CN1230208C - 水溶性球形致孔剂及其制法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水溶性球形致孔剂，所述的致孔剂的直径大小为100-1000微米，且由选自下组的组分构成：氯酸钠、丁二酰亚胺、尿素、硫氰酸钠、硫氰酸钾，或其混合物。用所述水溶性致孔剂可制备孔隙率高、孔隙为球形，且孔隙间相互连通，孔隙大小和连通通道尺寸可以人为控制的大体积三维生物可降解支架。

Description

水溶性球形致孔剂及其制法和用途

技术领域

本发明涉及材料领域，更具体地涉及可用于制备组织工程三维支架的水溶性致孔剂及其制法和用途。

背景技术

组织、器官的丧失或功能障碍是人类健康所面临的主要危害之一，也是人类疾病和死亡的最主要原因之一。我国因创伤和疾病造成的组织、器官丧失或功能障碍病例居世界各国之首，成为国家和患者一个沉重的负担。新兴的组织工程技术提供了一种崭新的修复和制造器官的手段，为器官的缺损、坏死患者带来了新的治疗途径。

组织工程涉及种子细胞、生物可降解材料和组织构建三方面的内容。其中，生物可降解材料是组织工程研究的重要领域之一[Grande D.A，evaluation ofmatrix scaffolds for tissue engineering of articular cartilage grafts，J Biomed MaterRes，1997，34：211]。作为种植细胞支架的生物可降解材料，是对于细胞外基质的仿生，是保证组织工程化组织形成的前提。组织工程支架除了必须具有生物可降解性和生物相容性外，支架的物理性质也非常重要，如支架必须具有足够大的表面积，以利于细胞的粘附、分化和增殖；具有足够大的孔隙，以利于细胞的迁移；具有良好的孔隙通透性，以利于营养物的进入和细胞分泌的废物扩散排出；而支架的物理性质与支架的制备方法有密切的关系。

常用的三维支架制备方法有：

1)纤维粘结法

这是最早使用的一种方法，利用热处理或溶液粘结无纺纤维网状物形成三维多孔支架[Mikos，A G.，Bao，Y.，Cima，L G.，Ingber D E，Vacati，J P，andLanger，R，Preparation of Poly(glycolic acid)bonded fiber structures for cellattachment and transplantation.J Biomed Mat Res，1993，27：183-189；Mooney D J，Mazzoni C L，Breuer C，McNamara，K，Hem D and Vacanti J P，Stablizedpolyglycolic acid fiber-based tubes for tissue engineering，Biomaterials，1996，17：115-124]，该支架的孔隙率高达81％，孔径达到500μm，孔隙间连通性良好，但是机械强度低、孔隙形态难控制而限制了其应用范围。

2)溶剂浇铸/颗粒沥取法

将聚合物溶液浇铸在盛有NaCl等水溶性颗粒的模具中，待有机溶剂挥发后，用水溶解出聚合物/颗粒复合物中的颗粒，即可获得多孔聚合物支架[MikosA G，Sarakinos G，Vacanti J P，Langer R S，Cima L G，US5514378；Levene H B，Lhommeau C M，Kohn J B，US6103255；Mikos，A G.，Thorsen，A J，Czerwonka，LA，Bao，Y.，Langer，R，Winslow，D N，and Vacati，J P，Preparation andcharacterization of poly(L-lactic acid)foams，Polymer，1994，35：1068-1077；]，颗粒沥取法的优点是可以根据所用盐粒的颗粒尺寸控制支架的孔隙大小，但是孔隙之间的连通性较差、盐会保留在支架中、孔隙的形态粗糙，不利于细胞的生长。

3)气体发泡技术

利用高压二氧化碳发泡技术[Mooney，D J，Baldwin，D F，Suh，N P，Vacanti，J P，and Langer，R，Noval approach to fabricate porous sponges of poly(D，L-lcatic-co-glycolic acid)without the use of organic solvents，Biomaterials，1996，17：1417-1422；]和气体致孔剂技术[Nam Y S，Yoon，J J and Park T G，A novel fabricationmethod of macroporous biodegradable polymer scaffolds using gas foaming salt asa porogen additive，J Biomed Mat Res(Applied Biomaterials)，2000，53：1-7]可以制备出大体积的多孔支架，孔隙率高达90％以上，高压二氧化碳发泡技术获得的孔径为100μm以下，但是大多数孔隙不连通；气体致孔剂技术获得的孔径为200-500μm，具有较高的孔隙间连通性，封闭孔隙中的致孔剂不能完全去除，不能控制孔隙间连通通道形态和尺寸。

