生物活性多孔支架材料的制备方法技术

生物活性多孔支架材料的制备方法，将至少含有由医用高分子材料以其良溶剂溶解制成重量百分含量为１％－５０％的溶液所成的发泡前体材料，与为其中高分子重量０．１－１０倍的ＨＬＢ值为８－２０的表面活性剂充分搅拌发泡至乳化泡沫体的总体积达到预定值，将乳化泡沫体置模具中冷冻干燥成型后，去除原溶解溶剂和表面活性剂即得到相应的生物活性多孔支架材料。用该制备方法可以得到在高分子固化材料中分布有孔径为１～５００微米且相互贯通的孔隙，孔隙率为５０～９５％，使材料中的孔隙率和孔径大小容易控制，孔隙的贯通性也好控制，制备的设备简单，操作方便。不但适宜于制备厚度较小的多孔薄膜等材料，也可制备性能良好的复合三维多孔材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种可用于组织工程支架的多孔材料的制备方法。
技术介绍
组织、器官的丧失或功能障碍是人类健康所面临的主要危害之一，也是人类疾病和死亡的最主要原因之一。新兴的组织工程技术为此提供了一种崭新的修复和制造器官的手段，为器官的缺损、坏死患者带来了新的治疗途径。组织工程学是应用细胞生物学和工程学原理，以生物替代物为目的，研究、开发、修复和维护或改善人体组织和部分器官功能和形态的一门科学。在组织工程研究中，细胞支架材料是指能与组织活体细胞结合并能植入生物体的材料，是组织工程中起中心作用的最基本构架。细胞支架不仅为特定细胞提供结构支撑作用，而且还起到模板作用，引导组织再生和控制组织结构。因此，在组织工程中，除了考虑材料的化学性质、表面性能外，还应考虑包括孔隙形态、大小、连通性、孔隙率等因素在内的多孔三维细胞支架的结构，以利于细胞的黏附、渗透和营养物质的传送及代谢产物的交换。实验显示，有利于纤维细胞生长的最佳孔径是20μm，成年哺乳动物皮肤生长孔径是20～125μm，骨纤维原是100～250μm。因此，组织工程支架材料主要的目标是精确地控制孔隙的孔径和孔隙率。多孔支架材料的选择和制备是组织工程技术成功运用的一个关键。除了考虑材料的化学性能，材料的物理性能如孔隙率、孔的尺寸以及用于细胞粘附的表面积等也极其重要。理想的组织工程支架应具备以下功能(1)支架应为三维、多孔网络结构，孔的尺寸应能允许细胞的生存，且孔间应相互贯通，以利于营养物质和细胞代谢废物传递；(2)良好的生物相容性，即无明显的炎性反应、免疫性和细胞毒性；(3)表面应适于细胞粘附及正常的分化和增殖；(4)具有一定的生物力学性能，与所修复组织相一致；(5)可以携带活性物质；(6)可加工成各种形状和结构，易于重复制作；(7)由于所用的材料与人体直接接触，为了防止感染，材料还必须易于消毒。目前，制备高度多孔支架材料的主要方法包括有纤维粘接、溶液浇铸/粒子沥滤、熔融成型、气体发泡、相分离/乳化、冷冻干燥、热致凝胶化与其它方法结合制备纳米级纤维细胞外基质和聚合物微球聚集等。这些方法各有优点和发展前景，其中以粒子沥滤法、冷冻干燥法、气体发泡技术最为常见和引人注目。较经典的溶液浇铸/粒子沥滤技术存在的较明显不足可表现在，如不能直接制备出多孔三维细胞支架，只能制备出厚度不超过2mm的多孔膜；材料中的孔隙为粗糙的立方体状，孔隙间的相互连通程度不高，并且连通通道大小和形态不规则、不可控制；材料中残存的有机溶剂可能影响细胞的生长等。目前的气体发泡技术是采用气体作为致孔剂，所得支架的孔隙率可高达93％，孔直径可达100μm，该技术的优点是无需滤除过程，也避免了使用有机溶剂，但其所形成的泡沫中的孔与孔之间大多数是非连通的，非连接性的孔结构使得细胞在支架中的种植和移动变得困难，而在支架形成过程中所需的高温处理会导致如胶原等一些生物活性物质的变性，还可能产生妨碍细胞或生物活性分子引入的后果。现有的相分离/冻干法所产生的材料中的孔隙较小，因而只可用于皮肤等的再生，适用面较窄。纵观上述由目前制备方法得到的相应支架材料，都存在着相应的不足，性能及使用效果尚不能令人满意。如何制备得到既能释放生物活性物质，又符合理想支架基本要求的组织工程多孔支架仍是值得不断努力研究的课题。
技术实现思路
针对上述情况，本专利技术将提供一种。该制备方法能使多孔材料中的孔隙率和孔径大小容易控制，孔隙的贯通性也好控制，制备的设备简单，操作方便。由该方法所得到的生物活性多孔支架材料不但适宜于制备厚度较小的多孔薄膜等材料，也可制备性能良好的复合三维多孔材料。本专利技术的。基本原理和过程是利用表面活性剂能稳定气泡的原理制孔，即将表面活性剂加入到医用高分子材料的良溶剂溶液中，通过搅拌产生泡沫后，将其置于相应的赋形模具中，低温冷冻、干燥固化成型后，去除原溶解溶剂和表面活性剂成分，即为本专利技术所称的生物活性多孔支架材料。其中，制备过程中该气泡所占据的空间即成为多孔材料中的孔隙，表面活性剂的去除则可以使孔与孔间互相连通。上述制备方法的具体过程是将至少含有由医用高分子材料以其良溶剂溶解制成重量百分含量为1％～50％的溶液所成的发泡前体材料，与为其中高分子重量0.1～10倍的HLB值为8～20的表面活性剂充分搅拌发泡至乳化泡沫体的总体积达到预定值，将乳化泡沫体置模具中冷冻干燥成型后，去除原溶解溶剂和表面活性剂即得到相应的生物活性多孔支架材料。泡沫是指气体分散在液体中的分散体系，其中气体是分散相，液体是分散介质的气液相分散体系。乳化泡沫是气体以小的球形均匀分散在较黏稠的液体中，气泡间的相互作用力弱，外观类似乳状液，有时甚至称这种稀泡为“气体乳状液”，决定泡沫稳定性的关键因素是液膜的表面粘度与弹性，液膜的表面粘度高，气体的相对透过率就低，气泡的排气较慢、泡沫就越稳定。大量的试验结果显示，在制备过程中改变发泡前体材料中高分子溶液的浓度、表面活性剂的种类和/或用量比例、搅拌速率等操作因素的一种或几种，最终都能影响和改变乳化泡沫体体积的增大程度体积增大越多，则孔径越大、孔隙率越高，反之亦反。因此，根据对所需材料的指标要求，通过对相应操作因素的改变和/或调整，即可得到具有所希望的孔径和/或孔隙率的相应生物活性多孔材料。作为生物材料应具有一定的力学强度。试验显示，上述发泡前体材料中高分子材料溶液的浓度若低于1％，可能会对制得的材料的力学强度有较明显的不利影响；如果浓度超过50％，高分子在溶剂中发生溶胀后可能会使溶液过于浓稠而影响后序的发泡过程，并且会影响制品的孔隙率。试验结果显示，在上述的高分子浓度范围内，减小溶液中的高分子成分浓度，可有利于形成大孔和高的孔隙率；提高浓度则有利于形成小孔和低的孔隙率，例如在以聚乙烯醇制备多孔材料的一个具体实施例中所显示的，当聚乙烯醇浓度为5％时平均孔径为153.2μm，孔隙率81.5％的多孔材料，聚乙烯醇浓度为10％时平均孔径为107.2μm，孔隙率75％的多孔材料。大量试验结果显示，在上述高分子溶液中，高分子材料成分进一步的理想浓度可以为2％-20％。如上述，本专利技术所用医用高分子材料，根据其不同性质可以是能溶解于水，溶解于有机溶剂，或是溶解于水/有机混合溶剂中的材料，溶解后即可形成相应的黏稠液体。所说的这些医用高分子，一般可包括来自于天然动植物的高分子材料、来自以石油矿物原料经化学合成的高分子化合物、以及经微生物发酵代谢或生物酶催化合成的高分子化合物等不同的形式。例如，常用的医用高分子材料主要可有天然高分子多糖、淀粉、蛋白质和胶质等；合成高分子材料可有聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚乳酸等；生物高分子可包括有右旋糖酐、质酸、聚谷氨酸、生物多糖等；还有利用天然或生物高分子的活性进行化学反应引入新基团以及产生新结构的半合成高分子。由所说的高分子材料成分与适当溶剂所形成的发泡前体材料，可以包括如上述目前常用的聚乙烯醇水溶液、聚乙烯醇二甲亚砜溶液或是聚乙烯醇的水/二甲亚砜混合溶液，聚乙烯吡咯烷酮水溶液、聚乙烯吡咯烷酮二甲亚砜溶液或聚乙烯吡咯烷酮的水/二甲亚砜混合溶液，壳聚糖的酸性水溶液，海藻酸钠水溶液，明胶水溶液，聚乳酸氯仿溶液、聚乳酸二氧六环溶液或聚乳本文档来自技高网...

