專利名稱：組織工程用聚合物多孔支架材料的方法及其制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種聚合物多孔體的制備技術(shù)，具體涉及一種組織工程用多孔聚合物支架材料的制備方法及其制備裝置。
背景技術(shù)：
組織、器官的喪失或功能障礙是人類健康所面臨的主要危害之一，也是人類疾病和死亡的最主要原因。傳統(tǒng)的治療方法包括藥物治療、組織和器官移植、人造代用品和機械裝置治療等，但是這幾種方法均有其明顯的不足。組織和器官的移植包括自體移植、同種異體移植和異種器官移植三種，但各有其缺點自體移植通常不存在免疫排斥問題，但是它是以犧牲人體部分正常組織為代價修復(fù)病理或缺損組織，不僅會增加病人的痛苦，而且有的器官獨一無二，無法進行自體移植；同種異體移植最大的問題就是供體來源問題；異種器官移植不僅存在免疫排斥反應(yīng)，而且涉及倫理問題。人造代用品和機械裝置治療或因其生物相容性和耐用性等不及活組織，或因尚不具備所需臟器的全部功能或只能在體外使用，而使臨床應(yīng)用受到很大限制。因此必須尋找新的、更為理想的治療手段。
隨著生命科學、材料科學以及相關(guān)物理、化學學科的發(fā)展，人們提出了一個新的概念一組織工程。它是應(yīng)用細胞生物學和工程學的原理，研究開發(fā)修復(fù)、改善損傷組織結(jié)構(gòu)和功能的生物替代物的一門科學。其基本原理和方法是將體外培養(yǎng)擴增的正常組織細胞吸附于一種生物相容性良好并被機體吸收的多孔生物材料上形成復(fù)合物，將細胞/生物材料復(fù)合物植入機體組織、器官病損部位，細胞在生物材料逐漸被機體降解吸收的過程中形成新的具有特定形態(tài)和功能的相應(yīng)組織、器官，達到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目的。
將具有良好生物相容性和生物降解吸收性能的生物材料制成具有特定形狀的三維多孔支架是組織工程的技術(shù)關(guān)鍵之一。支架材料在組織工程研究中起著非常重要的作用，它是組織工程實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。而支架材料的加工方法在其中又占有極其重要的地位。組織工程用支架需要較高的孔隙率并且孔與孔之間相互連通，高的孔隙率使得細胞生長所需的水份、無機鹽以及其它營養(yǎng)物質(zhì)容易滲透到材料內(nèi)部，細胞生長過程中的廢物能夠排出，維持支架內(nèi)部細胞的正常生長、繁殖，因為只有這樣，細胞植入后才能進入支架的內(nèi)部，最終形成特定形態(tài)的組織、器官。
組織工程支架材料是組織工程的核心問題之一，對它的研究蘊含著巨大的科學研究價值和實用價值，國內(nèi)外已對組織工程所用支架的制備方法進行了廣泛的研究，已經(jīng)開發(fā)了纖維粘結(jié)、溶劑澆鑄/粒子瀝濾、相分離/冷凍干燥、氣體發(fā)泡、聚合物微球聚集、快速原型制造等方法。盡管纖維粘結(jié)技術(shù)能夠產(chǎn)生相連通并適用于組織再生的高度多孔支架，但用于骨組織工程支架時其強度較低，易變形；相分離/冷凍干燥技術(shù)得到的支架孔尺寸較小，在組織工程領(lǐng)域中的應(yīng)用還存在局限性；氣體發(fā)泡法容易產(chǎn)生閉孔結(jié)構(gòu)；用快速原型制造技術(shù)得到的支架孔隙率偏低；采用溶液澆鑄/粒子瀝濾技術(shù)時，濾出水溶性粒子會明顯增加制備支架的時間，否則會有致孔劑殘留?？