4)液-液相分离技术

利用热动力学原理在聚合物溶液中形成聚合物富相和贫相，通过升华等方式去掉聚合物贫相后，即可获得多孔的聚合物支架Lo H，Ponticiello M S，andLeong K W，fabrication of controlled release biodegradable foams by phaseseparation，Tissue Engineering，1995，1：15-28；Schugens C，Maquet V，GrandfilsC，Jerome R and Teyssie P，Polylactide macroporous biodegradable implants forcell transplantation II Preparation of polylactide foams for liquid-liquid phaseseparation，J Biomed Mat Res 1996，30：449-461；Nam Y S and Park T G，Biodegradable polymeric microcellular foams by modified thermally induced phaseseparation method，Biomaterials，1999，20：1783-1790；Nam Y S and Park T G，Porous biodegradable polymeric scaffolds prepared by thermally induced phaseseparation，J Biomed Mat Res 1999，47：8-17]。获得的支架孔隙率高达90％，但是孔径在100μm以下，并且孔隙形态、孔径分布、连通性与聚合物浓度、冷却方法和时间、溶剂/非溶剂比例以及表面活性剂存在与否有关，孔隙间的连通性不够，孔隙形态和结构难以控制。

5)改进的颗粒沥取法

颗粒沥取法与相分离技术结合[昌塔尔·E·霍利，莫莉·S·绍伊切特，约翰·E·戴维斯，可生物降解的聚合物支架，CN1285757A]制备的方法，可以获得通透性良好的三维支架，但是，孔隙之间的通道很小，且不易控制，不利于细胞的迁移。盐溶方法[Murphy，W L，Dennis R G，Kileny J L，and Mooney D J，Salt Fusion：an approach to improve pore interconnectivity within tissueengineering scaffolds，Tissue Engineering，2002，8(1)：43-52]可以增进孔隙间的连通性，但是，孔隙连通的通道形态和大小不易控制，且孔隙呈立方体状；以热熔结方式将球形石蜡颗粒粘结后的颗粒沥取法[Ma P X，Choi J W，Biodegradable polymer scaffolds with well-defined interconnected spherical porenetwork，Tissue Engineering，2001，7(1)：23-33]，可以获得高孔隙率、孔隙间相互连通的球形孔隙三维支架，但是，石蜡颗粒为非水溶性致孔剂，限制了高聚物的溶剂选择范围，实验中采用了气味让人难以接受的吡啶作为高聚物的溶剂，另一方面，由于热熔粘结中存在温度梯度问题，导致该法不能制备大体积三维支架。

因此，本领域迫切需要开发新的水溶性的球形致孔剂，以便制备孔隙形态、大小可以人为控制的理想的组织工程用三维支架。

发明内容

本发明的目的就是提供一种水溶性的球形致孔剂以及用该致孔剂制备的高孔隙率、孔隙间相互连通的球形孔隙三维支架。

本发明的另一目的是提供所述球形致孔剂和三维支架的制备方法。

在本发明的第一方面，提供了一种水溶性球形致孔剂，所述的致孔剂的直径大小为100-1000微米，且由选自下组的组分构成：氯酸钠、丁二酰亚胺、尿素、硫氰酸钠、硫氰酸钾，或其混合物。

在一优选例中，所述的致孔剂的直径大小为100-600微米。

在另一优选例中，所述的致孔剂由氯酸钠构成。

在本发明的第二方面，提供了一种制备本发明球形致孔剂的方法，包括步骤：

(a)将致孔剂原料与分散剂混合，形成混合物，其中致孔剂原料选自下组：氯酸钠、丁二酰亚胺、尿素、硫氰酸钠、硫氰酸钾，或其混合物，所述致孔剂原料的熔点为T1；且分散剂是闪点T2高于300℃的有机溶剂；

