本发明专利技术公开了一种微创生物支架的制造方法,将制造的水凝胶结构进行溶胀和冷冻干燥,获得气凝胶结构,将获得的气凝胶结构在温湿条件下进行潮化处理,获得微创生物支架。本发明专利技术还提供一种微创生物支架以及其应用。本发明专利技术制造的生物支架可实现体积的大比例缩放,且不对支架的结构完整性和生物兼容性产生影响;可兼容多种生物水凝胶材料和多种支架结构;制造过程步骤简单、量化易控,便于标准化和产业化。便于标准化和产业化。
【技术实现步骤摘要】
一种微创注射生物支架及其制造方法与应用
[0001]本专利技术涉及植入式生物支架的制造
,尤其涉及一种微创注射生物支架的制造方法及应用。
技术介绍
[0002]使用组织工程生物支架对受损组织内进行修复,是目前有望替代自体组织移植(皮瓣移植)等传统治疗方法的新型治疗方案。生物支架的仿生空间结构和良好的生物兼容性可以诱导伤口周围的细胞向内长入,加速组织的再生和功能的重建。然而,受限于生物支架的仿生结构和材料的物理性质,生物支架在植入患处的过程中,往往需要配合侵入性的外科手术,造成了手术难度的上升和患者的二次伤害。
[0003]微创注射生物支架,通过事先将支架的体积进行压缩,能够以微创的形式将压缩支架注射到患处,并在植入后快速溶胀,恢复到压缩前的支架体积,对缺损部位进行填充和外形修复;另一方面,恢复到溶胀状态的生物支架仍具有仿生空间结构和良好生物性,能够诱导周围细胞的长入和组织的新生。这样,生物支架的微创植入治疗方案,能够在保证治疗效果的同时,达到降低手术难度和减轻病人的痛楚。
[0004]然而,现有的生物支架通常只关注支架的生物兼容性以及力学模量、抗疲劳、自愈合等特种理化性能,这样的生物支架通常不具备空间压缩能力,只能通过侵入性的二次手术植入体内,增加了手术感染和并发症的风险。
[0005]公开号为US20140112990A1的专利文献公开了一种可微创注射的预成型三维支架,用于体内的药物缓释。通过将天然水凝胶材料进行低温凝胶化处理,在预成型的水凝胶结构内部构建宏观孔隙,形成具有形状记忆特性的水凝胶三维支架,这些支架具有可逆变形的能力,能够通过小口径的注射装置并快速恢复体积,以进行药物的可控释放。该专利技术的压缩比例由水凝胶的固含量决定,体积缩放比例存在上限,无法实现大尺寸支架的微创注射。
[0006]Ying等人在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)第30卷第46期发表了题为《Bioprinted Injectable Hierarchically Porous Gelatin Methacryloyl Hydrogel Constructs with Shape
‑
Memory Properties》的研究成果,公开了一种3D打印的分层结构水凝胶支架,用于微创注射和细胞治疗。通过混合两种生物水凝胶材料,形成内部具有相互连接微孔的双水相乳化生物墨水,再利用生物3D打印技术将其构建成具有宏观孔结构的水凝胶支架。利用支架中宏微观孔隙的压缩性,该支架可以利用注射时针管中剪切力产生形变而顺利植入体内,并在植入部位恢复形状。该研究中的微创注射方法对结构相对简单的二维支架行之有效,当注射对象为结构更复杂、精细的三维生物支架时,会受到支架结构压缩比例的限制,无法顺利通过针管或在剪切力下引起结构的破坏。
技术实现思路
[0007]针对本领域存在的不足之处,本专利技术提供了一种可微创注射生物支架及其制造方
法。通过生物制造工艺构建水凝胶生物支架,并对生物支架进行后处理优化缩小了支架的体积,实现了可微创注射支架的制造,能够在维持支架结构完整的前提下实现支架体积的大比例压缩和恢复,且支架体积变化前后保持良好的生物兼容性不变,为生物支架微创注射的手术治疗方案提供了技术基础。
[0008]一种微创生物支架的制造方法,包括:将制造的水凝胶结构进行溶胀和冷冻干燥(冻干),获得气凝胶结构,将获得的气凝胶结构在温湿条件下进行潮化处理,获得微创生物支架。
[0009]作为优选,所述潮化处理条件为:温度20℃
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45℃,湿度75%
‑
98%。
[0010]作为优选,所述的水凝胶材料包括天然水凝胶材料和合成水凝胶材料中的至少一种。
[0011]进一步优选,所述的天然水凝胶材料包括多糖类(淀粉及其衍生物、纤维素及其衍生物、海藻酸及其衍生物、海藻酸钠及其衍生物、透明质酸及其衍生物(甲基丙烯酰化透明质酸),壳聚糖等及其衍生物类)或多肽类(明胶及其衍生物(优选为甲基丙烯酰化明胶)、胶原及其衍生物)中的至少一种。