v觀所介紹的制備支架的方法，它們都存在著各自的不足，如何能將各種方法的優(yōu)勢結(jié)合在一起，制備出符合理想支架基本要求的組織工程支架是現(xiàn)在人們集中研究的熱點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠避免致孔劑污染的組織工程用聚合物多孔支架材料的方法及其制備裝置，由本發(fā)明制得的多孔支架材料的孔結(jié)構(gòu)為通孔結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述方法的技術(shù)方案如下一種組織工程用聚合物多孔支架材料的方法，選取冰粒子作為致孔劑，先把冰粒子堆積在模具中，將聚合物溶液置于冰柜中在冰點以下溫度進行預(yù)冷處理1～2小時，使聚合物溶液的溫度降至≤-5℃，再在0.5～1.5MPa的正壓力或0.002～0.04MPa的負壓力作用下，將預(yù)冷處理后的聚合物溶液滲入冰粒子之間，冷凍成型后得到含有聚合物、溶劑和冰的預(yù)制塊，再將預(yù)制塊置于-(55～61)℃下進行冷凍干燥，去除預(yù)制塊中的溶劑，并在-(5～10)℃用真空干燥法去除預(yù)制塊中的致孔劑后即可得到多孔支架材料；上述聚合物溶液是將生物可降解聚合物按生物可降解聚合物與溶劑的質(zhì)量比為1∶5～1∶20的比例加入到溶劑中并在其中溶解，該溶劑采用冰點為低于水冰點的溶劑。
本發(fā)明所述實施上述方法的裝置技術(shù)方案如下一種用于上述組織工程用聚合物多孔支架材料的方法的制備裝置，由蓋、筒體、壓緊網(wǎng)和支承網(wǎng)組成，壓緊網(wǎng)和支承網(wǎng)設(shè)在筒體內(nèi)，在壓緊網(wǎng)與支承網(wǎng)之間放置有致孔劑粒子，上述蓋設(shè)在筒體的開口處，在蓋與筒體之間設(shè)有密封圈，在蓋和/或筒體上設(shè)有進氣孔及出氣孔且進氣孔及出氣孔分別被設(shè)置于壓緊網(wǎng)與支承網(wǎng)的外側(cè)。
本發(fā)明采用滲流法(又稱加壓滲流法)，是用加壓(正壓或負壓)的方法將聚合物溶液滲入由冰粒子堆積組成的多孔體中，冷凝后去除聚合物的溶劑和冰粒子，而獲得具有獨特孔隙結(jié)構(gòu)的多孔泡沫材料的方法。與現(xiàn)有聚合物支架制備技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)該多孔支架制造方法簡單，液氮中快速凝固的冰粒子呈球形或近球形分布，在模具中冰粒子之間互相接觸，保證了形成的多孔支架孔隙間相互連通；通過改變冰粒子的尺寸大小，可方便地調(diào)節(jié)多孔支架的孔徑大小；2)致孔劑冰粒子可以完全氣化去除，無致孔劑殘留；3)用冰粒子作致孔劑解決了致孔劑殘留的問題，用滲流法成型可以保證冰粒子的互相接觸，形成具有通孔結(jié)構(gòu)的支架，所以本發(fā)明的技術(shù)可用來制備大塊狀聚合物多孔支架。由于該支架可以在臨床應(yīng)用時根據(jù)需要進行二次加工，所以應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)有利于實現(xiàn)多孔支架的商品化制備。
4)本發(fā)明可以將空氣從制備裝置的進氣孔打入，形成正壓或者從出氣孔抽氣，形成負壓，從而將聚合物溶液滲入致孔劑中，經(jīng)除去溶劑、致孔劑后即可得到多孔支架材料。


圖1為本發(fā)明的滲流裝置示意圖。
具體實施例方式
實施例一1)用標準篩篩得粒徑在300～400μm范圍內(nèi)的冰粒子致孔劑5裝入筒形模具3中，用木錘或尼龍棒輕輕敲擊筒壁，使冰粒子緊密堆積；2)按1∶10的比例配制聚乳酸(PLA)/氯仿溶液，并在-20℃進行預(yù)冷處理；3)把經(jīng)預(yù)冷處理后的聚乳酸(PLA)/氯仿溶液，注入筒形模具3中壓緊網(wǎng)4上部空間，通過通氣孔11抽真空，在0.002～0.02MPa的壓力下溶液滲流進入致孔劑5的間隙，然后在液氮中冷凍成型，得到含有聚合物、溶劑、冰的預(yù)制塊；4)上述得到的預(yù)制塊在自制冷凍干燥裝置中于-55～61℃進行冷凍干燥，除去溶劑，然后緩慢升溫，并在低于0℃時保持適當時間，以除去致孔劑冰粒子，即得組織工程用聚乳酸多孔支架。
實施例二1)用標準篩篩得粒徑在800～900μm范圍內(nèi)的冰粒子致孔劑5裝入筒形模具3中，用木錘或尼龍棒輕輕敲擊筒壁，使冰粒子緊密堆積；
