CN1269247A - 一种组织和器官修复用多孔支架的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组织和器官修复用多孔支架的制备方法,首先选取成孔剂,将可降解聚合物溶于溶剂中,然后将成孔剂加入到溶液中,把混合物加入到模具中,合模,干燥,待制品干燥后,脱模,再放入真空干燥箱中干燥,把干燥过的制品浸入去离子水或酸性水溶液中浸泡,最后再次对制品进行真空干燥,即得到本发明的多孔支架。本发明通过调整成孔剂的粒径和溶液的浓度,得到孔与孔之间相互连通、孔隙率要求不同的支架。

Description

一种组织和器官修复用多孔支架的制备方法
本发明属生物医学工程领域。具体涉及一种器官和组织修复用多孔支架的制备方法。
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。据美国的一份资料显示，每年有数以百万计的美国人患有各种组织、器官的丧失和功能障碍。每年需要进行800万次手术进行修复，年住院日在4000-9000万之间，年耗资超过4000亿美元。我国是一个人口大国，因创伤和疾病造成的组织、器官丧失或功能障碍病例据世界各国之首，每年仅因烧伤需要进行皮肤移植的患者就达百万之多。
随着生命科学、材料科学以及相关物理、化学学科的发展，人们提出了一个新的概念一组织工程。它是应用细胞生物学和工程学的原理，研究开发修复、改善损伤组织结构和功能的生物替代物的一门科学。其基本原理和方法是将体外培养扩增的正常组织细胞吸附于一种生物相容性良好并被机体吸收的多孔生物材料上形成复合物，将细胞—生物材料复合物植入机体组织、器官病损部位，细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的具有形态和功能的相应组织、器官，达到修复创伤和重建功能的目的。
支架材料在组织工程研究中起着非常重要的作用，它是组织工程实现产业化的关键。而支架材料的加工方法在其中又占有极其重要的地位。组织工程用支架需要较高的孔隙率并且孔与孔之间相互连通，因为只有这样细胞植入后才能进入支架的内部，将来形成的组织才能均匀。高的孔隙率使得细胞生长所需的水份、无机盐以及其它营养物质容易渗透到材料内部，这样内部的细胞才能很好的生长、繁殖、形成的组织质量和性能才好。一般认为组织工程用支架的孔隙率应高于90％。
国外已对组织工程所用支架的制备方法已有广泛的研究。到目前为止，可基本把制备方法分为1、非编织的纤维法，该法的优点是孔隙率较高，但植入体内后，难以保持预定的形状。2、溶液浇铸，成孔剂滤出法。该法所用的成孔剂含量低，由于采用溶液浇铸于器皿中，从而导致成孔剂下沉，孔隙分布不均匀以及上下表面形态出现差异。3、三维层化法。通过制备多孔膜，然后再通过溶剂把各层粘接起来，从而形成三维的支架。该法工艺复杂，而且在粘接过程中，粘接部分孔被封闭，从而形成界面，使材料内部形态不均匀。4、熔融加工法。该法在聚合物的熔点以上，把成孔剂与聚合物共混挤入模具。冷却得到预定形状的多孔支架。该法的缺点是在挤出机里，由于熔体与成孔剂的密度相差较大，因而混合难以均匀。而且部分聚合物，尤其是生物可降解的聚合物在熔融加工时，容易热降解。5、相分离法。该法采用溶液混合物冷却到溶剂的熔点以下，从而产生相分离。再通过真空干燥，从而得到多孔支架。该法的缺点是所得的孔径一般在100微米以下，而且控制较为困难。6、高压二氧化碳法。该法采用把已成型的聚合物暴露于高压二氧化碳。再通过减压把溶于聚合物中的二氧化碳释放出来，从而形成多孔支架。该法的缺点是所形成的孔是封闭的。
国内尚未见有组织工程用多孔支架制备新方法的报道。已有的方法也为直接从国外照搬过来。
本发明的目的在于提供一种操作性好、有效的制备组织及器官修复用多孔支架的方法。该法的可控性好，能满足各种组织工程的不同需要。本法的基本原理是通过在支架的成型过程中，加入成孔剂。制品成型后，把成孔剂萃取出来，则原来成孔剂的占位空间就形成了将来支架的孔隙。
