專利名稱：水溶性高分子為模具制備軟骨組織工程多孔支架的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以水溶性高分子為模具制備軟骨組織工程多孔支架的方法，屬生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。
在已知的技術(shù)中，只能制造形狀規(guī)整的聚羥基烷酸酯(PHA)類三維多孔支架，如薄片、圓柱、長(zhǎng)方體等形狀(如已公開專利“一種組織和器官修復(fù)用多孔支架的制備方法”(專利公開號(hào)CN1269247A)的附圖
所示)，而無法制造出許多形狀復(fù)雜的支架，尤其是用硬質(zhì)模具制作具有內(nèi)凹面的支架時(shí)脫模困難。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種以水溶性高分子為模具制備軟骨組織工程多孔支架的方法，依次包括如下步驟(1)將具有水溶性、熱塑性及生物相容性的高分子材料加熱使其熔融為可流動(dòng)液體；(2)將高分子熔體傾倒入正面向上放置有具有目標(biāo)軟骨形狀的軟質(zhì)硅膠陽(yáng)模的容器中，使液面與陽(yáng)模邊緣平齊而不浸沒陽(yáng)模；(3)靜置冷卻使高分子模具材料凝固后，取下軟質(zhì)陽(yáng)模，便可得到與目標(biāo)軟骨背面形狀吻合的高分子陰模底座；(4)制做一個(gè)以目標(biāo)軟骨形狀輪廓為空腔截面的空心筒，制成以陽(yáng)模正面為底，空心筒為周邊的開口桶狀容器；(5)將熔融的高分子模具材料澆注于上述桶狀容器中，冷卻凝固后將軟質(zhì)陽(yáng)模剝離，便得到與陽(yáng)模正面形狀吻合的高分子陰模上蓋；(6)通過標(biāo)準(zhǔn)篩篩選粒徑在100微米～400微米范圍內(nèi)的成孔劑粒子，成孔劑為NaCl、KCl、Na2CO3、NH4HCO3、NaHCO3、蔗糖、尿素水溶性晶體；(7)以氯仿為溶劑溶解聚合物制得均相溶液，聚合物為聚羥基烷酸酯類(PHA)生物相容材料，聚合物質(zhì)量(克)、溶劑的體積(毫升)與成孔劑質(zhì)量(克)的比例為1∶10∶30；(8)將上述聚合物溶液傾入置有成孔劑的容器中，密閉靜置使聚合物溶液浸潤(rùn)成孔劑粒子，再加以攪拌使之形成均勻的混合物；(9)將聚合物溶液—成孔劑粒子混合物填入上述高分子陰模底座和陰模上蓋的凹陷處，合模后壓實(shí)，放置在通風(fēng)櫥內(nèi)通風(fēng)，使混合物中溶劑氯仿部分揮發(fā)，然后放入真空烘箱中烘干，除去氯仿溶劑；(10)將上述內(nèi)含有已除溶劑的干燥混合物的模具取出，浸泡于去離子水中，溶解高分子模具及溶化浸取成孔劑粒子，即得濕潤(rùn)的多孔支架；(11)將上述濕潤(rùn)的多孔支架自然晾干后用真空烘箱干燥，即得多孔支架成品。
上述制備方法中步驟(1)中模具用水溶性高分子材料為聚乙二醇、聚酰胺類、聚丙烯酸類。所采用模具材料應(yīng)對(duì)氯仿溶劑和成孔劑呈現(xiàn)惰性。
采用本發(fā)明的方法制備的多孔支架材料，外形逼真，可以較好地重塑真實(shí)軟骨的形狀，以進(jìn)行個(gè)性化的修復(fù)工作；模具自行溶解，無需直接脫模；制造周期較短；以特定水溶性高分子為模具材料時(shí)，溶解脫成孔劑步驟中能直接以此高分子修飾支架材料的表面，可以促進(jìn)細(xì)胞對(duì)支架材料表面的粘附；支架的孔隙率可達(dá)85％以上，且孔徑可調(diào)。
