一种具有定向孔结构的促血管化组织修复材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有定向孔结构的促血管化组织修复材料及其制备方法和应用，属于生物材料技术领域。本发明专利技术通过结构仿生设计，采用原位有机/无机复合和冷冻干燥技术制备了具有定向孔结构的促血管化组织或器官修复材料PVA/HA‑Si，在力学性能、结构取向性、降解性能和促血管化功能上均有改善，能广泛应用于组织工程和再生医学领域中，不仅可用于组织工程支架，还可用于软组织的损伤修复，在组织或器官的缺损治疗和修复等方面具有广阔的应用前景。另外，本发明专利技术采用‑80℃预冷铜板定向冷冻的方法改善了材料结构的定向性，得到更为接近天然ECM的竖直取向结构，更利于细胞的粘附，诱导细胞迁移和分化。

【技术实现步骤摘要】
一种具有定向孔结构的促血管化组织修复材料及其制备方法和应用
本专利技术属于生物材料
，具体涉及一种具有定向孔结构的促血管化组织修复材料及其制备方法和应用。
技术介绍
人体组织或器官损伤是临床常见疾病，毛细血管的新生与形成在组织或器官的再生过程中扮演着重要角色。随着新生血管的长入，氧气等营养物质随之被运输到损伤部位，为细胞的生长黏附和迁移提供养分。对于大面积的组织或器官损伤，新生血管形成的快慢直接影响其愈合的速度。近年来，随着材料科学与制备新技术的快速发展，具有不同拓扑结构和特定功能化的组织修复材料的研发也备受关注，现有的大多数组织或器官替代物在一定程度上可起保护支撑作用，对组织或器官的再生也有一定的促进作用，然而对比自体组织，其恢复效果能有一定差距，其中一个重要原因就是对损伤处新生血管的诱导能力存在不足。因此，促血管化微环境的构建是组织或器官修复材料的关键。羟基磷灰石(HA)由于其良好的生物相容性和生物活性，是牙科骨科修复的首选材料。掺硅羟基磷灰石(HA-Si)不仅具有羟基磷灰石的稳定性及生物相容性，而且硅离子的加入可在一定程度上促进钙磷材料的降解，释放出来的钙、磷、硅离子等通过离子通道进入细胞，对胞内信号转导通路起到激活作用，可加快血管化的进程。在骨修复材料研究中发现，生物玻璃和掺硅羟基磷灰石等无机成分的加入对成骨和血管化有一定促进作用。血运的重建是组织再生的关键环节之一，因此，掺硅羟基磷灰石无机粒子作为促皮肤血管化支架材料有一定的应用价值。聚乙烯醇(PVA)因其优异的生物相容性、稳定性、易于加工的优势，在组织工程基质、药物运输载体等方面获得越来越多的关注。PVA水溶液可以通过反复冻融过程中的微晶形成而转变为水凝胶，避免可能导致毒性化学交联剂的添加，且PVA具有良好的保湿性和可控的生物降解性能，作为皮肤替代物有广阔的应用前景。目前，常用组织修复材料的制备方法有PVA与无机材料共混后液氮反复冻融和共混后减压脱泡静置等。这些方法的主要缺点是材料的孔结构较小且没有明显的取向结构。另外，由于冷冻干燥时不易控制温度，因此很难得到定向孔结构的材料。基于上述理由，提出本申请。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术在冷冻时热传递效率低和操作繁琐的不足，提供一种加工工艺稳定、支架结构可控的具有定向孔结构的促血管化组织修复材料及其制备方法和应用。本专利技术的促血管化组织修复材料为支架材料，具有可控取向孔结构，有利于细胞的黏附、增殖、迁移和分化，具有促内皮细胞血管化的作用。本专利技术通过结构仿生设计，采用原位有机/无机复合和冷冻干燥技术制备了具有定向孔结构的促血管化组织或器官修复材料PVA/HA-Si，在力学性能、结构取向性、降解性能和促血管化功能上均有改善，能广泛应用于组织工程和再生医学领域中，不仅可用于组织工程支架，还可用于软组织的损伤修复，在组织或器官的缺损治疗和修复等方面具有广阔的应用前景。为了实现本专利技术的上述其中一个目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种具有定向孔结构的促血管化组织修复材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：1)常温下，将聚乙烯醇(PVA)在适量去离子水中搅拌至溶胀后，缓慢升温至70～90℃，继续搅拌至完全溶解，获得PVA溶液；2)称取适量二水氯化钙(CaCl2·2H2O)，配置成CaCl2溶液，调节pH值至9～11后一次性全部加入到步骤1)获得的PVA溶液中，搅拌均匀，再将所得混合液在70～90℃条件下搅拌培育4h，获得PVA-CaCl2溶液；3)常温下，将十二水磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)溶于适量去离子水中，调节pH值至9～11后加入硅酸酯，混合均匀，搅拌水解10～60min，获得P/Si溶液；其中：所述十二水磷酸氢二钠与硅酸酯的摩尔比为11：1；4)将步骤3)所述P/Si溶液逐滴加入到步骤2)所得PVA-CaCl2溶液中，滴加结束后，继续在70～90℃条件下搅拌并封口反应30min，反应完成后，搅拌冷却至常温，超声除气泡，获得PVA/HA-Si水溶液；5)将步骤4)所述PVA/HA-Si水溶液转移至模具中，然后将所述模具放置在-80℃冰箱预冷的冷冻铜板上，待最上层溶液结冰时完成定向冷冻，最后冷冻干燥后倒出，获得所述的具有定向孔结构的促血管化组织修复材料PVA/HA-Si。具体地，上述技术方案，步骤1)中所述常温是指四季中自然室温条件，不进行额外的冷却或加热处理，一般常温控制在10～30℃，最好是15～25℃。进一步地，上述技术方案，步骤1)中所述PVA为麦克林1788型，分子量为110000～130000Da。进一步地，上述技术方案，步骤1)中所述PVA溶液中，PVA的浓度为1～5wt％，较优选3wt％。进一步地，上述技术方案，步骤1)中所述搅拌可采用磁力搅拌器进行搅拌，为防止PVA粘在烧瓶壁上，所述磁力搅拌器的转速优选为100～200r/min。进一步地，上述技术方案，步骤2)中所述CaCl2溶液的浓度为0.1～1mol/L，较优选为0.5mol/L。进一步地，上述技术方案，步骤2)、步骤3)中pH值调节剂均优选为氨水。更进一步地，上述技术方案，所述氨水优选将浓度为25wt％的浓氨水与去离子水按体积比1：1配制，配制所得氨水的浓度约为6mol/L。进一步地，上述技术方案，步骤2)、步骤3)中pH值均优选调节至11。具体地，上述技术方案，步骤2)中所述CaCl2溶液的加入方式为直接倒入。进一步地，上述技术方案，步骤2)和步骤3)中所述搅拌采用的磁力搅拌器的转速均为300～400r/min。进一步地，上述技术方案，步骤2)中所述聚乙烯醇与二水氯化钙的质量比为2～3：1。进一步地，上述技术方案，步骤3)中所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸四乙酯(TEOS)、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯、聚硅酸乙酯中的一种或多种，其中聚硅酸乙酯SiO2质量分数为28％～40％。更进一步地，上述技术方案，所述正硅酸四乙酯的密度为0.923～0.936g/mol(20℃)。进一步地，上述技术方案，步骤4)中所述P/Si溶液的滴加速度为1～3滴/s。进一步地，上述技术方案，步骤4)中所述超声除气泡的时间不限，其目的在于使气泡完全消除，超声时间一般为20～40min，较优选为30min。进一步地，上述技术方案，步骤4)中所述搅拌采用的磁力搅拌器的转速均为600～800r/min，此步骤中，搅拌的目的在于防止PVA/HA-Si团聚。进一步地，上述技术方案，步骤5)中所述模具优选为圆柱形，所述圆柱形模具的直径为2cm，高为0.5cm；所述模具优选采用PE材质。进一步地，上述技术方案，步骤5)中所述铜板温度为-80℃，可根据所需孔径调整温度。本专利技术的第二个目的在于提供上述所述方法制备的具有定向孔结构的促血管化组织修复材料PVA/HA-Si，其中：所述HA-Si分子式为Ca10(PO4)5.5(SiO4)0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有定向孔结构的促血管化组织修复材料的制备方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：/n1)常温下，将聚乙烯醇在适量去离子水中搅拌至溶胀后，缓慢升温至70～90℃，继续搅拌至完全溶解，获得PVA溶液；/n2)称取适量二水氯化钙，配置成CaCl

