CN1176726C - 组织工程用聚乳酸多孔支架的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组织工程用高分子多孔支架材料的制备方法，该方法采用组织工程用聚乳酸为原料，将之溶解于二氧六环或二氧六环/水混合溶剂中，于自制模具中在一定温度下粗化后，低温冷冻，利用冷冻干燥去除溶剂，获得具有一定微结构的组织工程用三维多孔支架。本发明制备工艺简单可行，重复性好，所制备的支架可以广泛地应用于组织工程领域。
Description
技术领域
本发明涉及组织工程用聚乳酸多孔支架的制备方法，尤其涉及以改进热致相分离技术制备孔径在5～400微米的聚乳酸多孔支架。
背景技术
多孔聚合物组织工程材料由于可以很好地模拟细胞外基质(ECM)，而被广泛地应用于骨、软骨、皮肤、肝脏等组织工程当中。作为组织工程用的多孔支架需要有合适的机械性能以承载一定的负荷，有良好的生物相容性界面以帮助细胞顺利地粘附生长，有适当的孔径及孔隙率和高度的相互连通结构以便细胞进入支架和营养物质与细胞代谢产物输运。不同的组织细胞对孔径有不同的要求，如成纤维细胞需要20μm左右的孔径，皮肤组织重建需要支架的孔径在20μm和150μm之间，而骨和软骨组织工程则需要100-250μm的孔径。
热致相分离法是制备多孔聚合物材料的一种重要方法。该方法简单，无杂质残留，所得多孔材料孔隙率高且孔间高度连通，而被广泛应用于微孔材料的制备中。但是普通的热致相分离法很难制备孔径非常大的多孔材料，因而限制了热致相分离法在组织工程中的应用。
发明内容
本发明的目的是克服目前热致相分离方法制备聚合物多孔支架孔径偏小的缺点，提供一种孔径变化范围宽的组织工程用聚乳酸多孔支架的制备方法。
本发明方法包括以下步骤：
1)将聚乳酸在40℃～80℃温度下溶解于二氧六环或二氧六环/水的混合溶剂中，得聚乳酸溶液，聚乳酸溶液的重量体积浓度为1～10％，混合溶剂二氧六环与水的体积比为100/0～80/20；
2)将上述聚乳酸溶液注入模具中，粗化0～12小时，粗化温度为10℃～50℃，粗化后，在-10℃～-100℃下冷冻5分钟～5小时，再于冻干机中冻干，得本发明聚乳酸多孔支架。
本发明所说的粗化，是指在相分离温度以下，溶剂凝固温度以上的某个温度如10℃～50℃停留一段时间。或者也可不经过粗化直接冷冻，即粗化时间为0。粗化可以只进行一次，也可以连续进行数次。
本发明中的聚乳酸是指聚L乳酸(PLLA)、聚D乳酸(PDLA)或聚DL乳酸(PDLLA)。对聚乳酸的分子量没有特别的要求，但优选数均分子量为10,000～1,000,000。
发明中所用的模具的材质是不锈钢或玻璃或耐溶剂塑料。
本发明通过改变制备过程中的各种条件，如二氧六环和水的比例，聚乳酸溶液浓度，粗化温度，粗化时间，粗化次数，可以有效地控制所得的多孔支架的微观形态结构如孔径，孔形态和孔隙率。使孔径在5～400微米之间可控，突破了传统的热致相分离法制备材料孔径上限200微米，对于多孔组织工程材料的制备具有非常重要的意义。本发明制得的多孔材料同时具备热致相分离法原来具有的孔隙率高，工艺简便，无杂质残留等优点。通过本发明制备的多孔支架可以广泛地应用于皮肤、软骨、骨、血管、气管、食管、肌腱、心脏瓣膜等多种组织或器官的重建和再生。
附图说明
图1a聚乳酸溶液浓度为4％的多孔支架断面扫描电镜照片；
图1b聚乳酸溶液浓度为5％的多孔支架断面扫描电镜照片；
图1c聚乳酸溶液浓度为6％的多孔支架断面扫描电镜照片；
图2a未经粗化的多孔支架断面扫描电镜照片；
图2b粗化时间为1小时的多孔支架断面扫描电镜照片；
图2c粗化时间为6小时的多孔支架断面扫描电镜照片；
图2d粗化时间为8小时的多孔支架断面扫描电镜照片；
图3a粗化温度为25℃时的多孔支架断面扫描电镜照片；
