專利名稱：一種孔徑呈梯度分布的多孔支架及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔支架及其制備方法，更具體地說，涉及一種用于組織修復(fù) 的且孔徑呈梯度分布的多孔支架及其制備方法。
背景技術(shù)：
骨與軟骨的細(xì)胞和基質(zhì)在種類、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等方面互不相同，在其交界處呈 現(xiàn)出由骨組織向軟骨組織的梯度過渡區(qū)。在骨與軟骨組織的修復(fù)中，為更好的模擬 體內(nèi)環(huán)境，需要構(gòu)建理想的梯度分布功能支架(Leong KF，ChuaCK, Sudarmadji N, Yeong WY. "Engineering functionally graded tissueengineering scaffolds，，， Journal of the Mechanical Behavior of BiomedicalMaterials, 2008, 1(2) 140-152.)。用于組織修復(fù)的多孔支架的孔徑及孔隙率對細(xì)胞的粘附、生長、增殖和分化具 有重要作用。不同的細(xì)胞有不用孔徑的要求，而較高的孔隙率有利于細(xì)胞生長過程中 營養(yǎng)物質(zhì)的輸送、細(xì)胞信號的傳遞及代謝產(chǎn)物的排除。因此，為實現(xiàn)復(fù)雜組織的良好修 復(fù)，需要設(shè)計制備高孔隙率的孔徑呈梯度分布的多孔支架。目前為止，孔徑呈梯度分布的多孔支架的制備方法還較少。將不同粒徑及不 同量的致孔劑與基體溶液混和，通過多層流延法，制備了梯度多孔支架，通過致孔劑調(diào) 節(jié)支架中孔的大小梯度(Werner J，Linner-Krcmar B, Friess W, Greil P. "Mechanical properties and in vitro cell compatibility of hydroxyapatiteceramics with graded pore structure”，Biomaterials, 2002，23(21) 4285-4294; Tampieri A, Celotti G，Sprio S, Delcogliano A, et al. “Porosity-gradedhydroxyapatite ceramics to replace natural bone”， Biomaterials, 2001，22(11) 1365-1370)。三維打印技術(shù)可以制備各種形狀和性能的支 架，通過調(diào)節(jié)每層注入材料的不同可控制所制備支架的組成、孔徑和孔隙率等(Sherwood JK, Riley SL, Palazzolo R, Brown SC，et al. "A three-dimensional osteochondralcomposite scaffold for articular cartilage repair”，Biomaterials, 2002，23(24) 4739-4751)。另外， 通過離4、法(Oh SH, Park IK, Kim JM, Lee JH. "In vitroand in vivo characteristics of PCL scaffolds with pore size gradient fabricated by acentrifugation method”，Biomaterials， 2007，28 (9) 1664-1671)或者旋轉(zhuǎn)沉積法(Harley ΒΑ, Hastings AZ, Yannas IV， Sannino A. "Fabricating tubularscaffolds with a radial pore size gradient by a spinning technique” Biomaterials, 2006，27(6) 866-874)也能得到孔徑呈梯度分布的多孔支孔徑呈梯度分布的多孔支架能夠更好地模擬體內(nèi)組織的結(jié)構(gòu)和性能，梯度支架 對于研究組織修復(fù)具有重要意義。然而目前為止所具有的方法制備的孔徑呈梯度分布的 多孔支架多為不規(guī)則的孔，且孔隙率很低，孔間的互通性也不好，不同梯度層之間還存 在分層等界面問題，形成不連續(xù)的結(jié)構(gòu)，在界面處形成力學(xué)薄弱點，從而會影響支架的 力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備多孔支架的方法，依據(jù) 該方法制備的多孔支架的孔徑呈梯度分布，能夠用于骨組織及復(fù)雜組織的修復(fù)，并實現(xiàn) 規(guī)則圓孔在空間上的良好互通性，更有利于細(xì)胞與培養(yǎng)液間物質(zhì)的交換，且能解決不同 梯度層之間存在界面問題。本發(fā)明的目的還在于提供一種用于組織修復(fù)的且孔徑呈梯度變化的多孔支架， 解決不同梯度層之間存在界面問題，實現(xiàn)規(guī)則圓孔在空間上的良好互通性，有利于提高 支架的力學(xué)性能。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種制備多孔支架的方法，按照下述步驟進(jìn)行先將微球置于模具中，使其緊 密堆積，得到微球骨架；然后向微球骨架中澆注聚合物溶液，取出微球骨架進(jìn)行相分 離，最后洗除微球得到多孔支架。