專利名稱：聚乳酸－聚醚嵌段共聚物三維多孔支架材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬高分子材料和生物醫(yī)學工程技術領域，具體為一種具有細胞親和性的組織工程用三維多孔支架材料及其制備方法。
組織在體內常為三維空間構型，給細胞的生長提供了適宜的營養(yǎng)條件和空間條件，有利于組織發(fā)揮特定的生理功能。因此，用于體外組織工程的支架材料需要具有必要的顯微結構和一定的孔隙率，以容納間充質細胞并促進其功能的發(fā)揮。國外已有人對組織工程用多孔支架的制備進行了廣泛的研究，具體可分為纖維編織法(Mikos AG，Sarakinos G，LymanMD，et al.Preparation of poly(glycolic acid)bonded fiber structures for cell attachment andtransplantation.J Biomed Mater Res，1993，27183～189)、溶劑澆鑄-粒子濾瀝法(MikosAG，Thorsen AJ，Czerwonka LA，et al Preparation and characterization of poly(L-lactic acid)foams.Polymer，1994，35(5)1068～1077)、相分離法(Lo H，Ponticiello MS，Leong KW.Fabrication of controlled release biodegradable foams by phase separation.TissueEngineering，1995，115～28)、冷凍干燥技術(Whang K，Thomas CH，Healy KE，et al.A novelmethod to fabricate bioadsorbable scaffolds.Polymer，1995，36837～842)、氣體發(fā)泡法(HarrisLD，Kim BS，Mooney DJ.Open pore biodegradable matrices formed with gas foaming.J BiomedMater Res，1998，42396～402)。國內研究尚處于起步階段，由于各種條件的限制，制得的多孔支架材料多為多孔薄膜，無法完全滿足組織工程的需要。本研究采用溶劑澆鑄-粒子濾瀝技術與層疊技術相結合的方法，制備了具有一定空間形狀的組織工程用三維多孔支架材料。
本發(fā)明提出的組織工程用三維多孔支架材料，是一種由D，L-丙交酯(D，L-LA)和聚醚共聚制備獲得的聚乳酸-聚醚嵌段共聚物。
本發(fā)明中，采用不同分子量的聚醚，可得到不同分子量的聚乳酸-聚醚嵌段共聚物。聚醚可采用聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)、聚四氫呋喃等親水聚合物，則相應的嵌段共聚物PLA-PEG、PLA-PEO、PLA-聚四氫呋喃等。
本發(fā)明中，上述聚乳酸-聚醚嵌共聚物可制成薄膜，薄膜的厚度為0.1-2mm。更進一步，可將上述薄膜材料疊合，得到復層材料，一般可有3-8層薄膜疊合構成，成為所需要的具有一定空間形狀的三維支架材料。