一、翻制水溶性高分子陰模加熱使選定的水溶性高分子聚乙二醇熔融為可流動(dòng)液體，熔融溫度為70℃；將具有目標(biāo)軟骨形狀的軟質(zhì)硅膠陽(yáng)模(用CT掃描病人軟骨形狀數(shù)據(jù)，依此數(shù)據(jù)用快速成型的方法翻制而成)正面向上置于容器中，將高分子熔體傾倒入容器中，使液面與陽(yáng)模邊緣平齊而不浸沒陽(yáng)模。靜置冷卻使高分子凝固后，取下軟質(zhì)陽(yáng)模，便得到與目標(biāo)軟骨背面形狀吻合的高分子陰模底座。另做一個(gè)以目標(biāo)軟骨形狀輪廓為空腔截面的空心筒，制成以陽(yáng)模正面為底，空心筒為周邊的開口桶狀容器。之后將熔融的高分子澆注于桶狀容器中，冷卻凝固后將軟質(zhì)陽(yáng)模剝離，得到與陽(yáng)模正面形狀吻合的高分子陰模上蓋。
二、制備聚合物溶液一成孔劑混合體系首先通過標(biāo)準(zhǔn)篩篩選粒徑在100微米～400微米范圍內(nèi)的成孔劑粒子，成孔劑為NaCl、KCl、Na2CO3、NH4HCO3、NaHCO3、蔗糖、尿素等水溶性晶體中的任何一種。然后用氯仿溶解聚合物制得均相溶液，聚合物為聚羥基烷酸酯類(PHA)等生物相容材料。聚合物質(zhì)量(克)、溶劑的體積(毫升)與成孔劑質(zhì)量(克)的比例為1∶10∶30。將聚合物溶液傾入置有成孔劑的容器中，密閉靜置使聚合物溶液浸潤(rùn)成孔劑粒子，再加以攪拌使之形成均勻的混合物。
三、填充壓模成型將聚合物溶液一成孔劑粒子混合物填入高分子陰模底座和陰模上蓋的凹陷處，合模后壓實(shí)。
四、除去溶劑在通風(fēng)櫥內(nèi)通風(fēng)放置，使混合物中溶劑氯仿部分揮發(fā)，然后放入真空烘箱中烘干(期間注意抽氣保持低壓)，除去氯仿溶劑。
五、溶化模具，浸取成孔劑取出內(nèi)含已除溶劑的干燥混合物的模具，浸泡于去離子水中(期間多次換水)，高分子模具溶解之后支架混合物產(chǎn)品中的成孔劑粒子也被溶化浸取出來。即得濕潤(rùn)的多孔支架。
六、烘干產(chǎn)品將濕潤(rùn)的支架自然晾干后用真空烘箱干燥，即得支架成品。
采用本發(fā)明的方法制備的多孔支架材料，具有下述特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)；產(chǎn)品外形逼真，可以較好地重塑真實(shí)軟骨的形狀，以進(jìn)行個(gè)性化的修復(fù)工作；模具自行溶解，無需直接脫模；制造周期較短，從制模到制成產(chǎn)品4天即可；以水溶性高分子聚乙二醇為模具材料時(shí)，溶解脫成孔劑時(shí)能直接以之修飾支架材料的表面，由于聚乙二醇(PEG)材料的親水性，可以促進(jìn)細(xì)胞對(duì)支架材料表面的粘附；支架的孔隙率可達(dá)85％以上，且孔徑可調(diào)。
本發(fā)明適用于多種復(fù)雜形狀的軟骨組織工程用支架的制造，如人的耳廓軟骨、鼻軟骨、肋軟骨和關(guān)節(jié)軟骨等。
