專利名稱：組織工程多孔支架制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高分子材料和生物醫(yī)學領域，具體涉及一種組織工程用三維支架材料的制備方法。
背景技術：
組織工程支架是指能與組織活體細胞結合并能植入生物體內的材料，它是組織工程化組織的最基本構架。聚羥基乙酸(PGA)和聚乳酸(PLA)等聚乳酸類材料是典型的合成可降解聚合物。它的結構通式為[-OCH(R)CO-]，式中的R為H時是聚經羥乙酸，R為CH3時是聚乳酸，由于乳酸和羥基乙酸都是三羧酸循環(huán)中間代謝物，且吸收和代謝機理明確并具有可靠的生物安全性，因而聚乳酸和聚羥基乙酸作為第一批可降解吸收材料被美國FDA批準用于臨床，是迄今研究最廣泛、應用最多的可降解生物材料。作為組織工程支架材料，PLA、PGA及其共聚物生物材料不僅具有良好的生物相容性、生物可降解性和降解可調性，而且可以誘導某些基因的上調轉錄。目前，聚乳酸類支架材料已被廣泛的用于骨、軟骨、血管、神經、皮膚等組織的支架材料，并顯示其良好的應用前景。
作為組織工程用三維支架材料應具有大的表面積和高孔隙率，以便于細胞的粘附和營養(yǎng)物質的傳送及代謝產物的交換；并且，孔尺寸應足夠大以便于細胞的充分滲透。上述因素往往取決于支架制備方法。目前國外已有人對組織工程用多孔支架的制備進行了廣泛的研究，具體有以下幾種1、纖維編織法(Mikos A G，sarakinos G，Lyman M D，et al.Preparation ofpoly(glycolic acid)boned fiber structures for cell attachment and transplantation[J].J Biomed Mater Res，1993，27183~189)纖維編織法是指將直徑為10-16um的PLLA或PGA纖維編織成三維連通的纖維網(wǎng)。用這種方法制備的生物材料具有較高的孔隙率(70-80％)和大的面積/體積比，能為細胞粘附和繁殖提供必要的空間。但是強度、剛度較低。易導致種植細胞損傷。
2、溶媒澆鑄/粒子濾取法(Mikos A G，，Thorsen A J，Czerwonka L A，et al.Preparationand characterization of poly(L-lactide acid)foams[J].Polymer，1994，35(5)1068~1077)溶媒澆鑄/粒子濾取法的優(yōu)點是能制備出孔徑及孔隙率按照預先設計的三維連通微孔支架。其支架材料的孔隙率由致孔劑的體積分數(shù)控制，孔徑大小由致孔劑顆粒尺寸確定。當致孔劑的體積分數(shù)百分比達到或超過70％時，微孔之間相互連通。(任杰，吳志剛.聚乳酸-聚醚嵌段共聚物三維多孔支架材料及其制備方法[P].中國，專利號CN 14446841A，2003.10.8。)3、氣體發(fā)泡(Harris L D，Kim B S，Mooney D J.Open pore biodegrabable matrices formedwith gas foaming[J].J Biomed Mater Res，1998，42396~402)氣體發(fā)泡技術采用氣體作為致孔劑，在制孔過程中不使用有機溶劑。MMney采用高壓氣體發(fā)泡技術，形成多孔泡沫結構，孔徑約100um，孔隙率達93％。利用這種方法制備三維支架材料避免了有機溶劑的使用和高溫處理的影響，有利于負載生長因子作用于種植細胞。但該方法對設備要求高，微孔結構不易控制且常形成封閉氣孔。