图3b粗化温度为28℃时的多孔支架断面扫描电镜照片；
图3c粗化温度为31℃时的多孔支架断面扫描电镜照片；
图3d粗化温度为34℃时的多孔支架断面扫描电镜照片；
图4a二氧六环/水体积比为85/15的多孔支架断面扫描电镜照片；
图4b二氧六环/水体积比为86/14的多孔支架断面扫描电镜照片；
图4c二氧六环/水体积比为87/13的多孔支架断面扫描电镜照片；
图5a用不锈钢模具制得的多孔支架断面扫描电镜照片；
图5b用玻璃模具制得的多孔支架断面扫描电镜照片；
图6a 37℃下粗化6小时，15℃下粗化2小时多孔支架断面的扫描电镜照片；
图6b 28℃下粗化6小时，15℃下粗化2小时多孔支架断面的扫描电镜照片；
具体实施方式
实施例1：聚乳酸液浓度对多孔支架性能影响
将聚L乳酸在80℃下溶解于二氧六环/水(体积比87/13)的混合溶剂中，聚乳酸的重量体积浓度分别为4％、5％和6％(w/v)，浇注入直径1.2cm厚度8cm玻璃模具中，在25℃下，粗化5小时后，于-20℃下冷冻1小时，然后于冻干机中冻干24小时即可获得聚L乳酸三维多孔支架。支架利用液氮脆断后，断面的扫描电镜照片(SEM)见图1。图1中a聚乳酸溶液浓度为4％；b溶液浓度为5％；c溶液浓度为6％。聚乳酸液浓度对多孔支架孔径与孔隙率的影响见表1。
表1
| 聚乳酸浓度(w/v) | 4％ | 5％ | 6％ |
| 孔径(微米) | 212±22 | 96.6±14 | 94±18 |
| 孔隙率(％)* | 95.8 | 94.1 | 93.1 |
孔隙率利用密度-体积法进行测量，公式如下：
P＝(V-W/ρ)/V×100％
其中P为孔隙率，V为多孔材料体积(由于制备的多孔材料形状规则并可任意切割可直接测量)，W为多孔材料重量，ρ为聚乳酸密度(1.41g/cm3)。
实施例2：粗化时间对聚乳酸多孔材料性能的影响
将聚L乳酸在80℃下溶解于二氧六环/水(体积比87/13)的混合溶剂中，聚乳酸的重量体积浓度(w/v)为5％，浇注入直径5cm厚度4mm的不锈钢模具中，在25℃下，粗化0～8小时后，于-20℃下冷冻1小时，然后于冻干机中冻干24小时即可获得聚L乳酸三维多孔支架。支架利用液氮脆断后，断面的扫描电镜照片(SEM)见图2。图2中a未粗化；b粗化时间为1小时；c粗化时间为6小时；d粗化时间为8小时。得到的多孔支架孔径利用电镜照片进行测量，粗化时间对所得聚乳酸多孔支架孔径和孔隙率的影响，见表2。
表2
| 粗化时间(小时) | 0 | 0.5 | 1 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 |
| 孔径(微米) | 7.2±1 | 30.7±6 | 58.4±8 | 91.7±16 | 97.4±4 | 100±12 | 130±16 | 136.0±25 |
| 孔隙率(％) | 93.6 | 92.8 | 92.8 | 92.8 | 92.7 | 92.5 | 91.9 | 89.4 |
实施例3：粗化温度对聚乳酸多孔材料性能的影响
将聚L乳酸在80℃下溶解于二氧六环/水体积比(87/13)的混合溶剂中，聚乳酸的重量体积浓度为5％(w/v)，浇注入直径1.2cm厚度8cm玻璃模具中，分别在25℃、28℃、31℃、34℃、37℃下，粗化5小时后，于-20℃下冷冻1小时，然后于冻干机中冻干24小时即可获得聚L乳酸三维多孔支架。支架利用液氮脆断后，断面的扫描电镜照片(SEM)见图3。图3中a粗化温度为25℃，b粗化温度为28℃，c粗化温度为31℃，d粗化温度为34℃，e粗化温度为37℃。得到的多孔支架孔径利用电镜照片进行测量，粗化温度对所得聚乳酸多孔支架孔径和孔隙率的影响，见表3。
表3
| 粗化温度 | 25℃ | 28℃ | 31℃ | 34℃ | 37℃ |
