孔壁表面具備微渠結(jié)構(gòu)的骨組織工程多孔支架的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種孔壁表面具備微渠結(jié)構(gòu)的骨組織工程多孔支架的制備方法，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于多孔貫通的無機(jī)材料獨(dú)特的三維多孔結(jié)構(gòu)使之具有質(zhì)量輕、密度小、比表面積大等特點(diǎn)，而且其貫通的孔隙結(jié)構(gòu)賦予其良好的滲透性，因此多孔貫通無機(jī)材料被廣泛應(yīng)用于骨缺損修復(fù)中的骨組織工程支架。隨著生物醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展，多孔貫通材料作為骨組織工程支架的應(yīng)用研宄越來越多，其支架可調(diào)的宏孔結(jié)構(gòu)及貫通的孔隙結(jié)構(gòu)不僅有利于載入細(xì)胞、生長因子、藥物等元素，同時(shí)為新生組織的長入、增強(qiáng)組織與植入體之間的結(jié)合提供了良好的條件，因而在具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]骨組織工程多孔支架的制備主要有如下幾種方法:發(fā)泡法、有機(jī)泡沫浸漬法、造孔劑法等。其中，造孔劑法操作簡便、并可通過選用不同形狀及大小的造孔劑來獲得不同孔隙形狀和大小的材料制品，因此在制備組織工程多孔支架等領(lǐng)域應(yīng)用較多。造孔劑法的原理是:先將造孔劑與漿料混合形成支架模型，再使用溶出或燒結(jié)的方式去除造孔劑，即可獲得骨組織工程多孔支架。常用的造孔劑主要有鹽顆粒、淀粉顆粒、碳酸氫銨、蠟球及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)顆粒等。其中鹽顆粒和淀粉顆粒的顆粒大小不一，形狀不規(guī)則，顆粒間的接觸很難形成面面接觸的僑聯(lián)結(jié)構(gòu)；導(dǎo)致其作為造孔劑所制備的多孔支架的宏孔孔徑大小不一，孔隙分布不均，孔與孔之間貫通性差。碳酸氫銨顆粒較小，其作為造孔劑通常直接與漿料共混，然后通過加熱使其分解為氣體創(chuàng)造孔隙；這種方法制備多孔支架易產(chǎn)生閉孔現(xiàn)象(即存在一些宏孔與周圍宏孔無連接)，導(dǎo)致孔隙間無貫通性，不利于組織的長入。蠟球及甲基丙烯酸甲酯(PMMA)顆粒的大小可控，形狀規(guī)則、均一，可制備宏孔孔徑可調(diào)的多孔支架；但是為了改善制備的多孔支架的宏孔之間的貫通性，需加入有機(jī)溶劑，促使顆粒微溶形成面面接觸的僑聯(lián)結(jié)構(gòu)；加入的有機(jī)溶劑會對支架的形成造成不利影響。
[0004]而且，通過以上造孔劑得到的骨組織工程多孔支架的宏孔孔壁為光滑表面，不利于細(xì)胞的選擇性粘附、干細(xì)胞分化以及組織的形成。所以，目前主要通過礦化、腐蝕及水熱反應(yīng)等方式對無機(jī)材料支架的光滑表面進(jìn)行處理，以構(gòu)建微納結(jié)構(gòu)；但這幾種方法都是在支架制備以后，再對支架進(jìn)行各種處理，步驟繁瑣且極易改變支架的表面化學(xué)成分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種孔壁表面具備微渠結(jié)構(gòu)的骨組織工程多孔支架的制備方法。該方法制備的骨組織工程多孔支架的宏孔孔壁具有微渠結(jié)構(gòu)，有利于細(xì)胞的選擇性粘附、干細(xì)胞分化以及組織的形成；且該方法成本低，操作簡單，制備的多孔支架的宏孔孔隙大小、形狀及宏孔貫通性可控。
[0006]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的采取的技術(shù)方案是:一種孔壁表面具備微渠結(jié)構(gòu)的骨組織工程多孔支架的制備方法，其步驟是:
[0007]A、漿料的制備:將I份重量的甲殼素加入含5% -8%氯化鋰的二甲基乙酰胺溶劑中持續(xù)攪拌至溶解，再加入20-50份重量的無機(jī)粉末配制成無機(jī)粉末/甲殼素漿料；
[0008]B、糖球堆積模板的制備:將支架模具底部的孔洞用濾紙封住，再將粒徑為400-1500 μ m的糖球顆粒堆積于支架模具中，然后進(jìn)行溫度為50_70°C、時(shí)間為10_30min的熱處理，隨后冷卻至常溫；即得到附著于支架模具內(nèi)表面的糖球堆積模板；
[0009]C、糖球堆積模板的濕化:去掉支架模具底部的濾紙，對支架模具中的糖球堆積模板進(jìn)行濕化處理；
[0010]D、支架初胚的制備:將A步的無機(jī)粉末/甲殼素漿料注入C步的支架模具中，待漿料凝膠化后，在支架模具中得到凝膠狀的模板支架，再用50-80°C的去離子水中浸泡洗滌模板支架中的糖球和氯化鋰；去離子水無色后常溫干燥，即得初胚；
[0011]E、多孔支架的制備:將D步制得的初胚在1000-1200°C下燒結(jié)2-3h，即制得孔壁表面具有微渠結(jié)構(gòu)的骨組織工程多孔支架。
[0012]本發(fā)明的原理是:
[0013]B步將糖球堆積于支架模具中后，通過熱處理，使糖球表面微溶，形成面面接觸的橋聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)制備的多孔支架的貫通性。
[0014]C步對糖球堆積模板進(jìn)行濕化處理后，糖球堆積模板表面上均勻吸附一定厚度的水相層。
[0015]D步將漿料注入到支架模板內(nèi)，漿料中的甲殼素與糖球表面的水和空氣中的水分反應(yīng)，形成凝膠，從而使無機(jī)粉末成型；再通過去離子水去除糖球，即制得支架初胚。
[0016]上述漿料中的甲殼素與糖球表面的水反應(yīng)在糖球表面形成溝槽結(jié)構(gòu)，其機(jī)理是:漿料與糖球表面的水接觸瞬間發(fā)生凝膠反應(yīng)；未凝膠的漿料將越過糖球堆積模板表面上已發(fā)生凝膠反應(yīng)的突出部位繼續(xù)向前流動。但是，繼續(xù)流動的漿料無法與緊挨已發(fā)生凝膠反應(yīng)的突出部分前方的部分區(qū)域接觸，從而無法在突出部分前方的部分區(qū)域發(fā)生凝膠反應(yīng)，從而形成縫隙。繼續(xù)流動的漿料而在距已形成凝膠的突出部分一定距離處，再次與糖球表面的水接觸，再次瞬間發(fā)生凝膠反應(yīng)；未形成凝膠的漿料繼續(xù)流動，依次在糖球表面形成縫隙、凝膠交替的溝槽結(jié)構(gòu)，從而在支架初胚的宏孔孔壁上形成微渠結(jié)構(gòu)。
[0017]最后E步通過高溫?zé)Y(jié)將支架初胚中的甲殼素和其他雜質(zhì)殘留去除干凈，即得孔壁表面具備微渠結(jié)構(gòu)的骨組織工程多孔支架。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]一、通過先在糖球堆積模板表面上均勻吸附一定厚度的水相層，再注入漿料，最后燒結(jié)可得到孔壁表面具備微渠結(jié)構(gòu)的骨組織工程多孔支架；孔壁表面的微渠結(jié)構(gòu)具有促進(jìn)細(xì)胞的選擇性粘附，誘導(dǎo)干細(xì)胞分化以及組織形成，提高組織生長速度等作用；另外，微渠結(jié)構(gòu)還可增加多孔支架的比表面積，有利于藥物以及生長因子的攜載。
[0020]二、通過控制糖球堆積模板表面的水層厚度和漿料的注入的速度，即可調(diào)節(jié)多孔支架宏孔孔壁表面所形成微渠的寬度及深度。
[0021]三、通過調(diào)節(jié)糖球堆積模板的熱處理時(shí)間，即可調(diào)節(jié)糖球顆粒之間所形成的橋連結(jié)構(gòu)，從而獲得不同程度貫通性的支架，調(diào)節(jié)方法簡單，無需加入有機(jī)試劑。
[0022]四、除去造孔劑(糖球)時(shí)只需用去離子水清洗，不會帶入其他有機(jī)溶劑，在減少污染帶入的同時(shí)還降低了成本。