Nam報道了采用一種氣體發(fā)泡和粒子濾取相結合的方法(Nam Y，Yoon J，Park T.A novel fabrication method of macroporous biodegradable polymerscaffolds using gas foaming salt as a porogen additive[J].J Biomed Mater Res(ApplBiomat)，2000，(53)1-7)。即將碳酸氫銨加入到PLLA或PLCA溶液中，澆鑄成型，待溶劑揮發(fā)后脫模，并放入熱水中，氣體揮發(fā)和粒子濾取同時進行。該方法不但保持了粒子濾取法的優(yōu)點，而且解決了致密表面層，微孔連通性和殘留鹽分的問題，但殘留碳酸氫氨對細胞的長期影響的問題有待解決。
4、相分離/乳化(Lo H，Ponticiello M S，Leong K W.Fabrication of controlled releasebiodegradable foams by phase separation[J].Tissue Engineering，1995，115-28)相分離/乳化包括乳化/冷凍干燥和液-液相分離兩種方法。第一種方法是將聚合物溶于二氯甲烷后，加入蒸餾水形成乳狀液，將其澆注到模具中，置于液氮中劇冷。然后將支架于-55℃下冷凍干燥，真空蒸發(fā)掉分散的水分和聚合物溶劑。采用該技術可以制得孔隙率高達95％的支架，但形成的孔的直徑較小，不利于細胞的教附和增殖。
國外報道的利用超臨界CO2裝置制備組織工程多孔支架時，采用直接加壓放氣的方法，不引入有機溶劑，得到的支架孔隙率不能得到較好的控制，且孔與孔之間連通性不好，如圖1和圖2所示，不能很好的滿足細胞培養(yǎng)的要求。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種組織工程多孔支架制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種組織工程多孔支架制備方法，步驟如下將聚乳酸共聚物顆粒放在模具中熱壓成型；然后在室溫下將成型的聚乳酸共聚物放在高壓CO2氣體中機械飽和，所述高壓CO2氣體的壓力為3.0-30.0Mpa，同時從膨脹室上端的液體溶液進口噴入極性溶劑；在足夠的機械飽和時間之后，于1～100秒之內將氣壓迅速降低到大氣壓水平，所述聚乳酸共聚物中的CO2氣體的溶解度迅速下降，產生大量的CO2氣腔，就形成了多孔泡沫結構，所述機械飽和時間為1～120小時。
較佳的，所述聚乳酸共聚物為PLA-PEG、PLA-PEO、PLA-聚四氫呋喃或PLGA。
較佳的，所述極性溶劑為氯仿、二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、四氫呋喃。
較佳的，所述高壓CO2氣體的壓力為5～15MPa。
較佳的，所述機械飽和的時間為24～72小時。
較佳的，在10～50秒內將氣壓迅速降低到大氣壓水平。
本發(fā)明的有益效果是采用本方法制備三維支架材料工藝流程相對簡單，樣品取出后經過簡單的處理即可使用，利用本發(fā)明提供的方法制備三維支架材料時得到的孔是相互連通的，且所形成的孔絕大部分符合細胞培養(yǎng)的要求。
圖1是未通入微量有機溶劑制備得到的多孔支架表面的掃描電鏡圖(放大倍數(shù)為100倍)。
圖2是未通入微量有機溶劑制備得到的多孔支架截面的掃描電鏡圖(放大倍數(shù)為100倍)。
圖3是通入微量有機溶劑制備得到的多孔支架表面的掃描電鏡圖(放大倍數(shù)為300倍)。
圖4是通入微量有機溶劑制備得到的多孔支架截面的掃描電鏡圖(放大倍數(shù)為100倍)。