本發(fā)明對于上述材料具體制備方法如下1、聚乳酸-聚醚嵌段共聚物的合成將D，L-LA、聚醚(如聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)、聚四氫呋喃等親水性聚合物)按重量比例為300∶1～3∶1，以及作為催化劑的辛酸亞錫加入反應瓶，催化劑與反應原料的質量比為0.01％～1％，充氮氣、抽真空，反復3-5次，然后封口；放入鹽浴鍋，在140℃～200℃溫度下聚合2～40小時；聚合結束后冷卻，取出共聚物，用有機溶劑溶解，有機溶劑可以為乙酸乙酯、或者丙酮、氯仿等，在正庚烷(甲醇或者水等)中沉淀，并用蒸餾水反復洗滌，然后真空干燥，得到純化的聚乳酸-聚醚嵌段共聚物。
2、聚乳酸-聚醚多孔薄膜的制備制備聚乳酸-聚醚嵌段共聚物多孔薄膜的具體步驟是(1)將一定質量的聚乳酸-聚醚嵌段共聚物溶于有機溶劑中，制成5％～30％的溶液，這里有機溶劑可以是氯仿，或者二氯甲烷、二氧六環(huán)、四氫呋喃等；(2)將已篩好顆粒為50～500um的致孔劑加入到嵌段共聚物溶液中，致孔劑與聚合物的質量比例為1∶1～9∶1，并混合均勻，這里致孔劑可以是氯化鈉、酒石酸鈉、檸檬酸鈉、碳酸鈉、蔗糖等；(3)把三者混合物澆鑄于鋁箔上，讓溶劑自然揮發(fā)12～48小時；(4)真空干燥12～48小時，以去除殘留的溶劑；(5)將上述物質加熱到80℃～120℃，維持時間10分鐘～2小時，剝除鋁箔后得到含有致孔劑的單層薄膜；(6)把單層薄膜浸入到裝有水(可以是去離子水，或者自來水、純凈水等)的燒杯中，然后把燒杯放在超聲波振蕩器中振蕩，每6～8小時換水一次，去除致孔劑，溫度控制在28℃-35℃左右；(7)讓去除致孔劑的單層多孔薄膜自然干燥12～48小時，然后于28-35℃真空干燥24～72小時，放入干燥器中備用。
3、聚乳酸-聚醚單層多孔薄膜的疊合用吸管吸取少量的有機溶劑(如氯仿或二氯甲烷)滴在書寫紙上，待溶劑平鋪后用鑷子將兩張欲疊加的單層多孔薄膜放在書寫紙上，按壓，使其充分濕潤，然后讓兩個濕潤面充分接觸，使之完全粘結在一起。最后將其在15～50℃的真空烘箱中真空干燥12～48小時，以除去疊加時所用的溶劑。按照此方法，可以依次疊加出3到8層的多層多孔膜。根據需要，用刀片或者打孔機可以制備出方形或圓形的等具有一定空間形狀的聚乳酸-聚醚共聚物的三維多孔支架材料，見圖4所示。
下面以PLA-PEG共聚物為例分析其分子量，以及孔隙率與致孔劑用量的關系。
1.共聚物分子量的分析在相同的聚合溫度和聚合時間下，PLA-PEG嵌段共聚物分子量與原料中PEG含量的關系見

圖1。試驗的聚合溫度為170℃，聚合時間為6小時。
圖1顯示，隨著參與共聚的PEG相對含量的增加，共聚物分子量逐漸下降。這說明丙交酯含量的相對減少導致嵌段共聚物中PLA鏈段含量下降。
2.孔隙率與原料中致孔劑含量的關系在致孔劑(氯化鈉)顆粒尺寸相同的情況下，PLA-PEG多孔支架材料的孔隙率是由原料中致孔劑的最初含量決定的，如表1所示。表1孔隙率與原料中致孔劑最初含量的關系

從表1可知，多孔支架材料的孔隙率與致孔劑(氯化鈉)的含量有較好的對應關系。孔隙率大體上是隨著致孔劑含量的增加而增加的。因此，可以通過控制原料中致孔劑的含量來控制多孔支架材料孔隙率的大小。材料最終的孔隙率與原料中致孔劑的最初含量有少許的差別，這主要是由于聚合物溶液與致孔劑的混合物在澆鑄時轉移不完全造成的。
3.單層多孔薄膜的疊加及制樣由于致孔劑與聚合物溶液的密度大小不同，采用溶劑澆鑄-粒子濾瀝技術制備的單層多孔薄膜的厚度一般不超過2mm。組織工程支架材料一般都需要具有一定形狀的空間三維結構，因此本發(fā)明采用了層疊技術制備出具有一定厚度的多孔材料。對疊加處的橫截面用掃描電鏡觀察，結果如圖3所示。從圖中發(fā)現疊加處并沒有明顯的破壞痕跡，孔結構依然存在，且分布較均勻。
其余聚乳酸-聚醚嵌段共聚物的實驗結果與上述相似。
圖2為多孔薄膜孔隙圖示。
