一種海藻酸鈣纖維增強(qiáng)的組織工程復(fù)合支架制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海藻酸鈣纖維增強(qiáng)的組織工程復(fù)合支架制備方法，屬于生物醫(yī)用材料【技術(shù)領(lǐng)域】。它利用相分離技術(shù)制備聚酯與海藻酸鈣纖維復(fù)合支架，以聚乳酸、聚乳酸/乙醇酸共聚物或聚己內(nèi)酯為基體，以直徑約20μm，長度1－4mm的海藻酸鈣短纖維為增強(qiáng)體。制得的三維復(fù)合支架孔隙率高達(dá)90％以上，利于營養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的輸送，適合細(xì)胞的黏附、生長和分化。采用海藻酸鈣纖維增強(qiáng)后，不僅大幅度提高了復(fù)合支架的力學(xué)性能，而且調(diào)節(jié)了復(fù)合支架的化學(xué)組成，改善了復(fù)合支架的生物相容性。本制備方法簡單可行，所制備的復(fù)合支架能廣泛應(yīng)用于組織工程領(lǐng)域。
【專利說明】一種海藻酸鈣纖維增強(qiáng)的組織工程復(fù)合支架制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海藻酸鈣纖維增強(qiáng)的組織工程復(fù)合支架的制備方法，屬于生物醫(yī)用材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]海藻酸是一種天然聚陰離子多糖，其化學(xué)組成為β -D 一甘露糖醛酸和a -L-古洛糖醛酸經(jīng)過1，4 一苷鍵形成的線性聚合物。海藻酸鹽的生產(chǎn)歷史已有一個(gè)多世紀(jì)，一般從褐藻、紅藻、馬尾藻和海帶中提取，通常得到的是分子量在7~15萬的海藻酸鈉，目前廣泛地應(yīng)用于食品、造紙、化妝品和醫(yī)藥領(lǐng)域。
[0003]海藻酸鹽無毒、可降解、與細(xì)胞有良好的生物相容性，被公認(rèn)為是一種理想的天然生物醫(yī)用高分子材料。在組織工程領(lǐng)域，海藻酸鈉水溶液采用多價(jià)離子(通常為二價(jià)鈣離子)交聯(lián)后可制成各種穩(wěn)定水凝膠，用于培養(yǎng)干細(xì)胞、成骨細(xì)胞、胰島細(xì)胞等，細(xì)胞能保持活性并良好生長。但海藻酸鈣凝膠親水性太強(qiáng)，使其與細(xì)胞的相互作用較弱，而且海藻酸鈣中的鈣離子易與溶液中的單價(jià)離子發(fā)生離子交換使其強(qiáng)度不穩(wěn)定。因此，在組織工程支架的制備過程中，海藻酸鹽多與陽離子的天然多糖殼聚糖復(fù)合，通過形成穩(wěn)定的聚電解質(zhì)來調(diào)節(jié)親水性、提高復(fù)合支架的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Meng等制備了海藻酸鈣/殼聚糖聚電解質(zhì)復(fù)合膜，斷裂強(qiáng)度可達(dá)52.16MPa，在各種pH和離子強(qiáng)度的溶液中均有良好的穩(wěn)定性，可應(yīng)用于傷口敷料和藥物釋放領(lǐng)域(Meng等，J Mater Sci Mater Med, 21 (2010)1751-1759)。Florczyk等通過調(diào)節(jié)制備參數(shù)制備了不同孔徑的海藻酸鈣/殼聚糖三維復(fù)合支架，成骨細(xì)胞在該復(fù)合支架上生長良好(Florczyk等，J Biomed Mater Res A, 98(2011) 614-620)。上海`大學(xué)尹靜波等公開了一種海藻酸鈉-殼聚糖皮膚組織工程支架材料及其制備方法，制得的復(fù)合支架孔徑在100-150μπι，孔隙率大于90%，拉伸強(qiáng)度達(dá)到I 一8MPa (CN201210339539.0)。