[0012]进一步优选,所述的合成水凝胶材料包括聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸及其衍生物(优选为聚乙二醇(乙二醇)二丙烯酸酯)中的至少一种。
[0013]作为优选,将水凝胶结构置于水中浸泡,实现所述溶胀;冷冻干燥的温度为零下70℃以下。
[0014]一种微创生物支架的制造方法,包括以下步骤:
[0015](1)水凝胶结构制造:利用上述水凝胶材料,按一定的制造方法进行生物支架结构的制造;
[0016](2)后处理:
①
冷冻干燥:将所述制造好的水凝胶结构放入真空冻干机,在
‑
70℃以下(
‑
80℃)下冷冻干燥12小时以上(比如24小时),获得疏松多孔的气凝胶结构;
②
潮化处理:将所述的气凝胶结构在温湿条件(温度20℃
‑
45℃,湿度75%
‑
98%)下放置一段时间,获得微创生物支架。
[0017]采用如下方法中的一种或多种进行所述水凝胶结构的制造:浇筑、3D打印、激光刻蚀。具体讲,所述的制造方法包括:浇筑、激光刻蚀等常规水凝胶结构制备方法,以及挤出式3D打印(EBP),喷墨式3D打印(IBP),立体光刻(SLA),投影式光固化3D打印(PBP)等生物增材制造技术中的至少一种。
[0018]所述浇筑制造方法,通过将配制好的生物墨水加入具有一定型腔的模具中,以自发或者一定的外力场(加热、低温、光照等)作用下发生交联反应,形成预定形状的制造方法。
[0019]所述激光刻蚀制造方法,是将高能激光集中于水凝胶块表面,通过刻蚀的方式在水凝胶表面制造微结构的制造方法。
[0020]一种微创生物支架,由上述任一项技术方案所述的微创生物支架的制造方法制备得到。
[0021]一种微创注射的生物支架,所述生物支架原材料为生物水凝胶材料;所述生物支架由水凝胶结构的制造和后处理步骤制造完成;所述生物支架具有优异的生物相容性,可用于软硬组织的修复;所述生物支架具有多孔结构,质地柔软且具有良好的韧性,能够对支
架的结构进行空间压缩,同时维持支架的结构完整,支持支架微创注射的手术操作;所述生物支架具有良好的亲水性和微观孔隙率,能够快速、主动吸收周围水分,在植入体内后可以在缺损部位快速溶胀、伸展恢复到后处理步骤前的水凝胶结构状态,在缺损部位起到填充、修复等作用。
[0022]所述的快速主动吸水性能是由毛细现象引起,毛细力的大小取决于支架亲水性的好坏和微观孔隙率的高低。
[0023]所述的微观孔隙是由水凝胶冷冻干燥处理而成,孔隙内外联通。所述的亲水性是通过对冻干处理后的支架潮化处理所得。作为优选,所述气凝胶结构的孔隙率为30%
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90%,孔隙尺寸在范围为20
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100μm;潮化处理后微创生物支架的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微创生物支架的制造方法,其特征在于,将制造的水凝胶结构进行溶胀和冷冻干燥,获得气凝胶结构,将获得的气凝胶结构在温湿条件下进行潮化处理,获得微创生物支架。2.根据权利要求1所述的微创生物支架的制造方法,其特征在于,潮化处理条件为:温度20℃
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45℃,湿度75%
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98%。3.根据权利要求1所述的微创生物支架的制造方法,其特征在于,所述水凝胶结构采用的水凝胶材料包括天然水凝胶材料和合成水凝胶材料中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的微创生物支架的制造方法,其特征在于,所述的天然水凝胶材料包括海藻酸及其衍生物、壳聚糖及其衍生物、透明质酸及其衍生物、明胶及其衍生物、胶原及其衍生物中的至少一种;所示合成水凝胶材料包括聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸及其衍生物中的至少一种。5.根据权利要求1所述的微创生物支架的制造方法,其特征在于,采用如下方法中的一种或多种进行所述水凝胶结构的...
【专利技术属性】
技术研发人员:贺永,喻康,孙元,傅建中,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:
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