圖5是通入微量有機溶劑制備得到的多孔支架表面的掃描電鏡圖(放大倍數(shù)為1500倍)。
具體實施例方式
下面通過結合實施例進一步說明本發(fā)明。
實施例1稱取0.8g的聚乳酸材料，粉碎成顆粒狀，然后放入聚四氟乙烯模具中加熱加壓成型圓片狀。將上述聚合物放入超臨界CO2裝置中，室溫下加壓到5.5Mpa，同時通入0.2ml/s的丙酮，機械飽和72小時，然后在15秒內迅速降壓到大氣壓。取出試樣進行掃描電鏡測試以及孔隙率測定，如圖3所示，掃描電鏡觀察到多孔支架的孔是開放的，孔與孔之間相互連通，孔隙率為89.2％。
實施例2稱取0.8g的PLA-PEG共聚物材料，粉碎成顆粒狀，然后放入聚四氟乙烯模具中加熱加壓成型圓片狀。將上述聚合物放入超臨界CO2裝置中，室溫下加壓到9.0Mpa，同時通入0.2ml/s的乙酸乙酯，機械飽和72小時，然后在10秒內迅速降壓到大氣壓。取出試樣進行掃描電鏡測試以及孔隙率測定，如圖4和圖5所示，掃描電鏡觀察到多孔支架的孔是開放的，孔與孔之間相互連通，孔隙率為91.7％。
實施例3稱取0.8g的PLA-PEO共聚物材料，粉碎成顆粒狀，然后放入聚四氟乙烯模具中加熱加壓成型圓片狀。將上述聚合物放入超臨界CO2裝置中，室溫下加壓到9.0Mpa，同時通入0.2ml/s的四氫呋喃，機械飽和60小時，然后在10秒內迅速降壓到大氣壓。取出試樣進行掃描電鏡測試以及孔隙率測定，掃描電鏡觀察到多孔支架的孔是開放的，孔與孔之間相互連通，孔隙率為86.2％。
實施例4稱取0.8g的PLGA材料，粉碎成顆粒狀，然后放入聚四氟乙烯模具中加熱加壓成型圓片狀。將上述聚合物放入超臨界CO2裝置中，室溫下加壓到15Mpa，同時通入0.2ml/s的二氯甲烷，機械飽和72小時，然后在10秒內迅速降壓到大氣壓。取出試樣進行掃描電鏡測試以及孔隙率測定，掃描電鏡觀察到多孔支架的孔是開放的，孔與孔之間相互連通，孔隙率為83.9％。
權利要求
1.一種組織工程多孔支架制備方法，其特征在于包括以下步驟將聚乳酸共聚物顆粒放在模具中熱壓成型；然后在室溫下將成型的聚乳酸共聚物放在高壓CO2氣體中機械飽和，所述高壓CO2氣體的壓力為3.0-30.0Mpa，同時從膨脹室上端的液體溶液進口噴入極性溶劑；在足夠的機械飽和時間之后，于1～100秒之內將氣壓迅速降低到大氣壓水平，所述聚乳酸共聚物中的CO2氣體的溶解度迅速下降，產生大量的CO2氣腔，就形成了多孔泡沫結構，所述機械飽和時間為1～120小時。
2.根據(jù)權利要求1中所述組織工程多孔支架制備方法，其特征在于所述聚乳酸共聚物為PLA-PEG、PLA-PEO、PLA-聚四氫呋喃或PLGA。
3.根據(jù)權利要求1中所述組織工程多孔支架制備方法，其特征在于所述極性溶劑為氯仿、二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、四氫呋喃。
4.根據(jù)權利要求1中所述組織工程多孔支架制備方法，其特征在于所述高壓CO2氣體的壓力為5～15MPa。
5.根據(jù)權利要求1中所述組織工程多孔支架制備方法，其特征在于所述機械飽和的時間為24～72小時。
6.根據(jù)權利要求1中所述組織工程多孔支架制備方法，其特征在于在10～50秒內將氣壓迅速降低到大氣壓水平。
全文摘要
一種組織工程多孔支架制備方法，包括以下步驟將聚乳酸共聚物顆粒放在模具中熱壓成型；然后在室溫下將成型的聚乳酸共聚物放在高壓CO
文檔編號A61F2/00GK1711977SQ20041002545
公開日2005年12月28日 申請日期2004年6月24日 優(yōu)先權日2004年6月24日
發(fā)明者任杰, 田征宇, 吳志剛 申請人:同濟大學