(b)将步骤(a)的混合物搅拌加热至大于T1且小于T2的温度范围；

(c)以低于2℃/分钟的速度降温至T1温度之下，形成固态微球；

(d)分离出步骤(c)的固态微球，得到球形致孔剂；和筛分，得到直径为100-1000微米球形致孔剂。

在一优选例中，在步骤(d)中分离出步骤(c)的固态微球之后和进行筛分之前，还包括步骤：(e)洗涤和干燥球形致孔剂。

在另一优选例中，所述的分散剂选自下组：甲基硅油、硅油、硅酮。

在另一优选例中，所述的分散剂是甲基硅油，所述的致孔剂原料是氯酸钠，且步骤(b)中加热至260-270℃。

在本发明的第三方面，提供了本发明所述的水溶性球形致孔剂的用途，用于制备组织工程三维支架。

在本发明的第四方面，提供了一种制备组织工程三维支架的方法，包括步骤：

(a)将本发明所述的水溶性致孔剂置于模具中；

(b)在20±10℃，80±10％相对湿度下，粘结20-100小时，形成成型的致孔剂；

(c)将生物可降解材料的溶液滴加在成型的致孔剂；

(d)干燥步骤(c)中滴加了生物可降解材料的成型致孔剂，形成生物可降解材料-致孔剂的复合材料；

(e)将步骤(d)的复合材料置于水中，使致孔剂溶解，从而获得成型的、生物可降解材料的三维支架。

在一优选例中，所述的步骤(e)之后，还包括步骤：(f)洗涤和干燥成型的、生物可降解材料的三维支架。

附图说明

图1显示了不同直径的球形致孔剂的光学显微镜照片。图中标尺总长为1.0mm。

图2A-2D显示了不同处理过程对粘结效果的影响。其中，粘结条件为：25℃、80％相对湿度，总粘结时间为30小时。

图2A的粘结过程：粘结10h  离心→粘结12.5h  离心→粘结7.5h  离心→干燥→检测。

图2B的粘结过程：粘结10h  离心→粘结12.5h  离心→粘结7.5h  干燥→检测。

图2C的粘结过程：粘结4h  离心→粘结4h  离心→粘结2h粘结12.5h离心→粘结3.5h  离心→粘结4h  离心→干燥→检测。

图2D的粘结过程：粘结30h  干燥→检测。

图3A-3C显示了不同粘结时间对粘结效果的影响。其中粘结条件为：25.5℃、80％相对湿度，致孔剂直径为450-600微米。

图3A的粘结过程：粘结12h  离心→粘结11h  离心→干燥→检测。

图3B粘结过程：粘结12h  离心→粘结11h  离心→粘结12.5h  离心→干燥→检测。

图3C的粘结过程：粘结12h  离心→粘结11h  离心→粘结12.5h  离心→粘结11.5h  离心→干燥→检测。

图4显示了三维PDLA支架外观。

图5是三维支架显微图片(×40)。

图6A和6B是.三维支架扫描电镜图片。其中6A的粘结时间36小时；而6B的粘结时间48小时。

具体实施方式

本发明人进行深入而广泛的研究，开发出一类球形水溶性致孔剂，并用于制备组织工程用三维多孔支架。用该水溶性致孔剂可制备孔隙率高、孔隙为球形，且孔隙间相互连通，孔隙大小和连通通道尺寸可以人为控制的大体积三维生物可降解支架。

本发明提供了球形水溶性致孔剂制备方法，它包括步骤：

(a)将致孔剂原料与分散剂混合，形成混合物

可用于本发明的致孔剂原料的选择标准是：致孔剂原料具有结晶性质、良好的水溶性、适当的吸潮性、适当的熔点(最好低于260度)、无毒性或低毒性、来源广泛、成本低廉、不溶于有机溶剂、化学性质比较稳定。合适的致孔剂原料是选自下组的化合物：氯酸钠、丁二酰亚胺、尿素、硫氰酸钠、硫氰酸钾，或其混合物。致孔剂原料的熔点为T1。

可用于本发明的分散剂是闪点T2比致孔剂熔点T1高出50-100℃的有机溶剂，较佳地T2高于300℃的有机溶剂，代表性的例子包括(但并不限于)：甲基硅油、硅油、硅酮。(b)形成液态微球

通常，将步骤(a)的混合物加热至大于T1且小于T2的温度范围，并搅拌；例如，当分散剂为甲基硅油，致孔剂原料为氯酸钠时，加热至260-270℃，时间约30±10分钟；当分散剂为硅油，致孔剂原料为丁二酰亚胺时，加热至130-140℃，时间约15±5分钟；当分散剂为甲基硅油，致孔剂原料为丁二酰亚胺时，加热至130-140℃，时间约20±10分钟；当分散剂为甲基硅油，致孔剂原料为硫氰酸钾时，加热至180-190℃，时间约20±10分钟。