圖3為多層薄膜材料橫截面掃描電鏡圖示。
圖4為三維多孔支架材料實物照片。
實施例1、稱取30gD，L-LA和1gPEG(分子量為6000)加入反應瓶，滴加0.023g辛酸亞錫作為催化劑。然后充氮氣10分鐘，抽真空10分鐘，再次充氮氣8分鐘，抽真空8分鐘，接著封口。最后放入170℃的鹽浴鍋中反應6h。反應結束后冷卻、取出共聚物，用乙酸乙酯溶解，在正庚烷中沉淀，并用蒸餾水洗滌4次，然后放入真空烘箱中真空干燥24h，得到純化的PLA-PEG嵌段共聚物。經GPC測定，共聚物的分子量為4.1萬。
實施例2、稱取10gD，L-LA和1gPEO(分子量為5000)加入反應瓶，滴加0.016g辛酸亞錫作為催化劑。然后充氮氣10分鐘，抽真空10分鐘，再次充氮氣8分鐘，抽真空8分鐘，接著封口。最后放入150℃的油浴鍋中反應2.5h。反應結束后冷卻、取出共聚物，用二氯甲烷溶解，在冷甲醇中沉淀，并用蒸餾水洗滌3次，然后放入真空烘箱中真空干燥24h，得到純化的PLA-PEO嵌段共聚物。經GPC測定，共聚物的分子量為4.52萬。
實施例3、取分子量為4.1萬的PLA-PEG嵌段共聚物0.9g溶于10ml的氯仿，然后加入2.1g粒徑為100～120目的氯化鈉顆粒，混合均勻后澆鑄于鋁箔上成型。讓成型物在室溫下自然揮發(fā)12h以除去溶劑，然后于35℃的真空烘箱中干燥36h，接著在100的溫度下加熱0.5h，冷卻剝除鋁箔。然后置于裝有去離子水的燒杯中浸泡72h(其間燒杯置于超聲波振蕩器振蕩，去離子水每隔6～8h換一次)。隨后取出多孔薄膜在室溫下晾干，再在35℃的真空烘箱中真空干燥48h。所制得的多孔薄膜的孔隙率為69.3％。
實施例4、取分子量為4.1萬的PLA-PEG嵌段共聚物0.6g溶于8ml的氯仿，然后加入2.4g粒徑為100～120目的氯化鈉顆粒，其余的步驟同實施例3相同。所制得的多孔薄膜的孔隙率為81.1％，如圖2所示。
實施例5、取分子量為5.3萬的PLA-PEG嵌段共聚物0.6g溶于8ml的氯仿，然后加入2.4g粒徑為80～100目酒石酸鈉顆粒，其余的步驟同實施例3相同。所制得的多孔薄膜的孔隙率為80.8％。
實施例6、取分子量為5.3萬的PLA-PEG嵌段共聚物0.3g溶于6ml的氯仿，然后加入2.7g粒徑為100～120目的氯化鈉顆粒，其余的步驟同實施例3相同。所制得的多孔薄膜的孔隙率為90.7％。
實施例7、取三張孔隙率為80.8％的PLA-PEG嵌段共聚物多孔薄膜(每張的厚度為0.8～1.0mm)進行層疊，其中每張多孔薄膜用打孔機制成圓形。首先用滴管吸取少量的氯仿滴加在書寫紙上，待其平鋪后把兩張欲疊加的多孔薄膜附于書寫紙上，讓層疊面充分濕潤，然后將兩個濕潤面粘結在一起，并用鑷子輕輕擠壓以使其充分接觸，按照此方法再疊加第三張多孔薄膜。制得了如圖4所示的圓盤形三維多孔支架材料。層疊處橫截面的掃描電鏡圖如圖3所示。
實施例8、取六張孔隙率為82.5％的PLA-PEG嵌段共聚物多孔薄膜(每張的厚度為0.8～1.0mm)進行層疊，其中每張多孔薄膜用刀片切成大小不同的三角形，其余的步驟同實施例6相同。制得了如圖4所示的鼻狀形三維多孔支架材料。
權利要求
1.一種組織工程用三維多孔支架材料，其特征在于是由D，L-LA和聚醚共聚制備而獲得的聚乳酸-聚醚嵌段共聚物。
2.根據權利要求1所述的三維多孔支架材料，其特征在于該嵌段共聚物為PLA-PEG、PLA-PEO、PLA-聚四氫呋喃之一種。
3.根據權利要求1所述的三維多孔支架材料，其特征在于為薄膜形狀，厚度為0.1-2mm。
4.根據權利要求3所述的三維多孔支架材料，其特征在于由3-8層薄膜疊合構成。