【技术特征摘要】
1.一种具有定向孔结构的促血管化组织修复材料的制备方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：
1)常温下，将聚乙烯醇在适量去离子水中搅拌至溶胀后，缓慢升温至70～90℃，继续搅拌至完全溶解，获得PVA溶液；
2)称取适量二水氯化钙，配置成CaCl2溶液，调节pH值至9～11后一次性全部加入到步骤1)获得的PVA溶液中，搅拌均匀，再将所得混合液在70～90℃条件下搅拌培育4h，获得PVA-CaCl2溶液；
3)常温下，将十二水磷酸氢二钠溶于适量去离子水中，调节pH值至9～11后加入硅酸酯，混合均匀，搅拌水解10～60min，获得P/Si溶液；其中：所述十二水磷酸氢二钠与硅酸酯的摩尔比为11：1；
4)将步骤3)所述P/Si溶液逐滴加入到步骤2)所得PVA-CaCl2溶液中，滴加结束后，继续在70～90℃条件下搅拌并封口反应30min，反应完成后，搅拌冷却至常温，超声除气泡，获得PVA/HA-Si水溶液；
5)将步骤4)所述PVA/HA-Si水溶液转移至模具中，然后将所述模具放置在-80℃冰箱预冷的冷冻铜板上，待最上层溶液结冰时完成定向冷冻，最后冷冻干燥后倒出，获得所述的具有定向孔结构的促血管化组织修复材料PVA/HA-Si。


2.根据权利要求1所述的具有定向孔结构的促血管化组织修复材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述PVA溶液中，PVA的浓度为1～5wt％。


3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宾斌，刘涛，张泓宇，练辰希，韩颖超，王欣宇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42