2)按1∶8的比例配制聚乳酸(PLA)/氯仿溶液，并在-20℃進行預(yù)冷處理；3)把經(jīng)預(yù)冷處理后的聚乳酸(PLA)/氯仿溶液，注入筒形模具3中壓緊網(wǎng)4上部空間，裝好蓋1后，通過通氣孔12通往高壓氣體，在0.5～1.5MPa的壓力下溶液滲流進入致孔劑5的間隙，然后在液氮中冷凍成型，得到含有聚合物、溶劑、冰的預(yù)制塊；4)上述得到的預(yù)制塊在自制冷凍干燥裝置中于-(55～61)℃進行冷凍干燥，除去溶劑，然后緩慢升溫，并在低于0℃時保持適當時間，以除去致孔劑冰粒子，即得組織工程用聚乳酸多孔支架。
實施例三1)用標準篩篩得粒徑在800～900μm范圍內(nèi)的冰粒子致孔劑5裝入筒形模具3中，用木錘或尼龍棒輕輕敲擊筒壁，使冰粒子緊密堆積；2)按1∶5的比例配制聚3-羥基丁酸酯(PHB)-氯仿溶液，并在-20℃進行預(yù)冷處理；3)把經(jīng)預(yù)冷處理聚3-羥基丁酸酯(PHB)/氯仿溶液，注入筒形模具3中壓緊網(wǎng)4上部空間，裝好蓋1后，通過通氣孔11抽真空，在0.005～0.04MPa的壓力下溶液滲流進入致孔劑5的間隙，然后在液氮中冷凍成型，得到含有聚合物、溶劑、冰的預(yù)制塊；4)上述得到的預(yù)制塊在自制冷凍干燥裝置中于-55～61℃進行冷凍干燥，除去溶劑，然后緩慢升溫，并在低于0℃時保持適當時間，以除去致孔劑冰粒子，即得組織工程用聚3-羥基丁酸酯多孔支架。
實施例四一種組織工程用聚合物多孔支架材料的方法，選取冰粒子作為致孔劑，先把冰粒子堆積在模具中，將聚合物溶液置于冰柜中在冰點以下溫度進行預(yù)冷處理1～2小時(如可選擇1、1.5或2小時)，使聚合物溶液的溫度降至≤-5℃(如可降至-5℃、-9℃、-15℃、-28℃、)，再在0.5～1.5MPa的正壓力(如0.5、0.7、1.2、1.5MPa)或0.002～0.04Mpa(如0.002、0.012、0.07、0.028、0.034、0.04Mpa)的負壓力作用下，將預(yù)冷處理后的聚合物溶液滲入冰粒子之間，冷凍成型后得到含有聚合物、溶劑和冰的預(yù)制塊，再將預(yù)制塊置于-(55～61)℃下進行冷凍干燥，去除預(yù)制塊中的溶劑，并在-(5～10)℃(如-5、-6、-8、-10)℃)用真空干燥法去除預(yù)制塊中的致孔劑后即可得到多孔支架材料；上述聚合物溶液是將生物可降解聚合物按生物可降解聚合物與溶劑的質(zhì)量比為1∶4～1∶20的比例加入到溶劑中并在其中溶解，該溶劑采用冰點為低于水冰點的氯仿溶劑。
上述冰粒子的制取采用將水噴入液氮中制取冰粒子，在低于冰點的溫度下用標準篩對冰粒子進行篩分分級；上述溶解聚合物所用溶劑為氯仿；上述聚合物為聚羥基乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、羥基乙酸和乳酸的共聚物(PLGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚二氧雜環(huán)己酮(PDs)、三亞甲基碳酸酯(TMC)、聚3-羥基丁酸酯(PHB)、3-羥基丁酸酯和3-羥基己酸酯的共聚物(PHBHHx)或3-羥基丁酸酯和3-羥基戊酸酯的共聚物(PHBV)中的一種或幾種；上述冰粒子的粒徑選用300～900μm，例如冰粒子的粒徑可選用300、459、670或900μm。
實施例五一種用于上述組織工程用聚合物多孔支架材料的方法的制備裝置，由蓋1、筒體3、壓緊網(wǎng)4和支承網(wǎng)6組成，壓緊網(wǎng)4和支承網(wǎng)6設(shè)在筒體3內(nèi)，在壓緊網(wǎng)4與支承網(wǎng)6之間放置有致孔劑粒子5，上述蓋1設(shè)在筒體3的開口處，在蓋1與筒體3之間設(shè)有密封圈2，在蓋1和/或筒體3上設(shè)有進氣孔11及出氣孔12且進氣孔11及出氣孔12分別被設(shè)置于壓緊網(wǎng)4與支承網(wǎng)6的外側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種組織工程用聚合物多孔支架材料的方