[0004]海藻酸鹽除了作為支架的基本材料外，可溶性的海藻酸鹽還可配制成一定濃度的水溶液，過濾、脫泡后經(jīng)過噴絲板擠出后送入含有鈣離子的凝固浴中，形成不溶于水的海藻酸鈣纖維。目前海藻酸鈣纖維主要通過非織造布工藝制成各種醫(yī)用敷料、繃帶、傷口充填物等，廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，但直接利用海藻酸鈣纖維制備組織工程復(fù)合支架的研究和應(yīng)用尚未見報(bào)導(dǎo)。海藻酸鈣纖維具有良好的生物相容性，較高的力學(xué)強(qiáng)度，在人體體液中穩(wěn)定性較好，如能與合成聚酯材料復(fù)合制成聚酯一海藻酸鈣纖維復(fù)合支架，則能取長補(bǔ)短，制備出綜合性能優(yōu)良的組織工程復(fù)合支架。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要設(shè)想是采用海藻酸鈣纖維作為增強(qiáng)體，以聚乳酸、聚乳酸/乙醇酸共聚物或聚己內(nèi)酯為基體，利用相分離技術(shù)制備各種復(fù)合支架。復(fù)合支架一方面通過海藻酸鈣纖維增強(qiáng)支架的力學(xué)性能，提高支架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；另一方面通過復(fù)配調(diào)節(jié)復(fù)合支架的化學(xué)組成，調(diào)控支架的降解速率和提高支架的生物相容性，從而獲得綜合性能優(yōu)良的組織工程復(fù)合支架。
[0006]本發(fā)明中復(fù)合支架的制備方法具體如下。
[0007](I)在50 °C的恒溫水浴中，將聚乳酸、聚乳酸/乙醇酸共聚物或聚己內(nèi)酯溶解于四氫呋喃或吡啶溶劑中，溶液的質(zhì)量濃度在3 - 12%之間。
[0008](2)將直徑為10-30 μ m的海藻酸鈣纖維剪成長度為I 一 4 mm的短纖維，按照一定比例加入到上述聚酯溶液中，電磁攪拌均勻后放入預(yù)冷的成型模具中。在一 18 °C條件下，將溶液冷凍12小時(shí)以上，制得凝膠。
[0009](3)凝膠在4°C條件下水置換2天，去除有機(jī)溶劑。
[0010](4)將水置換后的凝膠再次在一 18 °C條件下冷凍12小時(shí)后，在一 60 °C，壓力低于30 Pa的條件下冷凍干燥3天，制得海藻酸鈣纖維增強(qiáng)的復(fù)合支架。
[0011]本發(fā)明制得的復(fù)合支架外觀呈白色，內(nèi)部多孔，呈三維貫通結(jié)構(gòu)，孔隙率可高達(dá)90%以上，利于細(xì)胞的粘附和增殖以及營養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的輸送。加入的海藻酸鈣纖維均勻分布在復(fù)合支架中，大幅度增強(qiáng)了支架的力學(xué)性能，其壓縮模量與未添加海藻酸鈣纖維的支架相比可提高40% — 300%。本發(fā)明中，所選材料均為生物相容性好的合成或天然聚合物，制備方法簡單可行，可用作組織工程支架。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合具 體實(shí)施例，對本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式并不局限于此。
[0013]實(shí)施例1:稱取2.0 g聚乳酸，在50 1:下溶解于20 ml四氫呋喃中。海藻酸鈣纖維剪成長度I 一 2 mm的短纖維，加入量為0.36g，電磁攪拌均勻。將混合溶液分樣倒入預(yù)冷的玻璃稱量瓶中，放置在一 18 °C的冰柜中冷凍12小時(shí)以上，形成聚乳酸一海藻酸鈣纖維混合凝膠。將混合凝膠在4 °C條件下水置換2天，每天換水4次，去除四氫呋喃溶劑。將水置換后的混合凝膠再次在一 18 °C條件下冷凍12小時(shí)后，將其放入真空干燥機(jī)中，在一 60°C，壓力30Pa條件下凍干3天，制得聚乳酸一海藻酸鈣纖維復(fù)合支架。
