專利名稱：一種高連通性多孔支架的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及組織工程和再生醫(yī)學(xué)中多孔支架的制備工藝，采用改良的“氣體發(fā)泡-高溫?zé)Y(jié)法”制備多孔羥基磷灰石支架，并改善其內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著組織工程的發(fā)展，支架材料結(jié)構(gòu)參數(shù)對組織體內(nèi)和體外的再生起到至關(guān)重要的作用。很多研究發(fā)現(xiàn)，多孔支架內(nèi)部更好的孔隙連通性可以促使種子細(xì)胞向內(nèi)遷移、組織向內(nèi)長入。中國專利CN1903384介紹了利用磷灰石粉末為基料，通過與過氧化氫和發(fā)泡分散劑混合配成泥漿，經(jīng)過發(fā)泡-高溫?zé)Y(jié)制備不同孔徑尺寸和孔隙率的多孔支架材料。由于發(fā)泡形成的多孔結(jié)構(gòu)，包括孔徑開口、連通的曲率等參數(shù)，存在極大的不可控性，所以多孔支架內(nèi)部不可避免地會形成連通性差、甚至不連通的孔洞。然而，在維持孔隙形狀、尺寸和孔隙率一定的前提下，通過傳統(tǒng)手段很難提高多孔支架的孔隙連通性，并且最終會限制細(xì)胞的內(nèi)生長或新生組織的長入。因此，迫切需要一種有效的工藝來改善多孔支架的孔隙連通性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對多孔支架孔隙連通的局限性，尋求一種簡單有效的方法，制備高連通性的多孔支架材料。它不但可以在組織再生過程中為細(xì)胞提供三維支撐，而且可以滿足營養(yǎng)物質(zhì)的輸送、細(xì)胞向內(nèi)遷移、組織向內(nèi)長入的需要。本發(fā)明是一種基于傳統(tǒng)“發(fā)泡-燒結(jié)”工藝的多孔支架制備方法，步驟包括:(I)漿料獲取:將基材粉末加水配成懸濁液， 以6000r/min轉(zhuǎn)速離心lOmin，獲得漿料；(2)漿料調(diào)和:將漿料、甲基纖維素、聚乙二醇(PEG6000)按照比例250:1:2充分混合并加入0.25%或
0.5%的頭發(fā)絲；(3)緩慢發(fā)泡:加入體積濃度為30%的過氧化氫溶液混合均勻，控制溫度為45° C發(fā)泡I小時；(4)烘干:將發(fā)泡后的漿料置于45° C烘箱烘烤12小時至干燥；(5)高溫?zé)Y(jié)成型:將多孔支架坯體置于1100° C高溫煅燒，升溫速度為10° C/min，燒結(jié)時間為2小時。本發(fā)明利用頭發(fā)絲高溫下可以分解成氣體的特點，在多孔支架內(nèi)部制造孔道，從而提高多孔材料內(nèi)部孔洞連通性。例如頭發(fā)絲由角質(zhì)蛋白組成，具有來源充足，容易獲取等優(yōu)點，長約I 2毫米的頭發(fā)絲的韌度可以滿足不隨充分?jǐn)嚢瓒冃?，可以在發(fā)泡過程中串聯(lián)多個氣孔；埋在多孔支架坯體中的頭發(fā)絲在燒結(jié)過程中被高溫分解，在支架內(nèi)部留下很多條孔隙通道，將發(fā)泡形成的氣孔連接起來；直徑為50 100微米的頭發(fā)絲，高溫?zé)Y(jié)后形成相應(yīng)尺寸的孔隙通道，可以滿足大多數(shù)種子細(xì)胞的生長、增殖和遷移。


圖1是本發(fā)明利用頭發(fā)絲制備高連通性多孔支架示意圖
圖2是采用本發(fā)明方法制備的多孔支架掃描電鏡3是采用本發(fā)明方法制備的多孔支架CT掃描圖，圖中箭頭指示為頭發(fā)絲形成的微米級孔道
具體實施例方式下面結(jié)合實例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。例I將羥基磷灰石粉末配成懸濁液，以6000r/min的轉(zhuǎn)速離心10分鐘，獲得羥基磷灰石漿料。將羥基磷灰石漿料、甲基纖維素、聚乙二醇按照比例250:1:2充分混合，在混合泥漿中加入體積濃度為30%的過氧化氫溶液，低速低溫攪拌均勻。將混合漿料填置于合適尺寸的模具中，控制溫度為45° C，發(fā)泡I小時后置于烘箱內(nèi)12小時烘干，獲得多孔支架坯體。將坯體置于1100° C高溫煅燒(升溫速度為10° C/min)，2小時后常溫冷卻，即可得到P-1型多孔支架。經(jīng)實驗測定，該種多孔支架的平均孔徑尺寸為253 μ m，孔隙率為51.5%，比表面積為8.60mm2/mm3，滲透率為0.31 μ m2，壓縮模量為69.7MPa，抗壓強度為1.93MPa。例2將輕基磷灰石粉末配成懸池液，6000r/min轉(zhuǎn)速離心IOmin,獲得輕基磷灰石漿料。