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CN102961781B - 一种组织工程支架材料的制备方法 - Google Patents

一种组织工程支架材料的制备方法 Download PDF

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CN102961781B CN201210552666.9A CN201210552666A CN102961781B CN 102961781 B CN102961781 B CN 102961781B CN 201210552666 A CN201210552666 A CN 201210552666A CN 102961781 B CN102961781 B CN 102961781B
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Abstract

本发明提供了一种组织工程支架材料的制备方法，包括：a）将生物相容聚酯与非极性溶剂混合，得到第一溶液；b）将相转化溶剂加入所述第一混合溶液中，得到第二溶液；c）将所述第二溶液置于模具中，通过液-气相或和液-固相转化过程除去所述非极性溶剂和相转化溶剂，干燥溶质。得到组织工程支架材料。本发明提供的制备组织工程支架材料的方法，使组织工程支架在有良好的力学性能基础上具有较高的孔隙率。

Description

一种组织工程支架材料的制备方法
技术领域
本发明涉及高聚物材料的制备领域，具体涉及一种组织工程支架材料的制备方法，
背景技术
组织工程支架材料是一种能够部分或完全替代人体组织器官的聚合物材料。由于其具有很好的生物相容性，无毒无害，已经广泛应用于器官替代，器官移植，临床手术等领域。
对于组织工程支架材料，除了要求具有较高的孔隙率以外,对孔隙大小也有严格要求.孔隙太小，细胞无法进入孔隙或阻碍细胞繁殖和扩增.孔隙太大,细胞不易粘附,失去作为支架的作用.现在已有多种不同的组织工程支架制备方法包括，模压法、气体发泡法、溶液浇铸法、粒子粒虑法（Mikos A.G.Polymer35，1994）、冷冻相分离等。这些方法都取得了不同程度的成功，但是，普遍存在孔间贯通性不好的问题，如图1。Ma P.X.等于Tissue Eng7:23,2001报道的通过粒子融合的方法制备的具有良好限定互连球形孔网络的生物可降解的聚合物支架的制备工艺，虽然增加了孔间的贯通，但是此方法孔间通道直径与通道密度难于控制，支架的机械强度较差。
一个好的三维多孔支架的显微结构，需要有高的孔隙率（>90%）和好的连通性以及良好的力学强度。高孔隙率的支架可以给细胞生长提供更多的空间，良好的力学强度能够为细胞生长提供力学支持。一些证据显示，孔的连通性和孔隙率对于骨组织的长入同样重要，尤其在骨组织再生和潜入的早期阶段。因为多孔材料之间的通道是细胞、血管、营养物质的进入和代谢物的排除的主要途径；并且，支架的孔径也影响细胞活力和组织再生。不同孔径的支架适合不同类型细胞，允许其大量进入、黏附。孔径在5-15μm适合成纤维细胞，20-125μm适合成人皮肤组织，100-350μm适合骨组织。因此很多学者关注于如何制备出适合细胞和组织长入的多孔支架。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种制备组织工程支架材料的方法，使组织工程支架在有良好的力学性能基础上具有较高的孔隙率。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种组织工程支架材料的制备方法，包括：
a）将生物相容聚酯与非极性溶剂混合，得到第一溶液；
b）将相转化溶剂加入所述第一混合溶液中，得到第二溶液；
c）将所述第二溶液置于模具中，通过液-气相或和液-固相转化过程除去所述非极性溶剂和相转化溶剂，干燥溶质；得到组织工程支架材料。