[0014]實(shí)施例2:稱取1.0 g聚乳酸/乙醇酸共聚物，在50 1:下溶解于20 ml吡啶中。海藻酸鈣纖維剪成長度2 — 4 mm的短纖維，加入量為0.2g，電磁攪拌均勻。將混合溶液分樣倒入預(yù)冷的玻璃稱量瓶中，放置在一 18 °C的冰柜中冷凍12小時(shí)以上，形成聚乳酸/乙醇酸一海藻酸鈣纖維混合凝膠。將混合凝膠在4 °C條件下水置換2天，每天換水4次，去除吡啶溶劑。將水置換后的混合凝膠再次在一 18 °C條件下冷凍12小時(shí)后，將其放入真空干燥機(jī)中，在一 60 °C，壓力30Pa條件下凍干3天，制得聚乳酸/乙醇酸一海藻酸鈣纖維復(fù)合支架。
[0015]實(shí)施例3:稱取1.6 g聚己內(nèi)酯，在50 °〇下溶解于20 ml四氫呋喃中。海藻酸鈣纖維剪成長度I 一 2 _的短纖維，加入量為0.64g，電磁攪拌均勻。將混合溶液分樣倒入預(yù)冷的玻璃稱量瓶中，放置在一 18 °C的冰柜中冷凍12小時(shí)以上，形成聚己內(nèi)酯一海藻酸鈣纖維混合凝膠。將混合凝膠在4 °C條件下水置換2天，每天換水4次，去除四氫呋喃溶劑。將水置換后的混合凝膠再次在一 18 °C條件下冷凍12小時(shí)后，將其放入真空干燥機(jī)中，在一 60 °C，壓力30Pa條件下凍干3天，制得聚己內(nèi)酯一海藻酸鈣纖維復(fù)合支架。
【權(quán)利要求】
1.一種海藻酸鈣纖維增強(qiáng)的組織工程復(fù)合支架的制備方法，其特征在于包括如下操作步驟: (1)配制一定濃度的聚乳酸、聚乳酸/乙醇酸共聚物或聚己內(nèi)酯溶液； (2)加入一定比例的海藻酸鈣纖維，電磁攪拌均勻； (3)將混合溶液置于成型模具中，在-18°C條件下，將溶液冷凍12小時(shí)以上，制得聚乳酸、聚乳酸/乙醇酸共聚物或聚己內(nèi)酯和海藻酸鈣纖維的復(fù)合凝膠； (4)在4°C條件下，水置換復(fù)合凝膠中的溶劑，時(shí)間為2天，每天換去離子水4次； (5)將水置換后的復(fù)合凝膠取出，再次在一18°C條件下冷凍12小時(shí)以上； (6)將冷凍物在冷凍干燥機(jī)中凍干3天以上，制得海藻酸鈣纖維增強(qiáng)的復(fù)合支架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所使用的聚乳酸，分子量在5~10萬之間，溶劑為四氫呋喃，聚乳酸的質(zhì)量濃度在3~12%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所使用的聚乳酸/乙醇酸共聚物，分子量在5~20萬之間，溶劑為吡啶，聚乳酸/乙醇酸共聚物的質(zhì)量濃度在3~12%之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所使用的聚己內(nèi)酯，分子量在7~9萬之間，溶劑為四氫呋喃，質(zhì)量濃度在3~12%之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所使用的海藻酸鈣纖維，直徑在10~.30 μ m之間， 長度在1~4mm之間，海藻酸鈣纖維與聚乳酸、聚乳酸/乙醇酸共聚物或聚己內(nèi)酯的質(zhì)量配比在5:100~40:100之間。
【文檔編號】A61L27/26GK103599564SQ201310586314
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】汪學(xué)軍, 樓濤, 宋國君 申請人:青島大學(xué)