(c)形成固态微球

通常，缓慢地降温(如以低于2℃/分钟的速度降温)至T1温度之下，形成固态微球；

(d)分离获得球形致孔剂

用常规方法(如颗粒沥取法等)，分离出步骤(d)的固态微球，得到球形致孔剂。

(e)筛分不同大小的球形致孔剂

用不同大小的筛来筛分，即可获得不同大小的球形致孔剂。

本发明还提供了三维支架制备方法，它包括以下步骤：

●应用湿度粘结方法将球形致孔剂颗粒粘结在一起，形成成型的致孔剂；

●利用溶液浇铸技术，将生物可降解材料溶解于有机溶剂的溶液，浇铸到粘结好的致孔剂上，待有机溶剂挥发后，形成生物可降解材料-致孔剂的复合材料；

●将复合材料浸泡于水中，溶解去除致孔剂后；

●真空干燥，可获得结构可控的高孔隙率三维组织工程支架。

可用于制备组织工程三维支架的生物可降解材料材料没有特别限制。常用的生物可降解材料包括(但并不限于)：聚乳酸(PLLA，PDLLA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚(D，L-乳酸-共聚-乙醇酸)(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚羟基丁酸酯、聚二氧六环。

用于形成的生物可降解材料溶液的溶剂没有特别限制。代表性的例子包括(但并不限于)：二氯甲烷、氯仿、丙酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二氧六环、四氢呋喃、乙酸乙酯、甲乙酮。

结果表明，本发明方法利用调节球形致孔剂的直径和致孔剂颗粒间的粘结程度，可以实现三维组织工程支架孔隙形态、结构和连通性的控制，能制备出满足组织工程要求的细胞外支架，是一种比较理想的组织工程三维多孔支架制备方法。

本发明的主要优点在于：

(1)可形成结构可控的三维多孔组织工程支架。

(2)通过球形致孔剂颗粒直径控制球形孔隙大小，通过颗粒之间的粘结程度控制孔隙间通道尺寸，可控制三维支架孔隙的结构；

(3)高聚物的溶剂选择不受致孔剂的限制，

(4)能制备出大体积的、高孔隙率、高压模量的三维组织工程支架。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

设备：

1.DW-2型多功能电动搅拌器，河南省巩义市英峪豫华仪器厂

2.真空干燥箱：DZF-6000型，上海一恒科技有限公司

3.显微镜：Nikon ECLIPSE E600W，JAPAN

4.分样筛：浙江上虞市华美仪器纱筛厂

5.培养箱：C02 water jacketed incubator series II，model 3111，formascientific，Inc.USA

6.电子天平：PB303-S型，METTLER TOLDO，Switzerland7.离心机：ALC，PK110，ALC international srl，made in EC

12.电镜：scanning electron microscope，hitachi s-520，Japan

14.纯水装置：Millipore，milli-Q型，France

实施例1

球形致孔剂的制备(致孔剂原料为氯酸钠)

1.在500ml的烧杯中，加入400ml H-201甲基硅油(闪点大于300℃、比重0.96-0.975/25℃，粘度500cp/25℃。购自杭州师范学院附属厂)和10-20g氯酸钠，将烧杯置于控温加热装置上，安装机械搅拌装置。调节搅拌速度为200转/min，在搅拌状态下，慢慢加热甲基硅油至260-270℃[不能高于280℃]，使氯酸钠呈液态微球；然后，维持搅拌速度不变，以2℃/分钟的速率慢慢降温至246℃，此时液态的氯酸钠微球转化为固态微球，停止搅拌，卸下搅拌装置，静置数分钟，使球形致孔剂(即固态的氯酸钠)沉积，倾去上层的甲基硅油，经布式漏斗抽滤，即可获得球形致孔剂。

将球形致孔剂转移到广口瓶中，用三氯甲烷洗涤致孔剂8-10次，经布式漏斗抽滤后，再用乙醚漂洗2-3次，抽滤后，在真空干燥器中干燥。

干燥后的球形致孔剂，分别用孔径为600μm，450μm，355μm，220μm和100μm的分样筛筛分样品，得到直径为＜100μm，100-220μm，220-355μm，355-450μm，450-600μm，＞600μm的球形致孔剂，置于干燥器中密封、保存。