优选的，步骤c）具体为：
c1）将所述第二溶液置于模具中；
c2）所述非极性溶剂通过自然蒸发、减压、加热等方式转化为气相并抽除；
c3）向所述模具中添加极性溶剂除去所述相转化溶剂，干燥溶质，得到组织工程支架；所述极性溶剂为乙醇或水。
优选的，还包括向步骤b）得到的所述第二溶液中添加制孔剂，得到第三溶液。
优选的，还包括向所述第三混合溶液中添加活性剂，得到第四溶液，并将所述第四溶液进行步骤c）的操作。
优选的，所述生物相容聚酯选自聚乳酸、聚乙交酯、聚丙交酯、乙交酯丙交酯共聚物、聚ε-己内酯中的一种或多种。
优选的，所述非极性溶剂选自氯仿、二氯甲烷、6-氟异丙醇和正己烷中的一种或多种。
优选的，所述相转化溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、丙酮和四氢呋喃中的一种或多种。
优选的，所述制孔剂选自晶体氯化钙、氯化钠、氯化镁、氯化钾、磷酸钠、磷酸钾、磷酸钙、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢钠、蔗糖和葡萄糖中的一种或多种。
优选的，所述制孔剂与所述生物相容聚酯按质量比为1:5~10。
优选的，所述活性剂为聚乙二醇。
本发明提供了一种组织工程支架材料的制备方法，使用生物相容聚酯作为主体材料，先将所述生物相容聚酯与非极性溶剂混合，得到第一溶液，然后再向所述第一溶液中添加相转化溶剂，得到第二溶液，最后将所述第一溶液和所述第二溶液除去，干燥溶质得到组织工程支架材料。本发明提供的制备方法利用了相转化法制备组织工程支架材料，区别于现有技术中的模压法、液体浇铸法和气体发泡法，本发明提供的相转化法，在非极性溶剂蒸发或挥发的同时会在材料中形成一定的空隙，而用极性溶剂除去相转化溶剂会使以溶剂为连续相的生物相容聚酯溶液转化为以生物相容聚酯为连续相的三维大分子网络状凝胶，生物相容聚酯由高分子材料的连续相溶剂体系转化以高分子材料为连续相的三维网状结构的大分子凝胶溶质，通过控制原料的比例能够控制所述凝胶中的空隙和孔隙率，将所述溶质干燥后，即可得到组织工程支架材料。本发明提供的方法能够控制产品的孔隙率以及空隙，从而使产品既具有适当的孔径和孔隙率，又保证了产品的机械性能。
附图说明
图1本发明实施例1提供的方法制备的组织工程支架材料的电镜图；
图2本发明实施例2提供的方法制备的组织工程支架材料的电镜图；
图3本发明实施例3提供的方法制备的组织工程支架材料的电镜图；
图4本发明实施例4提供的方法制备的组织工程支架材料的电镜图；
图5本发明实施例5提供的方法制备的组织工程支架材料的电镜图；
图6本发明实施例6提供的方法制备的组织工程支架材料的电镜图；
图7本发明实施例7提供的方法制备的组织工程支架材料的电镜图；
图8本发明实施例8提供的方法制备的组织工程支架材料的电镜图；
图9本发明实施例9提供的方法制备的组织工程支架材料的电镜图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明提供的一种组织工程支架材料的制备方法，包括：
a）将生物相容聚酯与非极性溶剂混合，得到第一溶液；
b）将相转化溶剂加入所述第一混合溶液中，得到第二溶液；
c）将所述第二溶液置于模具中，通过液-气相或和液-固相转化过程除去所述非极性溶剂和相转化溶剂，干燥溶质。得到组织工程支架材料。
为了解决现有技术问题，使组织工程支架材料既具有高强度，孔隙率和空隙大小可控，本发明使用相转化法通过将制备组织工程支架材料的生物相容聚酯溶解，制备成第一溶液，然后再向所述第一溶液中加入相转化溶剂，得到第二溶液。按照本发明，在相转化过程中，聚酯在溶剂中由于溶解度变化发生气相和液相或者液相和液相的分离，支架材料固化成型，过程中由于温度，溶解度等条件影响会在支架内部形成孔洞，而第二相溶液对支架材料有微溶作用，可以在支架的孔洞间形成微孔及空间通道。这样方法制备的支架材料具有高孔隙率及高空间连通性，有利于细胞在支架内部爬行及营养物质的运输。
