組織工程支架用多孔狀材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種組織工程支架用多孔狀材料，它是由聚己內(nèi)酯25~40%、聚氧化乙烯30~45%以及碳酸氫鈉25~40%按照下述方法制備而成：將上述原料混合均勻后入雙螺桿擠出機擠出造粒，然后利用傳統(tǒng)的微孔發(fā)泡注塑技術(shù)進行發(fā)泡成型，制得中間產(chǎn)品；將所得到的中間產(chǎn)品在循環(huán)水浴中瀝濾后真空烘干，即可得到孔隙率達68~74.0%、泡孔尺寸為20~200微米、內(nèi)部相互連通通道尺寸約為20~200微米的多孔狀材料。本發(fā)明的優(yōu)點在于發(fā)泡過程中不但有微孔發(fā)泡成型的超臨界二氧化碳產(chǎn)生發(fā)泡作用，還同時有碳酸氫鈉分解所得氣體的發(fā)泡作用，這種物理化學聯(lián)合發(fā)泡方法使得最終得到的多孔狀材料滿足了生物細胞生長的要求。
【專利說明】組織工程支架用多孔狀材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種內(nèi)部相互連通的組織工程支架用多孔狀材料。
【背景技術(shù)】
[0002]組織工程支架材料是能與組織活體細胞結(jié)合并能植入生物體內(nèi)的材料，它可為細胞提供獲取營養(yǎng)、氣體交換、排泄廢物和生長發(fā)育的場所，也是形成新的具有形態(tài)和功能的組織、器官的物質(zhì)基礎(chǔ)。
[0003]內(nèi)部相互連通的多孔狀結(jié)構(gòu)是組織工程支架的結(jié)構(gòu)特點之一。多孔結(jié)構(gòu)有利于細胞在支架上附著生長，而內(nèi)部相互連通則為細胞所需要的養(yǎng)分以及廢物代謝提供通道，同時也可以保證細胞遷移進入支架材料內(nèi)部。目前，生產(chǎn)多孔狀材料的方法已有多種，如熱致相分離、冷凍干燥、3D打印、靜電紡絲、致孔劑浙濾及微孔發(fā)泡成型等。
[0004]微孔發(fā)泡注塑成型法是一種利用二氧化碳或氮氣等超臨界流體進行發(fā)泡的成型技術(shù)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于高聚物加工領(lǐng)域。微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)的主要工藝原理是:首先將保持在高壓狀態(tài)的超臨界流體(CO2或N2)溶解到熔融的高聚物中，形成飽和的單相高聚物-超臨界流體的混合熔體。然后，通過注塑機螺桿將混合熔體注入溫度較低的模具型腔。在此過程中，混合熔體的溫度和壓力迅速降低，使得熔體內(nèi)氣體飽和度下降，從而引發(fā)氣體分子的不穩(wěn)定性，在制品內(nèi)形成大量的氣泡核，隨著氣泡核的逐步生長，最終形成微小的孔洞，最終在模具內(nèi)形成特定形狀的發(fā)泡制品。微孔發(fā)泡注塑成型作為注塑成型技術(shù)的革新技術(shù)，除了具有傳統(tǒng)注塑成型技術(shù)的優(yōu)點之外，還具有節(jié)省原材料，減輕產(chǎn)品重量等優(yōu)點。