本發(fā)明的一種孔徑呈梯度分布的多孔支架，按照下述步驟進(jìn)行先依次將不同 粒徑的微球置于模具中，使其緊密堆積，得到微球骨架；然后向微球骨架中澆注聚合物 溶液，取出微球骨架，進(jìn)行相分離，最后洗除微球得到孔徑呈梯度分布的多孔支架。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，提出一種微球粘結(jié)與溶液澆注的方法，利用微球的粒 徑大小和注入順序的改變來調(diào)整支架材料的孔徑大小和分布，將不同粒徑的微球緊密堆 積在一起，可采用振動模具的方式使微球緊密堆積在一起；在制備微球骨架的過程中， 可通過外加溶劑和加熱的方式，使骨架溶脹，將微球彼此更好地粘結(jié)在一起，通過改變 微球粘結(jié)的溫度和時間來調(diào)整孔之間的互通程度。因此利用本發(fā)明的技術(shù)方案，將不同 粒徑的微球注入模具，可以得到孔徑分布可控的高孔隙率的多孔支架。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述致孔劑微球為明膠微球，所述聚合物溶液為丙交 酯和乙交酯的共聚物(PLGA)的四氫呋喃(THF)溶液。將明膠微球裝入模具中，振動 模具使明膠微球緊密堆積，向其中滴加乙醇與水的混和溶液，其中乙醇與水的體積比為 85 15，輕輕壓明膠微球使其緊密堆積；然后繼續(xù)向模具中裝入不同粒徑的明膠微球， 進(jìn)行相同的操作，以此不斷向模具中裝入不同粒徑的明膠微球，最后將裝有上述明膠微 球的模具放入烘箱中，一定時間后取出模具，通過加熱以使溶脹的明膠微球能夠彼此更 好地粘結(jié)在一起，例如烘箱溫度為37°C中l(wèi)Omin，將明膠微球從模具中取出，置于空氣 中使乙醇完全揮發(fā)后得到明膠微球骨架。將明膠微球骨架浸入PLGA的THF溶液中，浸 泡使PLGA溶液能夠完全進(jìn)入明膠微球骨架的內(nèi)部。取出明膠微球骨架，用濾紙除去表 面的PLGA溶液后，放入冰箱中進(jìn)行相分離(如_18°C下12h)，并用乙醇進(jìn)行溶劑置換， 再利用去離子水洗除致孔劑明膠微球而得到孔徑呈梯度分布的PLGA的多孔支架。利用本發(fā)明的技術(shù)方案不僅可以利用明膠微球制備孔徑呈梯度變化的PLGA多 孔支架，也可以其他微球做致孔劑，在本發(fā)明的基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)以其他材料制備梯度多 孔支架。使用的致孔劑可以選擇如明膠微球、PLGA微球、聚蔗糖微球、殼聚糖微球或石 蠟球等；使用的聚合物材料可以選擇如聚乳酸、聚乙醇酸、PLGA、聚己內(nèi)酯、殼聚糖、 明膠或者膠原等，配合適當(dāng)溶劑溶解之后，使用本發(fā)明提供的方法將不同粒徑的微球依 次注入模具，將微球粘接后澆注高聚物材料溶液，實施相分離，經(jīng)過洗除微球后即可得 到孔徑呈梯度變化的多孔支架。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于使用微球做致孔劑，不同粒徑的微球可以 依次注入模具中，得到孔徑和孔徑分布可以調(diào)控的高孔隙率和孔呈圓形的多孔支架，為 高效制備孔徑呈梯度分布的多孔支架提供了一種很簡便易行的方法。以不同粒徑的微球 依次注入模具后再將微球整體粘接在一起，洗除微球后得到的孔相互連通，避免了不同 孔徑處的界面分離情況的發(fā)生，更有利于細(xì)胞與培養(yǎng)液間物質(zhì)的交換，有利于提高支架 的力學(xué)性能。


圖1是明膠微球骨架的制備過程示意圖。圖2是孔徑呈梯度分布的PLGA多孔支架在不同位置截面的SEM照片。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。將O.lg粒徑為350 450 μ m的明膠微球裝入聚四氟乙烯模具(φ6><12_)中， 振動模具使明膠微球緊密堆積，向其中滴加100 μ 1乙醇的水溶液，其中乙醇與水的體積 比為85 15，輕壓明膠微球使其緊密堆積；然后繼續(xù)向模具中裝入O.lg粒徑為200 350 μ m的明膠微球，進(jìn)行同上操作；最后再向模具中裝入o.lg粒徑為80 200 μ m的明 膠微球，進(jìn)行同上操作。將裝有上述明膠微球的模具放入37°C的烘箱中使明膠微球粘接 在一起，IOmin后取出模具，將明膠微球從模具中取出，置于空氣中12h使乙醇完全揮發(fā) 后得到明膠微球骨架。將明膠微球骨架浸入質(zhì)量體積濃度為6% (w/v)的PLGA的THF 溶液中，浸泡12h后在真空下保持5min，使PLGA溶液能夠完全進(jìn)入明膠微球骨架的內(nèi) 部。取出明膠微球骨架，用濾紙除去表面的PLGA溶液后，放入冰箱中(溫度為_18°C) 進(jìn)行相分離12h (此時PLGA與THF出現(xiàn)液固分相)，并用乙醇進(jìn)行溶劑置換12h(即使用 乙醇將THF洗出)，再利用去離子水洗除明膠微球而得到孔徑呈梯度分布的PLGA多孔支