按照本发明，所述生物相容聚酯的选择是根据材料在人体内使用不会产生严重的排异反应，且具有一定的机械强度为前提，具有生物相容性的聚酯，且具有可生物降解能力。按照本发明，所述生物相容聚酯优选为聚乳酸、聚乙交酯、聚丙交酯、乙交酯丙交酯共聚物、聚ε-己内酯中的一种或多种或者上述聚酯的羟基磷灰石改性产物；更优选为聚乳酸、乙交酯丙交酯共聚物、羟基磷灰石改性的聚乳酸、聚丙交酯，最优选为聚乳酸、乙交酯丙交酯共聚物、羟基磷灰石改性的聚乳酸。本发明使用的生物相容聚酯在制备组织工程支架材料的过程中，能够有效的溶解在所述非极性溶剂中，形成均匀的第一溶液。
按照本发明，所述非极性溶剂优选为氯仿、二氯甲烷、6-氟异丙醇和正己烷中的一种或多种，更优选为氯仿、二氯甲烷或正己烷，最优选为氯仿。非极性溶剂对聚酯的溶解能力更好。所述生物相容聚酯与所述非极性溶剂的质量体积比为1%-20%，更优选为1%~10%。
为了得到孔径和孔隙率可控的组织工程支架材料，必须控制非极性溶剂和想转化溶剂的比例，按照本发明，所述非极性溶剂和所述相转化溶剂的体积比优选为1~20:1；相转化溶剂的选择也是关键的因素，本发明选用的想转化溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、丙酮和四氢呋喃中的一种或多种，更优选为N,N0-二甲基甲酰胺、四氢呋喃，N-甲基吡咯烷酮。
为了进一步的提高组织工程支架材料中微孔的形成，本发明在除去溶剂时优选使用自然干燥，挥发掉非极性溶剂后，再用极性溶剂洗涤所述第二溶液，将残留的非极性溶剂和想转化溶剂溶出。过滤得到溶质，然后优选将所述溶质经过水洗，干燥得到组织工程支架材料。具体步骤如下：
c1）将所述第二溶液置于模具中；
c2）所述非极性溶剂通过自然蒸发、减压、加热等方式转化为气相并抽除；
c3）向所述模具中添加极性溶剂除去所述相转化溶剂，干燥溶质，得到组织工程支架；所述极性溶剂为乙醇或水。
按照本发明所述极性溶剂优选为水或乙醇，所述极性溶剂的使用量优选为500-1000mL，所述水洗次数优选为2~5次。
为了调节组织工程支架材料孔隙率和孔径，还优选在所述第二溶液中添加制孔剂，制孔剂能够在想转化过程中有效的提供更多的微孔，而且微孔的孔隙率是跟加入制孔剂的量成正比。按照本发明，所述制孔剂选自晶体氯化钙、氯化钠、氯化镁、氯化钾、磷酸钠、磷酸钾、磷酸钙、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢钠、蔗糖和葡萄糖中的一种或多种，更优选为蔗糖、葡萄糖。按照本发明，所述制孔剂与所述生物相容聚酯的质量比优选为1:5~10。
在向所述第二溶液中加入制孔剂的基础上，还优选向所述第二溶液中添加活性剂，以提高制孔剂的制孔效率。按照本发明，所述活性剂优选为聚乙二醇。
本发明提供的制备方法利用了相转化法制备组织工程支架材料，区别于现有技术中的模压法、液体浇铸法和气体发泡法，本发明提供的相转化法，在非极性溶剂蒸发或挥发的同时会在材料中形成一定的空隙，而用极性溶剂除去相转化溶剂会使以溶剂为连续相的生物相容聚酯溶液转化为以生物相容聚酯为连续相的三维大分子网络状凝胶，生物相容聚酯由高分子材料的连续相溶剂体系转化以高分子材料为连续相的三维网状结构的大分子凝胶溶质，通过控制原料的比例能够控制所述凝胶中的空隙和孔隙率，将所述溶质干燥后，即可得到组织工程支架材料。本发明提供的方法能够控制产品的孔隙率以及空隙，从而使产品既具有适当的孔径和孔隙率，又保证了产品的机械性能。
实施例1:
将聚酯类聚合物聚乳酸（PLA）溶解于氯仿中；将与氯仿体积比为3：2的DMF加入聚合物溶液中；待聚合物溶液在室温蒸发数天，形成较干燥固体；将固体块放入三蒸水中负压10MP反复洗涤数次，直至洗涤后水溶液中不再有溶剂或致孔剂；真空干燥，场发射扫描电镜（ESEM）检测支架形貌。如图1.