[0005]微孔發(fā)泡注塑成型技術(shù)屬于物理發(fā)泡技術(shù)。在物理發(fā)泡過程中，氣體需要克服一定自由能壁壘才能成核。因此在實際生產(chǎn)中，往往需要在基體中加入其他填料作為異相成核劑以改善發(fā)泡質(zhì)量，如滑石粉、納米蒙脫土等。另外，由于模具型腔的限制以及該成型方法的工藝特點，氣泡在生長過程中受到限制，所得產(chǎn)品基本為閉孔結(jié)構(gòu)，即泡孔與泡孔之間相互隔絕并不連通。因此，微發(fā)泡注射成型技術(shù)難以用于生產(chǎn)開孔性的多孔狀產(chǎn)品。有研究人員將微孔發(fā)泡注塑成型與致孔劑浙濾技術(shù)聯(lián)合起來生產(chǎn)多孔狀的組織工程支架材料，避免了其他多孔材料制備過程中有機溶劑的引入、生產(chǎn)效率低等缺點，因此該技術(shù)將會在組織工程支架生產(chǎn)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。它是將生物高分子、水溶性高分子與致孔劑按照一定比例共混造粒，然后進行微孔發(fā)泡注塑成型，然后將所得產(chǎn)品進行浙濾去除基體內(nèi)部水溶性高分子和致孔劑，最后得到內(nèi)部相互連通的多孔狀材料。由于泡孔之間的內(nèi)部相互連通通道主要是通過生物高分子與水溶性高分子形成的共連續(xù)相被浙濾掉而形成的，而水溶性高分子共連續(xù)相的尺寸較小，通常為幾微米，因此，所得產(chǎn)品雖泡孔相互連通，但連通通道尺寸較小，僅處于微米尺度，所得支架材料不利于細胞向材料內(nèi)部遷移生長，見圖1。因此，該工藝仍需進一步改進。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種滿足細胞生長要求的組織工程支架用多孔狀材料。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案:
本發(fā)明所述的組織工程支架用多孔狀材料，它是由生物高分子原料聚己內(nèi)酯或聚乳酸、水溶性高分子原料聚氧化乙烯或聚乙烯醇以及致孔劑碳酸氫鈉按照下述體積百分比配制后制備而成:
配比:聚己內(nèi)酯(顆粒狀)25~40%，
聚氧化乙烯(粉末狀) 30~45%，
碳酸氫鈉(粉末狀)25~40%，
其中聚己內(nèi)酯與碳酸氫鈉的體積百分比要保證1:1;
制備方法:
將上述原料混合均勻后入雙螺桿擠出機擠出造粒，然后利用傳統(tǒng)的微孔發(fā)泡注塑技術(shù)進行發(fā)泡成型，制得中間產(chǎn)品； 將所得到的中間產(chǎn)品在循環(huán)水浴中浙濾后真空烘干，即可得到孔隙率達68~74.0%、泡孔尺寸為2(T200微米、內(nèi)部相互連通通道尺寸約為2(T200微米的多孔狀材料。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點在于發(fā)泡過程中不但有微孔發(fā)泡成型的物理發(fā)泡劑(超臨界二氧化碳)產(chǎn)生發(fā)泡作用，還同時有化學發(fā)泡劑碳酸氫鈉分解所得氣體的發(fā)泡作用，這種物理化學聯(lián)合發(fā)泡方法使得最終得到的多孔狀材料滿足了生物細胞生長的要求。其優(yōu)點具體體現(xiàn)在:
由于碳酸氫鈉的引入，使泡孔間內(nèi)部相互連通通道的生成機理發(fā)生了變化，即可以在基體內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)生的泡孔間壁面繼續(xù)產(chǎn)生新的氣泡，后產(chǎn)生的泡孔逐漸長大與相鄰泡孔合并形成內(nèi)部相互連通的泡孔，使得內(nèi)部相互連通通道尺寸與泡孔尺寸相當，大大超過了使用現(xiàn)有制備方法得到的多孔狀材料的內(nèi)部相互連通通道尺寸；同時由于引入的碳酸氫鈉又是化學發(fā)泡劑，在熱分解發(fā)泡過程中能夠彌補物理發(fā)泡的不足，增加體系內(nèi)二氧化碳的含量，又改善了發(fā)泡質(zhì)量；而且碳酸氫鈉及其熱分解產(chǎn)物還能夠作為氣泡的異相成核劑，降低了氣泡成核自由能壁壘，改善了整體發(fā)泡質(zhì)量；制備過程中，水溶性高分子聚氧化乙烯能夠與生物高分子聚己內(nèi)酯按一定比例形成共連續(xù)相，浙濾去除體系內(nèi)水溶性高分子及致孔劑碳酸氫鈉時，生物高分子形成的多孔狀結(jié)構(gòu)還不易發(fā)生坍塌。