专利名称：聚羟基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于生物医学材料科学工程领域用的多孔支架。
背景技术：
组织工程学是运用工程科学与生命科学的基本原理，研究与开发生物替代物来恢复、维持和改进组织功能的一门新兴学科。其基本思路是在体外分离、培养细胞，将一定量的细胞种植到具有一定形状的三维生物材料骨架内，并加以持续培养，最终形成具有一定结构的组织和器官并回植体内达到修复或重建的目的。聚羟基丁酸酯(PHB)是微生物在不平衡生长条件下储存于细胞内的一种高分子聚合物，广泛存在于自然界许多原核生物中。PHB具有很多优良的生物和理化性能，如生物可降解性，生物相容性，压电性，光学活性，无毒性，无刺激性，无免疫原性等特殊性质。这些特性使其在生物医学方面应用广泛，如用作药物释放载体组织工程支架材料。目前组织工程支架材料多是合成类聚酯，如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)等，由于它们是合成材料，缺乏细胞识别信号，且其降解产物呈酸性，产物的PH脉冲作用在一定程度上造成无菌炎症；而PHB则不存在此类问题，PHB是微生物合成的高分子聚合物，具有天然生物材料所含的信息有利于细胞附着或保持分化功能，且其最终降解产物为3-羟基丁酸，它在人体血液中是一种普通的代谢物，不会给人体带来任何毒性作用。
PHB在组织工程支架材料的应用方面有许多，目前研究较多的是在软骨、骨、皮肤、心脏瓣膜、血管、神经等组织工程方面。但是纯PHB材料的亲水性较差，不利于细胞在材料表面的粘附和生长。聚乙二醇是被美国FDA批准可内服的无毒的聚合物，具有优良的血液相容性，极好的亲水性，无免疫原性等优点而在药学和生物医用材料领域得到广泛应用。如果用PEG来修饰PHB材料，可以很好地改善材料的亲/疏水性，并能提高材料表面的血液相容性。
另外，做为组织工程支架材料，其孔径大小及分布对细胞的粘附与生长都有影响。如果能控制材料孔径大小及分布，则可使材料适应不同细胞的培养要求。采用单一的冷冻干燥法制得的支架材料，孔径较大且分布不均，而本发明采用冷冻干燥法结合模板法则可人为控制和调节孔洞的大小及分布，使所得支架材料能适用于多种细胞的培养。
发明内容
本发明的目的是改进PHB的亲水性，增强其孔径大小及分布的可控性，同时保留其良好的细胞相容性，以适应不同类型细胞的需要。
本发明的目的是这样实现的采用聚乙二醇和聚羟基丁酸酯为基材，其重量百分比为1～7∶10。制备方法如下1.将一定量的分子量为4000～20000的聚乙二醇和分子量为200000～600000的聚羟基丁酸酯以1～7∶10的重量百分比溶于有机溶剂中。—溶剂可选择氯仿、二氧六环、四氢趺喃等有机溶剂—配制成3～15％重量百分比的溶液；2.模板的制备取一定量的模板物质—本实验采用的模板有SPAN类、TWEEN类、AOT等—加热溶于去离子水中，形成稳定的乳液；3.将模板乳液与聚羟基丁酸酯/聚乙二醇溶液混合，高速(500～1000转/分钟)搅拌2～4小时，待溶液混合均匀稳定后，转移至化学性能稳定，且耐低温的平底容器中形成1～10mm高度的液面；4.将溶液置入-10℃～-80℃的冰箱中预冻8～24小时；将冷冻干燥机干燥室温度降到-40℃～-60℃温度，将培养皿移入干燥室；温度平衡后密闭干燥室，并开启抽气泵，维持干燥室气压小于5000帕斯卡24～72小时，然后升至常压后加热至40℃热烘1～3小时，再将得到的多孔材料置于40℃真空干燥箱内干燥72小时。
由模板法和冷冻干燥法相结合制备的PHB多孔支架材料，其支架的孔隙率由初始溶液的浓度决定，初始浓度越大，孔隙率越低(见图1)；预冻温度影响平均孔径和孔径分布，预冻温度越低、孔径越小、预冻温度越高，孔径越大(如图2)。
本发明的聚羟基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料价格低廉、生物相容性好、亲/疏水平衡性可调、孔径大小及分布可控、能适应不同类型细胞的需要，同时保证了多孔材料的力学强度和生物质，如细胞的亲和性。该支架材料非常适于软骨组织细胞附着生长。
图1、不同预冻温度下聚羟基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料孔径的微观电镜图。图2、不同初始浓度对聚羟基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料孔隙率(％)的影响曲线图。
具体实施例方式