实施例2
将聚酯类聚合物聚乳酸（PLA）溶解于氯仿中；将与氯仿体积比为2：3的DMF加入聚合物溶液中；在模具中加入与PLA质量比为9：1的粒径为200μm的蔗糖颗粒；向盛有蔗糖颗粒的模具中浇入双溶剂聚合物溶液；待聚合物溶液在室温蒸发数天，形成较干燥固体；将固体块放入三蒸水中负压10MP反复洗涤数次，直至洗涤后水溶液中不再有溶剂或致孔剂；真空干燥，场发射扫描电镜（ESEM）检测支架形貌。如图2。
实施例3
将聚酯类聚合物聚乳酸（PLA）溶解于氯仿中；将与氯仿体积比为3：2的DMF加入聚合物溶液中；在模具中加入与PLA质量比为9：1的粒径为200μm的蔗糖颗粒；向盛有蔗糖颗粒的模具中浇入双溶剂聚合物溶液；减压使非极性溶剂转化为气相并抽除，形成较干燥固体；将固体块放入三蒸水中负压10MP反复洗涤数次，直至洗涤后水溶液中不再有溶剂或致孔剂；真空干燥，场发射扫描电镜（ESEM）检测支架形貌。如图3。
实施例4.
将聚酯类聚合物聚乳酸（PLA）溶解于氯仿中；将与氯仿体积比为2：3的DMF加入聚合物溶液中；将与PLA质量比为1：2的PEG溶解于聚合物溶液中在模具中加入与PLA质量比为9：1的粒径为200μm的蔗糖颗粒；向盛有蔗糖颗粒的模具中浇入双溶剂聚合物溶液；待聚合物溶液在室温蒸发数天，形成较干燥固体；将固体块放入三蒸水中负压10MP反复洗涤数次，直至洗涤后水溶液中不再有溶剂或致孔剂；真空干燥，场发射扫描电镜（ESEM）检测支架形貌。如图4。
实施例5.
将聚酯类聚合物聚乳酸（PLA）溶解于氯仿中；将与氯仿体积比为2：3的DMF加入聚合物溶液中；将与PLA质量比为1：1的PEG溶解于聚合物溶液中在模具中加入与PLA质量比为9：1的粒径为200μm的蔗糖颗粒；向盛有蔗糖颗粒的模具中浇入双溶剂聚合物溶液；聚合物溶液加热至37℃加速氯仿气化，待聚合物形成较干燥固体；将固体块放入三蒸水中负压10MP反复洗涤数次，直至洗涤后水溶液中不再有溶剂或致孔剂；真空干燥，场发射扫描电镜（ESEM）检测支架形貌。如图5。
实施例6.
将聚酯类聚合物聚乳酸（PLA）溶解于氯仿中；将与氯仿体积比为2：3的DMF加入聚合物溶液中；将与PLA质量比为2：1的PEG溶解于聚合物溶液中在模具中加入与PLA质量比为9：1的粒径为200μm的蔗糖颗粒；向盛有蔗糖颗粒的模具中浇入双溶剂聚合物溶液；待聚合物溶液在室温蒸发数天，形成较干燥固体；将固体块放入三蒸水中负压10MP反复洗涤数次，直至洗涤后水溶液中不再有溶剂或致孔剂；真空干燥，场发射扫描电镜（ESEM）检测支架形貌。如图6。
实施例7.
