一种PFB水响应形状记忆组织工程支架及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种PFB水响应形状记忆组织工程支架及其制备方法，所述支架为由羟基化的高分子材料PFB通过交联得到的多孔支架。制备方法包括：(1)制备PFB；(2)将PFB配制成溶液，随后通过盐析法交联得到PFB水响应形状记忆组织工程支架。本发明专利技术使用的PFB具有良好的亲水性和热稳定性；热处理加工制备多孔的PFB支架，其力学性能可通过加工时间来调控；该支架在温和条件下具有显著的水响应形状记忆效应；此外，由于大量裸露的羟基，PFB可功能化修饰；同时PFB也被证明有良好的生物相容性，在生物医疗领域有着潜在的应用。

PFB water responsive shape memory tissue engineering scaffold and its preparation method

The invention relates to a PFB water responsive shape memory tissue engineering scaffold and a preparation method thereof, wherein the scaffold is a porous scaffold obtained by cross-linking of a polymeric material PFB. The preparation methods include: (1) preparation of PFB; (2) preparation of PFB into solution, and cross-linking of PFB with water to form shape memory tissue engineering scaffold by salting out method. The invention uses PFB with hydrophilic and good thermal stability; PFB heat treatment process for preparing porous scaffolds, its mechanical properties can be processed through time to control; the stent has a significant water response of shape memory effect under mild conditions; in addition, due to the large number of bare PFB hydroxyl functionalization; at the same time PFB has also been shown to have good biocompatibility, and have potential applications in biomedical field.