1.取分子量为4×105的聚羟基丁酸酯4g和分子量为6000的聚乙二醇0.4g，2.放入80ml氯仿中，40℃下搅拌2小时，达到完全溶解后将溶液转移至于100ml容量瓶，添加氯仿溶液，得到100ml聚羟基丁酸酯/聚乙二醇氯仿溶液(A)；取SPAN60 0.12g溶于70℃60ml去离子水中，得到稳定的模板乳液(B)；取溶液(A)20ml和(B)0.5ml混合在一起，在700转/分钟下搅拌3小时，待溶液混合均匀稳定后，转移至60mm玻璃培养皿中，置入-80℃低温冰箱中预冻24小时；控制冷冻干燥机干燥室温度至-50℃，将含预冻体的培养皿移入干燥室；温度平衡后密闭干燥室并开启抽气泵，维持干燥室气压小于50μatm，保持48小时；然后升至常压后加热至40℃热烘2小时，再将得到的多孔材料置于40℃真空干燥箱内干燥72小时。
3.取分子量为2×105的聚羟基丁酸酯11g和分子量为4000的聚乙二醇7.7g，放入80ml氯仿中，40℃下搅拌2小时，达到完全溶解后将溶液转移至于100ml容量瓶，添加氯仿溶液，得到100ml聚羟基丁酸酯/聚乙二醇氯仿溶液(A)；取TWEEN60 0.12g溶于70℃60ml去离子水中，得到稳定的模板乳液(B)；取溶液(A)20ml和(B)0.5ml混合在一起，在700转/分钟下搅拌3小时，待溶液混合均匀稳定后，转移至60mm玻璃培养皿中，置入-80℃低温冰箱中预冻24小时；控制冷冻干燥机干燥室温度至-50℃，将含预冻体的培养皿移入干燥室；温度平衡后密闭干燥室并开启抽气泵，维持干燥室气压小于50μatm，保持48小时；然后升至常压后加热至40℃热烘2小时，再将得到的多孔材料置于40℃真空干燥箱内干燥72小时。
4.取分子量为6×105的聚羟基丁酸酯8g和分子量为20000的聚乙二醇2g，放入80ml氯仿中，40℃下搅拌2小时，达到完全溶解后将溶液转移至于100ml容量瓶，添加氯仿溶液，得到100ml聚羟基丁酸酯/聚乙二醇氯仿溶液(A)；取AOT 0.12g溶于70℃60ml去离子水中，得到稳定的模板乳液(B)；取溶液(A)20ml和(B)0.5ml混合在一起，在700转/分钟下搅拌3小时，待溶液混合均匀稳定后，转移至60mm玻璃培养皿中，置入-80℃低温冰箱中预冻24小时；控制冷冻干燥机干燥室温度至-50℃，将含预冻体的培养皿移入干燥室；温度平衡后密闭干燥室并开启抽气泵，维持干燥室气压小于50μatm，保持48小时；然后升至常压后加热至40℃热烘2小时，再将得到的多孔材料置于40℃真空干燥箱内干燥72小时。
权利要求
1.一种生物医学组织工程学多孔支架材料，其特征为，它由分子量为4000～20000的聚乙二醇和分子量为200000～600000的聚羟基丁酸酯以1～7∶10的重量比构成。
2.一种生物医学组织工程学多孔支架材料的制备方法，其特征是它包括下列步骤(1)取1～7份分子量为4000～20000的聚乙二醇和10份分子量为200000～600000的聚羟基丁酸酯混合均匀，溶于适量有机溶剂中，配制成重量百分比为3～15％的溶液；(2)取一定量的模板材料加热溶于去离子水中，形成稳定的乳液；(3)将模板乳液与聚羟基丁酸酯/聚乙二醇溶液混合，以500～1000转/分钟的速度搅拌2～4小时，待溶液混合均匀稳定后，转移至与溶液不反应且耐低温平底容器中形成1～10mm高度的液面；(4)置入-10℃～-80℃的低温冰箱中预冻8～24小时；将冷冻干燥机干燥室温度降到-40℃～-60℃，将培养皿移入干燥室；温度平衡后密闭干燥室，并开启抽气泵，维持干燥室气压小于5000帕斯卡24～72小时，然后升至常压后加热至35℃～45℃热烘1～3小时，再将得到的多孔材料置于35℃～45℃真空干燥箱内干燥72小时。
3.根据权利要求2所述的生物医学组织工程学多孔支架材料的制备方法，其特征为，所述的有机溶剂是氯仿、二氧六环、四氢趺喃。
4.根据权利要求2所述的生物医学组织工程学多孔支架材料的制备方法，其特征为，所述的模板材料为SPAN类、TWEEN类、AOT类。
全文摘要
聚羟基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料及其制备方法。本发明属于生物医学材料科学工程领域。本发明旨在改进PHB的亲水性,增强其孔径大小及分布的可控性。采用聚羟基丁酸酯和聚乙二醇为基材,由模板法和冷冻干燥法相结合制备;其支架的孔隙率由初始溶液的浓度决定,预冻温度也影响平均孔径和孔径分布。本发明的聚羟基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料生物相容性好、亲/疏水平衡性可调、孔径大小及分布可控、能适应不同类型细胞的需要,同时保证了多孔材料的力学强度和生物质(细胞)亲和性。该支架材料非常适于软骨组织细胞附着生长。
文档编号A61L27/56GK1380114SQ02116349
公开日2002年11月20日 申请日期2002年3月28日 优先权日2002年3月28日
发明者成国祥, 蔡志江, 王玲, 张立广 申请人:天津大学