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是采用現(xiàn)有方法制得的聚己內(nèi)酯多孔狀材料。
[0010]圖2是實施例1制得的聚己內(nèi)酯多孔狀材料。
【具體實施方式】
[0011]實施例1:
將聚己內(nèi)酯(顆粒狀)、聚氧化乙烯(粉末狀)、碳酸氫鈉(粉末狀)按照體積比1:1:1配制，在(BMP，US)雙螺桿擠出機上進行共混并造粒，共混溫度設(shè)為100°C，以防止碳酸氫鈉提前分解。然后在(Arburg Allrounder 320S搭載Drexel Mucell供氣系統(tǒng))微發(fā)泡注塑成型機上進行注塑發(fā)泡成型，成型溫度設(shè)為155°C (在此溫度下，碳酸氫鈉熱分解速率達到最大)，得到微孔發(fā)泡注塑成型產(chǎn)品。然后將注塑成型產(chǎn)品置于循環(huán)水浴中浙濾72小時，浙濾掉聚氧化乙烯和碳酸氫鈉的分解產(chǎn)物碳酸鈉，最后再入真空烘箱內(nèi)烘干48小時，得到內(nèi)部相互連通的多孔狀材料。所得多孔材料的孔隙率為68.2 %，泡孔尺寸20微米-300微米，內(nèi)部相互連通通道尺寸20微米-200微米，見圖2，即泡孔間連通通道與泡孔尺寸相當，利于細胞在支架上附著生長，同時也可以保證細胞遷移進入支架材料內(nèi)部。
[0012]實施例2:
將聚己內(nèi)酯(顆粒狀)、聚氧化乙烯(粉末狀)、碳酸氫鈉(粉末狀)按照體積比3:2:3配制，在與實施例1相同的步驟和條件下，制得內(nèi)部相互連通的多孔狀材料，所得多孔狀材料的孔隙率為73.8%，泡孔尺寸為20微米-250微米，內(nèi)部相互連通通道尺寸為20微米-200微米。
[0013]實施例3:
將聚己內(nèi)酯(顆粒狀)、聚氧化乙烯(粉末狀)、碳酸氫鈉(粉末狀)按照體積比為2:3:2配制，在與實施例1相同的步驟和條件下，制得內(nèi)部相互連通的多孔狀材料，所得多孔材料的孔隙率為70.9%，泡孔尺寸為20微米-250微米，內(nèi)部相互連通通道尺寸為20微米-200微米。`
【權(quán)利要求】
1.一種組織工程支架用多孔狀材料，其特征在于:它是由生物高分子原料聚己內(nèi)酯、水溶性高分子原料聚氧化乙烯以及致孔劑碳酸氫鈉按照下述體積百分比配制后制備而成: 配比:聚己內(nèi)酯25~40%，
聚氧化乙烯 30~45%，
碳酸氫鈉25~40%， 其中聚己內(nèi)酯與碳酸氫鈉的體積百分比要保證1:1 ; 制備方法: 將上述原料混合均勻后入雙螺桿擠出機擠出造粒，然后利用傳統(tǒng)的微孔發(fā)泡注塑技術(shù)進行發(fā)泡成型，制得中 間產(chǎn)品；將所得到的中間產(chǎn)品在循環(huán)水浴中浙濾后真空烘干，即可得到孔隙率達68~74.0%、泡孔尺寸為2(T200微米、內(nèi)部相互連通通道尺寸約為20~200微米的多孔狀材料。
【文檔編號】A61L27/26GK103520770SQ201310446219
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】李倩, 王小峰, 劉斐斐, 趙娜, 蔣晶, 侯建華, 徐軼洋 申請人:鄭州大學