料,其特征在于,所述的静电纺丝纳米丝薄膜材料和聚合物基体薄膜材料均为生物可降解聚合物材料,以满足组织工程支架要求:静电纺丝纳米丝薄膜材料必须为可静电纺丝的生物可降解聚合物材料。
3.根据权利要求1所述的一种含纳米丝的聚合物组织工程支架微孔材料,其特征在于,聚合物基体薄膜材料取单一材料，或者是两种以上材料的共混。
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