【技术保护点】
生物活性多孔支架材料的制备方法，其特征是将至少含有由医用高分子材料以其良溶剂溶解制成重量百分含量为１％～５０％的溶液所成的发泡前体材料，与为其中高分子重量０．１～１０倍的ＨＬＢ值为８～２０的表面活性剂充分搅拌发泡至乳化泡沫体的总体积达到预定值，将乳化泡沫体置模具中冷冻干燥成型后，去除原溶解溶剂和表面活性剂即得到相应的生物活性多孔支架材料。

【技术特征摘要】
1.生物活性多孔支架材料的制备方法，其特征是将至少含有由医用高分子材料以其良溶剂溶解制成重量百分含量为1％～50％的溶液所成的发泡前体材料，与为其中高分子重量0.1～10倍的HLB值为8～20的表面活性剂充分搅拌发泡至乳化泡沫体的总体积达到预定值，将乳化泡沫体置模具中冷冻干燥成型后，去除原溶解溶剂和表面活性剂即得到相应的生物活性多孔支架材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是用于与所说的发泡前体材料为由所说高分子材料溶液与微米级或纳米级的磷灰石类成分或钙的磷酸盐成分的浆料共同组成，其中磷灰石的含量为高分子材料重量的0.1～9倍。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所说发泡前体材料中的高分子材料为至少两种。4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所说发泡前体材料中的高分子材料的重量含量优选为2％～20％。5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所说发泡前体材料中的高分子溶液为聚乙烯醇的水溶液和/或二甲亚砜溶液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液和/或二甲亚砜溶液、壳聚糖酸性水溶液、海藻酸钠水溶液、明胶水溶液、聚乳酸的氯仿和/或二氧六环溶液中的一种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉宝，牟元华，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]