称量即可计算各种直径的球形致孔剂的产率；利用光学显微系统对不同直径的致孔剂进行观察和摄影。

结果如图1所示，获得了直径100-600微米的球形致孔剂，其产率分别为2.6％(＜100μm)，11.6％(100-220μm)，19.3％(220-355μm)，15.0％(355-450μm)，19.3％(450-600μm)，32.2％(＞600μm)。

实施例2

球形致孔剂的制备(致孔剂原料为丁二酰亚胺)

重复实施例1的步骤，不同点在于用10-20克丁二酰亚胺替换氯酸钠，加热温度为130-140℃。

干燥后的球形致孔剂，分别用孔径为600μm，450μm，355μm，220μm和100μm的分样筛筛分样品，得到直径为＜100μm，100-220μm，220-355μm，355-450μm，450-600μm，＞600μm的球形致孔剂，置于干燥器中密封、保存。

结果同样获得了直径100-600微米的球形致孔剂。

实施例3

不同条件下致孔剂的粘结情况

将1g实施例1制备的球形致孔剂置于一模具(顶部开口、底部有微孔的圆柱状容器)，然后将模具置于培养箱内，在一定的条件下(温度、相对湿度、时间)粘结后，于1000转/min条件下离心5min，再次粘结、离心；反复多次至设定条件，置于真空干燥箱内充分干燥，用手术刀片从中部横切成对等的两段，然后，在显微镜下观察上、中、下三个面的粘结效果。

结果

1.粘结过程对粘结效果的影响

粘结条件为：25℃、80％相对湿度，致孔剂直径为450-600微米，总粘结时间为30小时。结果如图2A-2D所示。

图2A的粘结过程：粘结10h  离心→粘结12.5h  离心→粘结7.5h  离心→干燥→检测。

图2B的粘结过程：粘结10h  离心→粘结12.5h  离心→粘结7.5h  干燥→检测。

图2C的粘结过程：粘结4h  离心→粘结4h  离心→粘结2h粘结12.5h离心→粘结3.5h  离心→粘结4h  离心→干燥→检测。

图2D的粘结过程：粘结30h  干燥→检测。

由图2A-2D可见，致孔剂粘结的处理过程不同，导致致孔剂颗粒间的粘结程度不同、粘结的均匀性也不同；粘结和离心交替进行，可以提高粘结的均匀性。

2.粘结时间对粘结效果的影响

粘结条件为：25.5℃、80％相对湿度，致孔剂直径为450-600微米，。结果如图3A-3C所示。

图3A的粘结过程：粘结12h  离心→粘结11h  离心→干燥→检测。

图3B粘结过程：粘结12h  离心→粘结11h  离心→粘结12.5h  离心→干燥→检测。

图3C的粘结过程：粘结12h  离心→粘结11h  离心→粘结12.5h  离心→粘结11.5h  离心→干燥→检测。

由图3A-3C可见，随着粘结时间的延长，致孔剂颗粒间的粘结程度提高，但是粘结的均匀性有所降低；在给定的粘结条件下，通过36小时左右的粘结，可以获得比较良好的粘结效果。

实施例4

结构可控的三维组织工程支架制备

(a)生物可降解材料溶液的配制

配制12.5％PDLA的三氯甲烷溶液：取2.50g PDLA(poly(DL-lactide)，购自Sigma公司，分子量90,000～120,000)置于磨口三角瓶内，用移液管加入20ml三氯甲烷，盖好磨口玻璃塞，室稳下静置溶解即可。

(b)支架制备

将0.4g实施例1的球形致孔剂置于模具中，小心振荡平整后置于培养箱内，在25℃、80％的相对湿度下粘结36小时，每粘结12小时，离心一次，离心条件为1000转/min离心5min，粘结完成后，置于干燥器中干燥24小时，真空干燥箱内充分干燥后，置于干燥器中待用。

用滴管吸取PDLA的三氯甲烷溶液，逐滴滴加到粘结成型的致孔剂上，至溶液刚好超过致孔剂表面，在室温下放置干燥12小时后，再次滴加PDLA的三氯甲烷溶液，共滴加三次。