2、制備聚-2-羥基丁酸酯(PHB)氯仿溶液-NaCl粒子混合物用濾過范圍為75～300微米的系列標(biāo)準(zhǔn)篩篩選出粒徑在150~200微米的NaCl粒子；稱取1.0克PHB粉料，置于圓底燒瓶中，量取10.0ml氯仿倒入；60℃水浴條件下，用聚四氟乙烯磁子做攪拌，加熱回流30分鐘使聚合物充分均勻溶解。稱取30克NaCl粒子置于廣口瓶中，將聚合物溶液傾入，用聚四氟乙烯生膠帶裹緊廣口瓶塞，使之密閉，靜置12小時(shí)，使溶液充分浸潤(rùn)NaCl粒子，再加以攪拌使之形成均勻的混合物。
3、填充壓模成型將PHB氯仿溶液-NaCl粒子混合物用不銹鋼質(zhì)藥匙填入PEG陰模底座和上蓋的凹陷處，合模，在上蓋上放置重物以壓實(shí)混合物。
4、除去溶劑將壓有料的模具在通風(fēng)櫥內(nèi)通風(fēng)放置8小時(shí)，使溶劑氯仿部分揮發(fā)，然后放入真空烘箱中，在50℃，壓力＜0.01Mpa的條件下烘干8小時(shí)，除去溶劑氯仿。
5、溶化模具，浸取成孔劑取出PEG模具(內(nèi)含已脫溶劑的混合物)，置于盛有去離子水的燒杯中24小時(shí)(期間每8小時(shí)換水一次)。PEG模具溶解，之后支架混合物中的NaCl顆粒也被溶解浸取出來。
6、烘干產(chǎn)品將此時(shí)的PHB支架自然晾干，然后于50℃、壓力＜0.01Mpa的真空烘箱中干燥4小時(shí)，即得支架成品。
2、制備2-羥基丁酸與2-羥基戊酸的嵌段共聚物(PHBV)氯仿溶液-NaCl粒子混合物用濾過范圍為75～300微米的系列標(biāo)準(zhǔn)篩篩選出粒徑在100~150微米的NaCl粒子；稱取1.0克PHBV粉料，置于圓底燒瓶中，量取10.0ml氯仿倒入，60℃水浴條件下，用聚四氟乙烯磁子做攪拌，加熱回流30分鐘使聚合物充分均勻溶解。稱取30克NaCl粒子置于廣口瓶中，將聚合物溶液傾入，用聚四氟乙烯生膠帶裹緊廣口瓶塞，使之密閉，靜置12小時(shí)，使溶液充分浸潤(rùn)NaCl粒子，再加以攪拌使之形成均勻的混合物。
3、以下步驟同實(shí)施例一。
2、制備2-羥基丁酸與2-羥基己酸的嵌段共聚物(PHBH)氯仿溶液—蔗糖粒子混合物用濾過范圍為75～300微米的系列標(biāo)準(zhǔn)篩篩選出粒徑在200~250微米的蔗糖粒子；稱取1.0克PHBH粉料，置于圓底燒瓶中，量取10.0ml氯仿倒入，60℃水浴條件下，用聚四氟乙烯磁子做攪拌，加熱回流30分鐘使聚合物充分均勻溶解。稱取30克蔗糖粒子置于廣口瓶中，將聚合物溶液傾入，用聚四氟乙烯生膠帶裹緊廣口瓶塞，使之密閉，靜置12小時(shí)，使溶液充分浸潤(rùn)蔗糖粒子，再加以攪拌使之形成均勻的混合物。
3、以下步驟同實(shí)施例一。
2、制備PHBV氯仿溶液-KCl粒子混合物用濾過范圍為75～300微米的系列標(biāo)準(zhǔn)篩篩選出粒徑在150~200微米之間的KCl粒子；稱取1.0克PHBV粉料，置于圓底燒瓶中，量取10.0ml氯仿倒入，60℃水浴條件下，用聚四氟乙烯磁子做攪拌，加熱回流30分鐘使聚合物充分均勻溶解。稱取30克KCl粒子置于廣口瓶中，將聚合物溶液傾入，用聚四氟乙烯生膠帶裹緊廣口瓶塞，使之密閉，靜置12小時(shí)，使溶液充分浸潤(rùn)KCl粒子，再加以攪拌使之形成均勻的混合物。
3、以下步驟同實(shí)施例一。
權(quán)利要求