本发明提出的组织和器官修复用多孔支架的制备方法，包括如下各步骤：
1、通过标准筛筛得粒径在50微米～500微米范围内的成孔剂，该成孔剂为氯化钠、氯化钾、醋酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、柠檬酸，柠檬酸钾等。
2、将聚3-羟基丁酸酯、3-羟基丁酸和3-羟基己酸的共聚物、聚乳酸、乳酸和羟基乙酸的共聚物、3-羟基丁酸和3-羟基戊酸的共聚物、聚羟基乙酸等其它生物可降解聚合物中的一种或几种溶于氯仿、1，4-二氧环六烷、1，2-二氯乙烷、吡啶等溶剂中的一种中，浓度在5％～30％(聚合物质量与溶剂体积之比)之间。
3、按1∶10～1∶40的比例(聚合物与成孔剂的质量比)(具体数与溶液浓度项匹配)把步骤1中的成孔剂加入到步骤2所述的溶液中，搅拌均匀。该比例成孔剂的含量使得所得到的均匀混合物中的成孔剂不发生沉淀和常规流动。
4、把该混合物加入到模具中，在0～5MPa的压力下合模。空气中自然干燥，温度为常温。
5、待制品干燥后，脱模。再放入真空干燥箱中干燥，温度为常温，压力为0.005MPa～0MPa。时间在24～48小时之间，使全部溶剂挥发干净。
6、把干燥过的制品浸入去离子水或酸性水溶液中(H+浓度在2M～10-4M之间)(制品与去离子水或酸性水溶液的体积比在1∶50～1∶200之间)，每8小时更换一次去离子水或酸性水溶液。总浸泡时间在72～80小时之间。
7、再次对制品进行真空干燥，温度为常温，压力为0.01～0MPa。时间在24～48小时之间。若在上述步骤6中选用了酸性水溶液，则需再在去离子水浸泡72～80小时之间，每8小时更换一次水。然后再行使本步骤，则得到本发明的孔与孔之间相互连通的多孔支架。
本发明的优点在于通过调整成孔剂的粒径，可得到预期的孔径。通过调整溶液的浓度，从而改变满足成孔剂不会沉淀这一条件所需的成孔剂含量，从而得到孔与孔之间相互连通、孔隙率要求不同的的支架。
附图说明：
图1采用本发明的方法得到的聚3-羟基丁酸酯多孔支架表面的扫描电镜图
图2采用本发明的方法得到的聚3-羟基丁酸酯多孔支架材料截面的扫描电镜图
图3采用本发明的方法得到的3-羟基丁酸与3-羟基己酸共聚物的多孔支架截面的扫描电镜图
图4采用本发明的方法得到的不同孔隙率得聚3-羟基丁酸酯多孔支架外观
下面介绍本发明的实施例。
实施例一：
1、通过标准筛筛得粒径在200～400微米范围内的氯化钠粒子。
2、称取2.0克的聚3-羟基丁酸酯(PHB)，倒入20ml氯仿。在65℃下水浴加热30分钟。聚合物完全溶解。
3、加入60克孔径范围在200微米∽400微米的氯化钠成孔剂于上述溶液，充分搅拌，使其混合均匀。
4、把上述均匀混合物倒入模具中，0.2MPa压力下合模。在室温中，干燥48小时。
5、脱模，把已成型的制品放入真空烘箱中干燥，压力为0.01MPa，时间为48小时。
6、把制品浸泡入200ml去离子水中。每8小时更换去离子水。72小时后取出制品。
7、再次把制品放入真空烘箱中干燥，真空烘箱内的压力为0.01MPa，时间为48小时。取出制品，如此则多孔支架已制成。经测定孔隙率为92％，孔形态如附图一，图二。
实施例二：
1、通过标准筛筛得粒径在50～200微米范围内的醋酸钾粒子。
2、称取2.0克的3-羟基丁酸与3-羟基己酸的共聚物(PHB-HH)，倒入20ml的氯仿，在65℃下水浴加热30分钟。聚合物完全溶解。
3、加入60克孔径范围在50∽200微米的醋酸钾成孔剂于上述溶液。充分搅拌，使其混合均匀。
其余的步骤与实施例一的对应步骤相同。
取出制品，如此则多孔支架已制成。经测定孔隙率为93％，制品外观如图3。
实施例三：
1、通过标准筛筛得粒径在300～500微米范围内的碳酸氢钠粒子。