将聚酯类聚合物聚乙交酯丙交酯共聚物（PLGA）溶解于氯仿中；将与氯仿体积比为2：3的DMF加入聚合物溶液中；将与PLGA质量比为1：1的PEG溶解于聚合物溶液中在模具中加入与PLGA质量比为9：1的粒径为200μm的蔗糖颗粒；向盛有蔗糖颗粒的模具中浇入双溶剂聚合物溶液；待聚合物溶液在室温蒸发数天，形成较干燥固体；将固体块放入三蒸水中负压10MP反复洗涤数次，直至洗涤后水溶液中不再有溶剂或致孔剂；真空干燥，场发射扫描电镜（ESEM）检测支架形貌。如图7。
实施例8.
将复合材料含1%羟基磷灰石聚乳酸（1%HA/PLGA）溶解于氯仿中；将与氯仿体积比为2：3的DMF加入聚合物溶液中；将与PLGA质量比为2：1的PEG溶解于聚合物溶液中在模具中加入与PLGA质量比为5：1的粒径为200μm的NaCl颗粒；向盛有NaCl颗粒的模具中浇入双溶剂聚合物溶液；待聚合物溶液在室温蒸发数天，形成较干燥固体；将固体块放入三蒸水中负压10MP反复洗涤数次，直至洗涤后水溶液中不再有溶剂或致孔剂；真空干燥，场发射扫描电镜（ESEM）检测支架形貌。如图8。
实施例9.
将聚酯类聚合物聚乳酸（PLA）溶解于氯仿中；将与氯仿体积比为1：4的DMF加入聚合物溶液中；在模具中加入与PLA质量比为9：1的粒径为200μm的蔗糖颗粒；向盛有蔗糖颗粒的模具中浇入双溶剂聚合物溶液；待聚合物溶液在室温蒸发数天，形成较干燥固体；将固体块放入三蒸水中负压10MP反复洗涤数次，直至洗涤后水溶液中不再有溶剂或致孔剂；真空干燥，场发射扫描电镜（ESEM）检测支架形貌。如图9。
力学测试结果：
三点弯曲Flexural strength（Mpa）检测是通过INSTRON1121万能材料试验机进行检测。
压缩Compressive strength（Mpa）检测是通过INSTRON1121万能材料试验机进行检测。
以上对本发明提供的一种迈克尔加成反应用催化剂以及一种硝基脂肪醛的制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，包括：
a)将生物相容聚酯与非极性溶剂混合，得到第一溶液；
b)将相转化溶剂加入所述第一混合溶液中，得到第二溶液；还包括向步骤b)得到的所述第二溶液中添加制孔剂，得到第三溶液；
c)将所述第三溶液置于模具中，通过液-气相或和液-固相转化过程除去所述非极性溶剂和相转化溶剂，干燥溶质；得到组织工程支架材料；步骤c)具体为：
c1)将所述第三溶液置于模具中；
c2)所述非极性溶剂通过自然蒸发、减压、加热方式转化为气相并抽除；
c3)向所述模具中添加极性溶剂除去所述相转化溶剂，干燥溶质，得到组织工程支架；所述极性溶剂为乙醇或水；所述非极性溶剂选自氯仿、二氯甲烷、6-氟异丙醇和正己烷中的一种或多种；
相转化溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮和二甲基乙酰胺中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括向所述第三混合溶液中添加活性剂，得到第四溶液，并将所述第四溶液进行步骤c)的操作。
3.根据权利要求1～2任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述生物相容聚酯选自聚乳酸、聚乙交酯、乙交酯丙交酯共聚物、聚ε-己内酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1～2任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述制孔剂选自晶体氯化钙、氯化钠、氯化镁、氯化钾、磷酸钠、磷酸钾、磷酸钙、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢钠、蔗糖和葡萄糖中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述活性剂为聚乙二醇。
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