【技术实现步骤摘要】
一种PFB水响应形状记忆组织工程支架及其制备方法
本专利技术属于组织工程支架领域，特别涉及一种PFB水响应形状记忆组织工程支架及其制备方法。
技术介绍
自1980s，形状记忆聚合物(SMPs)一直在迅速发展。形状记忆聚合物，是指在某种外界剌激下这种聚合物能自发的从临时形状回复到初始形状。初始形状是从材料最初的加工过程中获得的形状，而临时形状是其在外力作用下变形并固定得到的形状。形状记忆聚合物可对热、磁、电、光、湿气，和一些化学刺激(例如pH变化)。形状记忆聚合物(SMPs)作为一类智能材料，在生物材料中占有重要的地位。在手术缝合线、支架、心脏瓣膜、药物释放、矫形术及光学治疗等具有广泛的应用，尤其在组织工程支架方面。例如：在2002年，A.Lendein等研究显示SMP能够作为自紧手术缝合线(self-tighteningsuture)用于微创手术中。作者选择生物相容性良好且可生物降解的聚己内酯－聚对二氧环己酮共聚物，材料在20℃下对伤口进行缝合后，只需要依靠人体温度就可以将缝合线自动收缩变紧，通过外置加热升温至41℃手术缝合线收缩得更加紧凑进而促进伤口的愈合。由于材料还具有可生物降解性能，因而当伤口愈合后减去了再次拆线的二次手术，避免了额外的线拆除手术给病人带来的痛苦；MichaelM等制备了一种可在37℃水中自动铺展的网丝，网丝由丁基-丙烯酸/二甲基丙烯酸酯/二羟甲基丙酸光聚合而得。该材料可用于微创手术中的伤口包扎，并可根据实际操作的时间需求来调节材料中成分的比例；WardSmallIV加工了一种热塑性形状记忆聚合物，该聚合物可利用一种激光激发来消除凝血块。在植入手术中，这种杆状的SMP微执行器可植入到血管闭塞的地方，执行器的末端接了一个光学纤维，然后通过激光加热使其转变到预先设置的直线型，而当展开到螺旋状时，执行器可伸缩并且捕捉血栓，从而消除血栓。这些利用直接热刺激或间接热刺激的支架、器件在使用过程中均受温度控制，一则温度敏感，操作和材料的要求大大提高，二则在使用间接热刺激时，对周围组织有着潜在危害。而体内水的比重约为70％，水响应形状记忆材料在体内操作时较易实现，且克服了上述问题；此外，在研究生物医用的水响应形状记忆材料时，需考虑材料的生物相容、生物降解以及生物活性等生物特性。目前，较为热点的水响应形状记忆材料主要包括天然材料、基于生物大分子的复合材料以及少量共聚材料。XueliangXiao和Z.Q.Liu报道了动物毛发的形状记忆特点，因为动物毛发中含有大量的角蛋白，该类材料广泛存在于自然界，并对水敏感，此外建立了形状记忆高分子模型，有力于之后形状记忆高分子的合成；BiQiongChen等和JoaoF.Mano等分别制备纳米微晶纤维素(CNCs)/聚癸二酸丙三醇酯聚氨酯(PGSU)、壳聚糖(CHT)/生物活玻璃纳米粒子(BG-NPs)水响应的形状记忆复合材料。天然材料分子结构单一，不易加工，且在生物医用过程中有潜在的排斥性；基于生物高分子的复合材料组成有限制性，物理、化学性质约束性。因此基于水响应形状记忆材料的实用性、多样性等特点，合成水响应形状记忆高分子在生物医学领域有着很大的潜力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种PFB水响应形状记忆组织工程支架及其制备方法，该支架使用的PFB具有良好的亲水性和热稳定性；热处理加工制备多孔的PFB支架，其力学性能可通过加工时间来调控；该支架在温和条件下具有显著的水响应形状记忆效应；此外，由于大量裸露的羟基，PFB可功能化修饰；同时PFB也被证明有良好的生物相容性，在生物医疗领域有着潜在的应用。本专利技术提供了一种PFB水响应形状记忆组织工程支架，所述支架为由羟基化的高分子材料PFB通过交联得到的多孔支架；其中，PFB的结构式为：所述PFB上的羟基作为活性位点进行功能化修饰。本专利技术还提供了一种PFB水响应形状记忆组织工程支架的制备方法，包括：(1)将重结晶的富马酸和1,2,3,4-二环氧丁烷在无水无氧的N2环境下混合，再加入催化剂和溶剂，90℃-100℃下通过酸诱导环氧开环反应制得PFB；(2)将PFB配制成溶液，随后通过盐析法交联得到PFB水响应形状记忆组织工程支架。所述步骤(1)中的富马酸和1,2,3,4-二环氧丁烷的摩尔比为1:1。所述步骤(1)中的催化剂为四丁基溴化铵。所述步骤(1)中的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。所述步骤(2)中的交联为热交联或光交联。首先，由天然材料、基于生物大分子的复合材料以及少量共聚材料的报道可知，水响应形状记忆材料分子结构中可包括两部分：一是稳定的网络结构，以确保材料的永久形态；二是分子开关，可分为氢键形成-氢键断裂和玻璃态-高弹态之间的转变，这一性质要求分子结构中含有亲水性性官能团，极大部分是羟基和氨基。其次，用于生物医疗的水响应形状记忆材料还需有良好的生物特性，例如生物相容性、生物可降解性、生物活性。在本专利技术中，选择聚酯材料，即PFB，一方面可满足水响应性，另一方面可满足其在生物医疗领域的可用性，最后，该聚合物具有可加工性，固化成型为支架，用于组织工程。在该结构中，引入了聚酯骨架这一可生物相容材料，酯基可保证材料的生物降解特性，大量的羟基是材料呈现亲水特点；此外，还可调节骨架中碳链的长度以调节材料的亲水特性，根据实际需要，确定其具体的结构。从二环氧化合物和二酸出发，一步制得羟基化的系列聚酯，通过进一步修饰可以引入羧基、氨基等丰富的功能团，为合成功能团化的可降解高分子提供了一个有力的平台。本专利技术制备了一种具有水响应形状记忆功能，其合成过程如方程式所示，且机械，降解性质优良的新一代组织工程支架材料。有益效果本专利技术使用的PFB具有良好的亲水性和热稳定性；热处理加工制备多孔的PFB支架，其力学性能可通过加工时间来调控；该支架在温和条件下具有显著的水响应形状记忆效应；此外，由于大量裸露的羟基，PFB可功能化修饰；同时PFB也被证明有良好的生物相容性，在生物医疗领域有着潜在的应用。附图说明图1为PFB单体的1HNMR谱图；图2为PFB单体的红外光谱图；图3a为PFB支架的红外光谱图；图3b为PFB支架的DSC曲线；图3c为PFB支架的孔隙率；图3d为湿态、干态下PFB支架的结构差异；图4a为不同交联时间的支架的应力应变曲线；图4b为干态PFB支架最大应力和弹性模量；图4c-d为湿态PFB支架循环压缩测试(5％到40％，循环5次)；图4e为湿态PFB支架最大应力和弹性模量；图5为PFB支架的水响应形状记忆效果：其中，A：支架的原始形态及其对应的微观结构图；B：支架的形变状态及其对应的微观结构图；C：支架的回复形态及其对应的微观结构图；图6a-c为PFB支架的固定率及回复率测试；图7a为PFB支架和PLGA支架的成骨细胞增值比例；图7b为PFB支架和PLGA支架的表面活成骨细胞比例，P<0.05；图7c为PFB支架和PLGA支架的成骨细胞形态；其中，a-c为PFB，e-g为PLGA，d和h分别为PFB和PLGA表面培养24h荧光图像；图7d为PFB支架和PLGA支架的ALP实验。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PFB水响应形状记忆组织工程支架，其特征在于：所述支架为由羟基化的高分子材料PFB通过交联得到的多孔支架；其中，PFB的结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种PFB水响应形状记忆组织工程支架，其特征在于：所述支架为由羟基化的高分子材料PFB通过交联得到的多孔支架；其中，PFB的结构式为：n＝29～30。2.根据权利要求1所述的一种PFB水响应形状记忆组织工程支架，其特征在于：所述PFB上的羟基作为活性位点进行功能化修饰。3.一种PFB水响应形状记忆组织工程支架的制备方法，包括：(1)将重结晶的富马酸和1,2,3,4-二环氧丁烷在无水无氧的N2环境下混合，再加入催化剂和溶剂，90℃-100℃下通过酸诱导环氧开环反应制得PFB；(2)将PFB配制成溶液，随后通过盐析法交联得到PFB水响应形状记...

【专利技术属性】
技术研发人员：游正伟，吕姿颖，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31