待三氯甲烷挥发完全后，置于真空干燥箱内充分干燥；从模具中取出浇铸了PDLA的致孔剂，用手术刀片修切上、下表面，获得高度为4.3mm，直径为8.3mm的柱状样品。

柱状样品放置于蒸馏水中，搅拌下溶解致孔剂，并用蒸馏水漂洗3次，获得三维PDLA支架，真空干燥箱内充分干燥后，进行性能表征。

(c)三维支架的性能表征

1.宏观和微观结构观测

三维支架的外观如图4所示。

干燥后的三维PDLA支架，真空条件下喷金后，用扫描电子显微镜和光学显微镜观察三维支架的表面结构。支架的光学显微照片如图5所示。扫描电镜如图6所示：

由图5和图6可见，制备出的三维支架具有大的球形孔隙，并且球形孔隙之间相互连通，连通通道大小随粘结时间延长而增大，即本文提出的三维支架构筑技术，能够制备出内部孔隙形态和结构可以人为控制的多孔三维支架。

2.孔隙率的测定

利用称重的方法计算三维支架的孔隙率，计算公式如下：

孔隙率＝[1-w/(ρν)]×100％

式中：w为支架的重量(g)

      v为支架的体积(cm3)

      ρ为PDLA的密度，非结晶区的PDLA密度为1.25；因此，计算中均采用1.25

表1到表4列出了不同实验条件下构筑的三维支架的孔隙率。表1结果表明：致孔剂的直径对三维支架的孔隙率没有显著影响；浇铸次数、溶液浓度和粘结时间均对三维支架的孔隙率有显著影响，浇铸次数增加孔隙率降低，溶液浓度增大孔隙率降低，粘结时间延长孔隙率增大。利用本发明的三维支架构筑技术可以制备出高孔隙率的三维支架，完全可以满足组织工程的需要。

                 表1.致孔剂的直径对孔隙率的影响

致孔剂直径(μm)	100-220	220-355	355-450	450-600
					支架孔隙率(％)	88.76±0.94	88.88±0.49	88.84±0.20	88.62±0.73

                 表2.浇铸次数对孔隙率的影响(220-355μm用12.5％PDLA浇铸)

浇铸次数	1	2	3	4	5
						支架孔隙率(％)	94.68	91.93	88.88	87.47	85.41

                表3.溶液浓度对孔隙率的影响(220-355μm用PDLA浇铸3次)

PDLA浓度(％)	5.0	7.5	10.0	12.5	15.0	17.5	20.0
								支架孔隙率(％)	93.3	91.42	90.56	88.88	86.95	85.75	83.86

                表4.粘结时间对孔隙率的影响

粘结时间(h)	24	36	48
				D＝220-355μm孔隙率(％)	88.33	88.88	89.57
D＝450-600μm孔隙率(％)	88.33	88.62	89.36

3.吸水率的测定

将三维支架置于蒸馏水中，在磁力搅拌器搅拌下，让水充分进入支架的内部孔隙；用滤纸吸去支架的表面附着水，称量后计算吸水率。

计算公式如下：

吸水率＝[(W₁-W₀)/W₀]*100％

式中：W₁为支架吸水后的重量(g)

      W₀为支架的干重量(g)

表5.列出了致孔剂直径与三维支架的吸水率的关系。结果表明：致孔剂的直径对支架的吸水率有显著的影响。

                 表5.致孔剂直径与三维支架的吸水率的关系

致孔剂直径(μm)	100-220	220-355	355-450	450-600
					支架吸水率(％)	54.4±4.06	125.0±11.3	208.2±20.3	200.9±22.0

4.压模量的测定

干燥后的三维PDLA支架，置于instron 5542力学测定仪上，横杆移动速为0.50mm/min的条件下测定压应力，取应变为2％～10％的范围计算三维支架的压模量。

表6到表9列出了不同实验条件下构筑的三维支架的抗压能力。结果表明：致孔剂的直径、浇铸次数和溶液浓度都显著影响三维支架的压模量，致孔剂直径为100-220μm时压模量最大，直径在220-600μm范围内，随直径增大压模量增大；随浇铸次数增加压模量显著增大；用浓度为12.5％的溶液浇铸，可以获得最大的压模量。

                 表6.致孔剂的直径对压模量的影响(12.5％PDLA浇铸3次)

致孔剂的直径(μm)	100-220	220-355	355-450	450-600
					压模量(kPa)	807±12	394±4	476.5±16.5	509±0

                 表7.浇铸次数对压模量的影响(d＝0.22-0.355，12.5％PDLA浇铸)

浇铸次数	1	2	3	4	5
						压模量(kPa)	98.8±8.2	158±1	394±4	468.5±12.5	501±16

                 表8.溶液浓度对压模量的影响(d＝220-355μm，浇铸3次)