[0023]本發(fā)明所述的B步中用的糖球顆粒的制備方法是:將蔗糖，果糖或白砂糖在90-110°C的條件下熔融后，倒入盛有140-180°C的礦物油或植物油的反應(yīng)釜中進(jìn)行攪拌；20-40min后，將冰浴處理的礦物油或植物油倒入所述反應(yīng)釜中，停止攪拌，收集糖球；然后將糖球在分樣篩中過篩，選取所需尺寸的糖球，經(jīng)正己烷清洗，即得。
[0024]進(jìn)一步，本發(fā)明所述無機(jī)粉末包括羥基磷灰石粉末、磷酸三鈣粉末、氧化鋁粉末、純鈦粉末和鈦合金粉末
[0025]這些材料都是骨組織工程多孔支架的常用材料，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，生物相容性好，熔點(diǎn)高，均可通過本發(fā)明所述的方法制備孔壁表面具備微渠結(jié)構(gòu)的骨組織工程多孔支架。
[0026]進(jìn)一步，本發(fā)明所述C步的濕化處理的具體操作是:將支架模具及其糖球堆積模板在濕度為50% -90%的環(huán)境中靜置6-24h。
[0027]又進(jìn)一步，本發(fā)明所述C步的濕化處理的具體操作是:向支架模具中注入去離子水，使其淹沒糖球堆積模板，然后進(jìn)行時(shí)間為10-60s、轉(zhuǎn)速為800-1200r/min的離心處理。
[0028]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制備的骨組織工程多孔支架。
[0030]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二制備的骨組織工程多孔支架
【具體實(shí)施方式】
[0031]實(shí)施例一
[0032]一種孔壁表面具備微渠結(jié)構(gòu)的骨組織工程多孔支架的制備方法，其步驟是:
[0033]A、漿料的制備:將I份重量的甲殼素加入含6%氯化鋰的二甲基乙酰胺溶劑中持續(xù)攪拌至溶解，再加入30份重量的無機(jī)粉末配制成無機(jī)粉末/甲殼素漿料；
[0034]B、糖球堆積模板的制備:將支架模具底部的孔洞用濾紙封住，再將粒徑為1500 μ m的糖球顆粒堆積于支架模具中，然后進(jìn)行溫度為60°C、時(shí)間為20min的熱處理，隨后冷卻至常溫；即得到附著于支架模具內(nèi)表面的糖球堆積模板；
[0035]C、糖球堆積模板的濕化:去掉支架模具底部的濾紙，對支架模具中的糖球堆積模板進(jìn)行濕化處理，具體操作是:將支架模具及其糖球堆積模板在濕度為70%的環(huán)境中靜置24h ；
[0036]D、支架初胚的的制備:將A步的無機(jī)粉末/甲殼素漿料注入C步的支架模具中，待漿料自然凝膠化后，在支架模具中得到凝膠狀的模板支架，再用60°C的去離子水中浸泡洗滌模板支架中的糖球和氯化鋰；去離子水無色后常溫干燥，即得初胚；
[0037]E、多孔支架的制備:將D步制得的初胚在1200°C下燒結(jié)2h，即制得孔壁表面具有微渠結(jié)構(gòu)的骨組織工程多孔支架，如圖1所示。
[0038]本例中所述無機(jī)粉末為羥基磷灰石粉末。
[0039]實(shí)施例二
[0040]一種孔壁表面具備微渠結(jié)構(gòu)的骨組織工程多孔支架的制備方法，其步驟是:
[0041]A、漿料的制備:將I份重量的甲殼素加入含7%氯化鋰的二甲基乙酰胺溶劑中持續(xù)攪拌至溶解，再加入40份重量的無機(jī)粉末配制成無機(jī)粉末/甲殼素漿料；
[0042]B、糖球堆積模板的制備:將支架模具底部的孔洞用濾紙封住，再將粒徑為1000 ym的糖球顆粒堆積于支架模具中，然后進(jìn)行溫度為55°C、時(shí)間為25min的熱處理，隨后冷卻至常溫；即得到附著于支架模具內(nèi)表面的糖球堆積模板；
[0043]C、糖球堆積模板的濕化:去掉支架模具底部的濾紙，對支架模具中的糖球堆積模板進(jìn)行濕化處理，具體操作是:向支架模具中注入去離子水，使其淹沒糖球堆積模板，然后進(jìn)行時(shí)間為10s、轉(zhuǎn)速為1200r/min的離心處理；
[0044]D、支架初胚的的制備:將A步的無機(jī)粉末/甲殼素漿料注入C步的支架模具中，待漿料自然凝膠化后，在支架模具中得到凝膠狀的模板支架，再用60°C的去離子水中浸泡洗滌模板支架中的糖球和氯化鋰；去離子水無色