將羥基磷灰石漿料、甲基纖維素、聚乙二醇按照比例250:1:2充分混合，在混合泥漿中加入0.25%的頭發(fā)絲(長約I 2毫米，直徑50 100微米)和體積濃度為30%的過氧化氫溶液，低速低溫攪拌 均勻。將混合漿料填置于合適尺寸的模具中，控制溫度為45° C，發(fā)泡I小時后置于烘箱內(nèi)12小時烘干，獲得多孔支架坯體。將坯體置于1100° C高溫煅燒(升溫速度為10° C/min)，2小時后常溫冷卻，即可得到P-1I型多孔支架。經(jīng)實驗測定，該種多孔支架的平均孔徑尺寸為249 μ m,孔隙率為52.5%，比表面積為8.62mm2/mm3,滲透率為1.06 μ m2，壓縮模量為46.3MPa，抗壓強度為1.86MPa。例3將輕基磷灰石粉末配成懸池液,6000r/min轉(zhuǎn)速離心IOmin,獲得輕基磷灰石漿料。將羥基磷灰石漿料、甲基纖維素、聚乙二醇按照比例250:1:2充分混合，在混合泥漿中加入0.5%的頭發(fā)絲(長約I 2毫米，直徑50 100微米)和體積濃度為30%的過氧化氫溶液，低速低溫攪拌均勻。將混合漿料填置于合適尺寸的模具中，控制溫度為45° C，發(fā)泡I小時后置于烘箱內(nèi)12小時烘干，獲得多孔支架坯體。將坯體置于1100° C高溫煅燒(升溫速度為10° C/min)，2小時后常溫冷卻，即可得到P-1II型多孔支架。經(jīng)實驗測定，該種多孔支架的平均孔徑尺寸為250 μ m,孔隙率為53.3%，比表面積為8.45mm2/mm3,滲透率為
7.82 μ m2，壓縮模量為43.8MPa，抗壓強度為1.3IMPa0
權(quán)利要求
1.一種提高多孔支架孔隙連通性的方法，其特征在于，利用頭發(fā)絲作為造孔材料，將其埋入未發(fā)泡的材料泥漿中，經(jīng)過發(fā)泡使得頭發(fā)絲貫穿氣孔，再經(jīng)過燒結(jié)使多孔材料內(nèi)部形成孔道，從而提高孔洞連通性。
2.一種多孔支架的制備方法，其特征在于包含以下步驟:(1)漿料獲取:將支架基材粉末加水配成懸濁液，離心獲得漿料；(2)漿料調(diào)和:將漿料、甲基纖維素、聚乙二醇充分調(diào)和，加入頭發(fā)絲混合；(3)加入過氧化氫溶液緩慢發(fā)泡；(4)烘干；(5)燒結(jié)成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的漿料獲取步驟，其特征在于，離心轉(zhuǎn)速為6000r/min，時間為10分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的漿料調(diào)和步驟，其特征在于，漿料、甲基纖維素、聚乙二醇混合比例為250:1:2，頭發(fā)絲加入量為泥漿的0.25%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的漿料調(diào)和步驟，其特征在于，漿料、甲基纖維素、聚乙二醇混合比例為250:1:2，頭發(fā)絲加入量為泥漿的0.5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的緩慢發(fā)泡步驟，其特征在于，過氧化氫溶液的體積濃度為30%，發(fā)泡溫度為45° C，時間為I小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的烘干步驟，其特征在于，烘干溫度為45°C，時間為12小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒結(jié)步驟，其特征在于，燒結(jié)溫度為1100°C，升溫速度為10° C/min，燒結(jié)時間為2小 時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高孔隙連通性多孔支架的制備方法，基于傳統(tǒng)的“氣體發(fā)泡-高溫?zé)Y(jié)”的制備工藝，將頭發(fā)絲包埋于發(fā)泡前的漿料中，用過氧化氣溶液作為發(fā)泡劑，緩慢發(fā)泡，使頭發(fā)絲貫穿于多孔支架的孔隙之間，坯體經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，頭發(fā)絲高溫分解成氣體，使多孔支架內(nèi)部形成大量微米級孔道，從而提高了多孔支架的孔隙連通性。本發(fā)明的技術(shù)方案中，高孔隙連通性的支架材料更有利于組織再生過程中營養(yǎng)物質(zhì)的運輸、種子細(xì)胞的遷移，以及新生組織的內(nèi)生長。
文檔編號A61L27/56GK103230621SQ20131008502
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者樊瑜波, 范杰, 周鋼, 劉笑宇, 侯永昭 申請人:北京航空航天大學(xué)