浇铸液浓度	5.0％	7.5％	10.0％	12.5％	15.0％	17.5％
							压模量(kPa)	101.1±4.9	177.5±4.5	379.5±8.5	394.4±4	327±1	330±12

表9.粘结时间对压模量的影响(d＝220-355μm，浇铸3次)

粘结时间(h)	24	36	45
				压模量(kPa)	420±14	394±4	374±4

讨论

三维支架的性能检测结果表明，致孔剂颗粒的粘结时间越长或粘结过程中环境湿度越高，孔隙之间的连通通道尺寸越大；致孔剂颗粒直径(100-220μm，220-355μm，355-450μm，450-600μm)对支架孔隙率没有显著影响，而浇铸次数和溶液浓度显著影响孔隙率，浇铸越多或溶液浓度越大支架孔隙率越小；颗粒直径为220-355μm时，用12.5％PDLA溶液浇铸一次和3次的孔隙率分别为94.7％和88.9％；5.0％和20.0％PDLA溶液浇铸3次的孔隙率分别为93.3％和85.4％；三维支架的压模量随支架的孔隙率升高而降低，压模量随颗粒直径(220-355μm，355-450μm，450-600μm)增大而升高；浇铸溶液浓度和浇铸次数对压模量也有显著影响；12.5％PDLA溶液浇铸粒径为220-355μm的致孔剂获得的支架，其压模量高达517kPa，浓度12.5％的溶液浇铸出的支架模量最大。三维支架的初始吸水率随孔径(100-220μm，220-355μm，355-450μm)增加而增大，孔径为355-450μm的支架的初始吸水率为208％，在蒸馏水中浸泡一周后，吸水率增大为429％。

由上述实施例可以发现，应用本方法构筑的三维组织工程支架具有如下一些优点：可以通过球形致孔剂颗粒直径控制球形孔隙大小，通过颗粒之间的粘结程度控制孔隙间通道尺寸，即可以控制三维支架孔隙的结构；同时，高聚物的溶剂选择不受致孔剂的限制，并能制备出较大体积的、孔隙率高达94.7％的、高压模量的三维组织工程支架。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种水溶性球形致孔剂，其特征在于，所述的致孔剂的直径大小为100-1000微米，且由选自下组的组分构成：氯酸钠、丁二酰亚胺、尿素、硫氰酸钠、硫氰酸钾，或其混合物。

2.如权利要求1所述的球形致孔剂，其特征在于，所述的致孔剂的直径大小为100-600微米。

3.如权利要求1所述的球形致孔剂，其特征在于，所述的致孔剂由氯酸钠构成。

4.一种制备权利要求1所述的球形致孔剂的方法，其特征在于，包括步骤：

(a)将致孔剂原料与分散剂混合，形成混合物，其中致孔剂原料选自下组：氯酸钠、丁二酰亚胺、尿素、硫氰酸钠、硫氰酸钾，或其混合物，所述致孔剂原料的熔点为T1；且分散剂是闪点T2高于300℃的有机溶剂；

(b)将步骤(a)的混合物搅拌加热至大于T1且小于T2的温度范围；

(c)以低于2℃/分钟的速度降温至T1温度之下，形成固态微球；

(d)分离出步骤(c)的固态微球，得到球形致孔剂；和筛分，得到直径为100-1000微米球形致孔剂。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(d)中分离出步骤(c)的固态微球之后和进行筛分之前，还包括步骤：

(e)洗涤和干燥球形致孔剂。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的分散剂选自下组：甲基硅油、硅油、硅酮。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的分散剂是甲基硅油，所述的致孔剂原料是氯酸钠，且步骤(b)中加热至260-270℃。

8.权利要求1所述的水溶性球形致孔剂的用途，其特征在于，用于制备组织工程三维支架。

9.一种制备组织工程三维支架的方法，其特征在于，包括步骤：

(a)将权利要求1所述的水溶性球形致孔剂置于模具中；

(b)在20±10℃，80±10％相对湿度下，粘结20-100小时，形成成型的致孔剂；

(c)将生物可降解材料的溶液滴加在成型的致孔剂；

(d)干燥步骤(c)中滴加了生物可降解材料的成型致孔剂，形成生物可降解材料一致孔剂的复合材料；

(e)将步骤(d)的复合材料置于水中，使致孔剂溶解，从而获得成型的、生物可降解材料的三维支架。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的步骤(e)之后，还包括步骤：(f)洗涤和干燥成型的、生物可降解材料的三维支架。

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