5.一種如權利要求1所述的三維多孔支架材料的制備方法，其特征在于(1)聚乳酸-聚醚等嵌段共聚物的合成將D，L-LA、聚醚按重量比例為300∶1～3∶1，以及作為催化劑的辛酸亞錫加入反應瓶，催化劑與反應原料的質量比為0.01％～1％，充氮氣、抽真空，反復3-5次，然后封口；放入鹽浴鍋，在140℃～200℃溫度下聚合2～40小時；聚合結束后冷卻，取出共聚物，用有機溶劑溶解，在正庚烷或者甲醇或者水中沉淀，并用蒸餾水反復洗滌，然后真空干燥，得到純化的聚乳酸-聚醚嵌段共聚物。(2)聚乳酸-聚醚多孔薄膜的制備①將聚乳酸-聚醚嵌段共聚物溶于有機溶劑中，制成5％～30％的溶液；②將已篩好顆粒為50～500um的致孔劑加入到嵌段共聚物溶液中，致孔劑與聚合物的比例為1∶1～9∶1，并混合均勻，這里致孔劑為氯化鈉、酒石酸鈉、檸檬酸鈉、碳酸鈉、蔗糖之一種；③把三者混合物澆鑄于鋁箔上，讓溶劑自然揮發(fā)12～48小時；④真空干燥12～48小時，以去除殘留的溶劑；⑤將上述物質加熱到80℃～120℃，維持時間10分鐘～2小時，剝除鋁箔后得到含有致孔劑的單層薄膜；⑥把單層薄膜浸入到裝有水的燒杯中，然后把燒杯放在超聲波振蕩器中振蕩，每6～8小時換水一次，去除致孔劑，溫度控制在28-35℃左右；⑦讓去除致孔劑的單層多孔薄膜自然干燥12～48小時，然后于28-35℃真空干燥24～72小時，放入干燥器中備用；(3)聚乳酸-聚醚單層多孔薄膜的疊合用吸管吸取有機溶劑滴在書寫紙上，待溶劑平鋪后用鑷子將兩張欲疊加的單層多孔薄膜放在書寫紙上，按壓，使其充分濕潤，然后讓兩個濕潤面充分接觸，使之完全粘結在一起；最后將其在15～50℃的真空條件下干燥12～48小時，以除去疊加時所用的溶劑；按照此方法，依次疊加出3到8層的多孔膜。
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于所用的聚醚為聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚四氫呋喃之一種。
7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于合成嵌段共聚物中所用的有機溶劑為乙酸乙酯、丙酮、氯仿之一種。
8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于制備多孔薄膜所用的有機溶劑為氯仿、二氯甲烷、二氧六環(huán)、四氫呋喃之一種。
9.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于疊合多孔薄膜所用的有機溶劑為氯仿或二氯甲烷。
全文摘要
本發(fā)明屬高分子材料和生物醫(yī)學工程技術領域，具體為一種具有細胞親和性的組織工程用三維多孔支架材料及其制備方法。它是用D，L－丙交酯(D，L－LA)和不同種類不同分子量的聚醚共聚制備一系列具有不同分子量的聚乳酸－聚醚嵌段共聚物，以改善聚乳酸材料的疏水性。在此基礎上，采用溶劑澆鑄－粒子濾瀝技術制備多孔薄膜，然后采用氯仿粘結單層多孔薄膜制得具有一定空間形狀的組織工程用三維多孔支架材料。本發(fā)明制備的三維多孔支架材料具有一定的親水性，生物相容性好，孔隙率可達90％以上，且孔與孔之間相互貫通，有利于細胞的粘附與生長，符合組織工程對支架材料的一般要求。
文檔編號C08G81/00GK1446841SQ03114939
公開日2003年10月8日 申請日期2003年1月16日 優(yōu)先權日2003年1月16日
發(fā)明者任杰, 吳志剛 申請人:同濟大學