法，其特征在于選取冰粒子作為致孔劑，先把冰粒子堆積在模具中，將聚合物溶液置于冰柜中在冰點以下溫度進行預(yù)冷處理1～2小時，使聚合物溶液的溫度降至≤-5℃，再在0.5～1.5MPa的正壓力或0.002～0.04MPa的負壓力作用下，將預(yù)冷處理后的聚合物溶液滲入冰粒子之間，冷凍成型后得到含有聚合物、溶劑和冰的預(yù)制塊，再將預(yù)制塊置于-(55～61)℃下進行冷凍干燥，去除預(yù)制塊中的溶劑，并在-(5～10)℃用真空干燥法去除預(yù)制塊中的致孔劑后即可得到多孔支架材料；上述聚合物溶液是將生物可降解聚合物按生物可降解聚合物與溶劑的質(zhì)量比為1∶5～1∶20的比例加入到溶劑中并在其中溶解，該溶劑采用冰點為低于水冰點的溶劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織工程用聚合物多孔支架材料的方法，其特征是冰粒子的制取采用將水噴入液氮中制取冰粒子，在低于冰點的溫度下用標準篩對冰粒子進行篩分分級。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織工程用聚合物多孔支架材料的方法，其特征是溶解聚合物所用溶劑為氯仿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織工程用聚合物多孔支架材料的方法，其特征是聚合物為聚羥基乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、羥基乙酸和乳酸的共聚物(PLGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚二氧雜環(huán)己酮(PDs)、三亞甲基碳酸酯(TMC)、聚3-羥基丁酸酯(PHB)、3-羥基丁酸酯和3-羥基己酸酯的共聚物(PHBHHx)或3-羥基丁酸酯和3-羥基戊酸酯的共聚物(PHBV)中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織工程用聚合物多孔支架材料的方法，其特征是冰粒子的粒徑選用300～900μm。
6.一種用于實施權(quán)利要求1至5中任意一項所述組織工程用聚合物多孔支架材料的方法的制備裝置，其特征在于由蓋(1)、筒體(3)、壓緊網(wǎng)(4)和支承網(wǎng)(6)組成，壓緊網(wǎng)(4)和支承網(wǎng)(6)設(shè)在筒體(3)內(nèi)，在壓緊網(wǎng)(4)與支承網(wǎng)(6)之間放置有致孔劑粒子(5)，上述蓋(1)設(shè)在筒體(3)的開口處，在蓋(1)與筒體(3)之間設(shè)有密封圈(2)，在蓋(1)和/或筒體(3)上設(shè)有進氣孔(11)及出氣孔(12)且進氣孔(11)及出氣孔(12)分別被設(shè)置于壓緊網(wǎng)(4)與支承網(wǎng)(6)的外側(cè)。
全文摘要
一種組織工程用聚合物多孔支架材料的方法，其特征在于選取冰粒子作為致孔劑，先把冰粒子堆積在模具中，將聚合物溶液置于冰柜中在冰點以下溫度進行預(yù)冷處理1～2小時，使聚合物溶液的溫度降至≤－5℃，再在0.5～1.5MPa的正壓力或0.002～0.04MPa的負壓力作用下，將預(yù)冷處理后的聚合物溶液滲入冰粒子之間，冷凍成型后得到含有聚合物、溶劑和冰的預(yù)制塊，再將預(yù)制塊置于－(55～61)℃下進行冷凍干燥，去除預(yù)制塊中的溶劑，并在－(5～10)℃用真空干燥法去除預(yù)制塊中的致孔劑后即可得到多孔支架材料；上述聚合物溶液是將生物可降解聚合物按生物可降解聚合物與溶劑的質(zhì)量比為1∶5～1∶20的比例加入到溶劑中并在其中溶解，該溶劑采用冰點為低于水冰點的溶劑。
文檔編號A61L27/56GK1785438SQ200510122920
公開日2006年6月14日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者董寅生, 林萍華, 蒲躍樸, 孫浩, 郭超 申請人:東南大學