^K O對制備的PLGA多孔支架進(jìn)行性能表征尺寸高為12_，直徑為6mm的圓柱 形，孔隙率約為95%，壓縮模量為2.3MPa，壓縮強(qiáng)度為0.095MPa。明膠微球骨架的制 備過程詳見說明書附圖1，得到的孔徑呈梯度分布的PLGA多孔支架的SEM照片見說明 書附圖2。以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情 況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動的等同替 換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種制備多孔支架的方法，其特征在于，按照下述步驟進(jìn)行先將微球置于模具 中，使其緊密堆積，得到微球骨架；然后向微球骨架中澆注聚合物溶液，取出微球骨架 進(jìn)行相分離，最后洗除微球得到多孔支架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多孔支架的方法，其特征在于，所述微球為明膠微 球、丙交酯和乙交酯的共聚物微球、聚蔗糖微球、殼聚糖微球或石蠟球；所述聚合物為 聚乳酸、聚乙醇酸、丙交酯和乙交酯的共聚物、聚己內(nèi)酯、殼聚糖、明膠或者膠原。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多孔支架的方法，其特征在于，所述制備方法中， 采用振動模具的方式使微球緊密堆積在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多孔支架的方法，其特征在于，所述制備方法中， 采用添加溶劑和/或加熱的方式，使微球骨架溶脹，以使微球粘結(jié)在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多孔支架的方法，其特征在于，將明膠微球裝入模 具中，振動模具使明膠微球緊密堆積，向其中滴加乙醇與水的混和溶液，其中乙醇與水 的體積比為85 15，使其緊密堆積；然后繼續(xù)向模具中裝入不同粒徑的明膠微球，進(jìn)行 相同的操作，以此不斷向模具中裝入不同粒徑的明膠微球，最后將裝有上述明膠微球的 模具放入烘箱中，在37°C下溶脹lOmin，將明膠微球從模具中取出，置于空氣中使乙醇 完全揮發(fā)后得到明膠微球骨架；將明膠微球骨架浸入丙交酯和乙交酯的共聚物的四氫呋 喃溶液中，浸泡使其能夠完全進(jìn)入明膠微球骨架的內(nèi)部后，取出明膠微球骨架，除去表 面溶液后，在_18°C下進(jìn)行相分離后，用乙醇進(jìn)行溶劑置換，再利用去離子水洗除明膠微 球，即可得到孔徑呈梯度分布的丙交酯和乙交酯的共聚物的多孔支架。
6.—種孔徑呈梯度分布的多孔支架，其特征在于，按照下述步驟進(jìn)行先將微球置 于模具中，使其緊密堆積，得到微球骨架；然后向微球骨架中澆注聚合物溶液，取出微 球骨架進(jìn)行相分離，最后洗除微球得到多孔支架。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種孔徑呈梯度分布的多孔支架，其特征在于，所述微球為 明膠微球、丙交酯和乙交酯的共聚物微球、聚蔗糖微球、殼聚糖微球或石蠟球；所述聚 合物為聚乳酸、聚乙醇酸、丙交酯和乙交酯的共聚物、聚己內(nèi)酯、殼聚糖、明膠或者膠 原。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種孔徑呈梯度分布的多孔支架，其特征在于，所述多孔材 料的孔結(jié)構(gòu)可通過微球的緊密堆積程度來實現(xiàn)控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備多孔支架的方法，其特征在于，所述制備方法中， 采用添加溶劑和/或加熱的方式，使微球骨架溶脹，以使微球粘結(jié)在一起，實現(xiàn)對微球 緊密堆積程度的控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種孔徑呈梯度分布的多孔支架，其特征在于，將明膠微 球裝入模具中，振動模具使明膠微球緊密堆積，向其中滴加乙醇與水的混和溶液，其中 乙醇與水的體積比為85 15，使其緊密堆積；然后繼續(xù)向模具中裝入不同粒徑的明膠 微球，進(jìn)行相同的操作，以此不斷向模具中裝入不同粒徑的明膠微球，最后將裝有上述 明膠微球的模具放入烘箱中，在37°C下溶脹lOmin，將明膠微球從模具中取出，置于空 氣中使乙醇完全揮發(fā)后得到明膠微球骨架；將明膠微球骨架浸入丙交酯和乙交酯的共聚 物的四氫呋喃溶液中，浸泡使其能夠完全進(jìn)入明膠微球骨架的內(nèi)部后，取出明膠微球骨 架，除去表面溶液后，在_18°C下進(jìn)行相分離后，用乙醇進(jìn)行溶劑置換，再利用去離子水洗除明膠微球，即可得到孔徑呈梯度分布的丙交酯和乙交酯的共聚物的多孔支架。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種孔徑呈梯度分布的多孔支架及其制備方法，采用微球粘結(jié)和溶液澆注的方法，將不同粒徑的微球粘接在一起，然后將高分子溶液澆注入微球堆積后的空隙中，洗除微球得到孔徑呈梯度分布的多孔支架。本發(fā)明的技術(shù)方案中，多孔支架的孔徑呈梯度變化，能夠用于組織修復(fù)，并實現(xiàn)規(guī)則孔在空間上的良好互通性，解決不同梯度層之間存在界面問題，從而提高支架的力學(xué)性能。
文檔編號A61L27/56GK102018993SQ20101057707
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者唐功文, 袁曉燕 申請人:天津大學(xué)