2、称取2.0克的聚乳酸，倒入40ml氯仿。在65℃下水浴加热30分钟，聚合物完全溶解。
3、加入80克孔径范围在300微米∽500微米的碳酸氢钠成孔剂于上述溶液。充分搅拌，使其混合均匀。
4、把上述均匀混合物倒入模具中，0.1MPa压力下合模。在室温中，保压干燥48小时。
5、脱模，把已成型的制品放入真空烘箱中干燥，压力为0.01MPa，时间为48小时。
6、把制品浸泡入200ml浓度为0.5M的盐酸中，每8小时更换0.5M的盐酸。72小时后取出制品。
7、把制品浸泡入200ml去离子水中。每8小时更换去离子水，72小时后取出制品。
8、把制品放入真空烘箱中干燥，温度为常温，真空烘箱内的压力为0.01MPa，时间为48小时。
取出制品，如此则多孔支架已制成。
实施例四：
1、通过标准筛筛得粒径在50～200微米范围内的柠檬酸钾粒子。
2、称取2.0克的乳酸与羟基乙酸的共聚物，倒入10ml氯仿。在65℃下水浴加热30分钟。聚合物完全溶解。
3、加入40克孔径范围在50∽200微米的柠檬酸成孔剂于上述溶液。充分搅拌，使其混合均匀。
其余的步骤与实施例一的对应步骤相同。
如此则多孔材料已制成。
实施例五：
1、通过标准筛筛得粒径在200～400微米范围内的碳酸钠粒子。
2、称取2.0克的3-羟基丁酸和3-羟基戊酸的共聚物，倒入6.7ml氯仿。在65℃下水浴加热30分钟。聚合物完全溶解。
3、加入20克孔径范围在200∽400微米的碳酸钠成孔剂于上述溶液。充分搅拌，使其混合均匀。
其余的步骤与实施例一的对应步骤相同。
取出制品，如此则多孔支架已制成。
实施例六：
1、通过标准筛筛得粒径在50～500微米范围内的氯化钠粒子。
2、称取2.0克的3-羟基丁酸和3-羟基己酸的共聚物，倒入25ml的1，4-二氧环六烷。在65℃下水浴加热30分钟。聚合物完全溶解。
3、加入70克孔径范围在200∽500微米的氯化钠成孔剂于上述溶液。充分搅拌，使其混合均匀。
其余的步骤与实施例一的对应步骤相同。
取出制品，如此则多孔支架已制成。

Claims (1)

1、一种组织和器官修复用多孔支架的制备方法，其特征在于，该方法包括如下各步骤：
(1)通过标准筛筛得粒径在50微米～500微米范围内的成孔剂，该成孔剂为氯化钠、醋酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、柠檬酸中的任何一种等；
(2)将生物可降解聚合物溶于溶剂中，使溶液的浓度为5％～30％，其中聚合物为聚3-羟基丁酸酯、3-羟基丁酸和3-羟基己酸的共聚物、聚乳酸、乳酸和羟基乙酸的共聚物、3-羟基丁酸和3-羟基戊酸的共聚物中的任何一种或两种以上，溶剂为氯仿或1，4-二氧环六烷；
(3)按聚合物与成孔剂的质量比1∶10～40的比例，把步骤1中的成孔剂加入到步骤2所述的溶液中，搅拌均匀；
(4)把该混合物加入到模具中，在0～5MPa的压力下合模，空气中自然干燥，温度为常温；
(5)待制品干燥后，脱模，再放入真空干燥箱中干燥，温度为常温，压力为0.005MPa～0Mpa，时间在24～48小时之间，使全部溶剂挥发干净；
(6)把干燥过的制品浸入去离子水或酸性水溶液中，酸性水溶液中的H+浓度在2M～10-4M之间，制品与去离子水或酸性水溶液的体积比在1∶50～1∶200之间，每8小时更换一次去离子水或酸性水溶液，总浸泡时间在72～80小时之间；
(7)再次对制品进行真空干燥，温度为常温，压力为0.01～0Mpa，时间在24～48小时之间，若在上述步骤6中选用了酸性水溶液，则需再在去离子水浸泡72～80小时之间，每8小时更换一次水，然后再行使本步骤，则得到本发明的多孔支架。
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Granted publication date: 20030813