1.一種以水溶性高分子為模具制備軟骨組織工程多孔支架的方法，該方法依次包括如下步驟(1)將具有水溶性、熱塑性及生物相容性的高分子材料加熱使其熔融為可流動(dòng)液體；(2)將高分子熔體傾倒入正面向上放置有具有目標(biāo)軟骨形狀的軟質(zhì)硅膠陽(yáng)模的容器中，使液面與陽(yáng)模邊緣平齊而不浸沒陽(yáng)模；(3)靜置冷卻使高分子材料凝固后，取下軟質(zhì)陽(yáng)模，便可得到與目標(biāo)軟骨背面形狀吻合的高分子陰模底座；(4)制做一個(gè)以目標(biāo)軟骨形狀輪廓為空腔截面的空心筒，制成以陽(yáng)模正面為底，空心筒為周邊的開口桶狀容器；(5)將熔融的高分子材料澆注于上述桶狀容器中，冷卻凝固后將軟質(zhì)陽(yáng)模剝離，便得到與陽(yáng)模正面凹陷形狀吻合的高分子陰模上蓋；(6)通過標(biāo)準(zhǔn)篩篩選粒徑在100微米～400微米范圍內(nèi)的成孔劑粒子，成孔劑為NaCl、KCl、Na2CO3、NH4HCO3、NaHCO3、蔗糖、尿素水溶性晶體；(7)以氯仿為溶劑溶解聚合物制得均相溶液，聚合物為聚羥基烷酸酯類(PHA)的生物相容材料，聚合物質(zhì)量(克)、溶劑的體積(毫升)與成孔劑質(zhì)量(克)的比例為1∶10∶30；(8)將上述聚合物溶液傾入置有成孔劑的容器中，密閉靜置使聚合物溶液浸潤(rùn)成孔劑粒子，再加以攪拌使之形成均勻的混合物；(9)將聚合物溶液—成孔劑粒子混合物填入上述高分子陰模底座和陰模上蓋的凹陷處，合模后壓實(shí)，放置在通風(fēng)櫥內(nèi)通風(fēng)，使混合物中溶劑氯仿部分揮發(fā)，然后放入真空烘箱中烘干，除去氯仿溶劑；(10)將內(nèi)含有上述已除溶劑的干燥混合物的模具取出，浸泡于去離子水中，溶解高分子模具及溶化浸取成孔劑粒子，即得濕潤(rùn)的多孔支架；(11)將上述濕潤(rùn)的多孔支架自然晾干后用真空烘箱干燥，即得多孔支架成品。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)中模具用水溶性高分子材料為聚乙二醇、聚酰胺類、聚丙烯酸類。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于模具材料為對(duì)氯仿溶劑和成孔劑呈現(xiàn)惰性的水溶性高分子材料。
全文摘要
一種以水溶性高分子為模具制備軟骨組織工程多孔支架的方法,涉及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。本發(fā)明采用聚乙二醇、聚酰胺類、聚丙烯酸類等高分子為模具材料,以聚羥基烷酸酯類材料為支架聚合物,以氯仿為溶劑,以水溶性晶體為成孔劑。先將模具材料加熱所得熔融液倒入放置有具有目標(biāo)軟骨形狀的軟質(zhì)硅膠陽(yáng)模的容器中,翻制出水溶性高分子陰模;再將聚合物溶液—成孔劑粒子混合物填入陰模中,合模壓實(shí);烘干除去溶劑后,溶解模具及成孔劑粒子;干燥后即為本發(fā)明的多孔支架。該方法用模具的溶解來取代脫模,避免脫模時(shí)損壞支架,解決了用硬質(zhì)模具難以制作具有內(nèi)凹面的多孔支架(由于脫模困難)的問題。本發(fā)明適用于制造多種復(fù)雜形狀的軟骨組織工程用支架。
文檔編號(hào)A61L27/14GK1355052SQ0113983
公開日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2001年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者胡平, 陳江睿 申請(qǐng)人:清華大學(xué)