| 孔径(微米) | 89.8±12 | 109.4±21 | 124±18 | 135.7±32 | 96.6±14 |
| 孔隙率(％) | 94.3 | 94.8 | 94.6 | 94.5 | 94.1 |
实施例4：二氧六环和水比例对多孔材料性能的影响
将聚L乳酸在80℃下溶解于二氧六环/水的混合溶剂中，聚乳酸的重量体积浓度为5％(w/v)。二氧六环与水体积比分别为87/13，86/14，85/15，浇注入直径1.2cm厚度8cm玻璃模具中，在37℃下，粗化5小时后，放置于-20℃下冷冻1小时，然后于冻干机中冻干24小时即可获得聚L乳酸三维多孔支架。支架利用液氮脆断后，断面的扫描电镜照片(SEM)见图4。图4中a二氧六环/水体积比为85/15，b二氧六环/水体积比为86/14，c二氧六环/水体积比为87/13。得到的多孔支架孔径利用电镜照片进行测量，二氧六环/水比例对所得聚乳酸多孔支架孔径和孔隙率的影响，见表4。
表4
| 二氧六环/水体积比 | 85/15 | 86/14 | 87/13 |
| 孔径(微米) | 158±18 | 132±17 | 96.6±14 |
| 孔隙率(％) | 94.5 | 94.3 | 94.1 |
实施例5：模具对聚乳酸多孔材料性能的影响
将聚L乳酸在80℃下溶解于二氧六环/水(体积比87/13)的混合溶剂中，聚乳酸液的重量体积浓度(w/v)为5％，分别浇注入直径5cm、厚度4mm的不锈钢模具和直径1.2cm、厚度8cm玻璃模具中，在37℃下，粗化8小时后，于-20℃下冷冻1小时后，于冻干机中冻干24小时即可获得聚L乳酸三维多孔支架。支架利用液氮脆断后，断面的扫描电镜照片(SEM)见图5。图5中a为使用不锈钢模具制得的多孔材料，孔径为178.3±20微米，孔隙率为90.0％；b为使用玻璃模具制得的多孔材料，孔径为145.9±18微米，孔隙率为94.5％。
实施例6：粗化方法对聚乳酸多孔材料性能的影响
将聚L乳酸在80℃下溶解于二氧六环/水(体积比87/13)的混合溶剂中，聚乳酸液的重量体积浓度(w/v)为5％，分别浇注入直径5cm厚度4mm的不锈钢模具中，在37℃下粗化6小时后，在15℃粗化2小时，支架利用液氮脆断后，断面的扫描电镜照片(SEM)见图6a，孔径为400微米，孔隙率为92.1％。
将聚L乳酸在80℃下溶解于二氧六环/水(体积比87/13)的混合溶剂中，聚乳酸液的重量体积浓度(w/v)为5％，分别浇注入直径1.2cm厚度8cm的不锈钢模具中，在28℃下粗化6小时后，在15℃粗化2小时，支架利用液氮脆断后，断面的扫描电镜照片(SEM)见图6b，孔径为200微米，孔隙率94.2％。
使用多步粗化方式有助于在短时间内提高支架孔径，并增强孔的连通性。
Claims (3)
1.组织工程用聚乳酸多孔支架的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将聚乳酸在40℃～80℃温度下溶解于二氧六环/水的混合溶剂中，得聚乳酸溶液，聚乳酸溶液的重量体积浓度为1～10％，混合溶剂二氧六环与水的体积比为100/0～80/20；
2)将上述聚乳酸溶液注入模具中，粗化0～12小时，粗化温度为10℃～50℃，粗化后，在-10℃～-100℃下冷冻5分钟～5小时，再于冻干机中冻干，得本发明聚乳酸多孔支架。
2.根据权利要求1所述的组织工程用聚乳酸多孔支架的制备方法，其特征在于所说的聚乳酸是指聚L乳酸、聚D乳酸或聚DL乳酸。
3.根据权利要求书1所述的组织工程用聚乳酸多孔支架的制备方法，其特征在于所说的模具的材质是不锈钢或玻璃或耐溶剂塑料。
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