专利名称：一种三维多孔组织工程载体材料及制备和应用的制作方法
技术领域：
本发明属生物组织工程载体材料及制备和应用领域，特别是涉及一种三维多孔组 织工程载体材料及制备和应用。
技术背景组织和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。而传统的自体移植、异体移植以及人工代用品虽然显示了良 好的治疗效果，但其存在的免疫排斥、供体来源受限或需要二次手术等缺陷限制了它们 的应用。近年来， 一个理想的策略就是人工培养组织和器官，随即提出了 "组织工程" 的概念，其基本方法就是Langer R， VacantiJ"P. Tissue Engineering. Science, 1993， 260(5110): 920中提出的将体外培养的高浓度组织细胞吸附扩增于一种生物相容性 良好并且可以被人体逐步降解吸收的生物材料上，形成细胞"生物复合物"；然后将此 细胞"生物材料复合物"植入肌体组织的病损部位，种植的细胞在生物载体材料逐步降 解的过程中，继续增殖并分泌基质，形成新的具有与自身功能和形态相应的组织和器官。 因而，这种生物可降解材料作为细胞的载体，提供了新组织生长的支架，是人工培养组 织和器官的关键。目前，应用于组织工程载体的生物材料已有很多种，主要包括天然高分子材料， 如甲壳质、胶原等和合成高分子材料，如PLA、 PGA、 PGLA和PHB等，但这些材料大多 存在各自不同的缺陷，难以满足临床应用的高要求。例如，天然高分子通常缺乏必要的 空间结构和机械强度；而PLA和PGA类材料则普遍存在降解速度太快导致无菌性炎症反 应等问题。制备载体材料的方法目前也有很多种，包括纤维粘接法、溶剂浇铸一_粒子 沥滤法、气体致孔法、化学发泡法、烧结微球法、冻干法和三维打印技术等。由于组织工程的研究尚属于起步阶段，国内外相关于组织工程载体材料的制备方面的文献及专利报道还不多。随着近年来组织工程逐渐成为研究热点，已有许多动物试验 阶段的成功报道见诸文献。 一些研究者将聚己内酯应用于组织工程载体材料的制备中， 但采用的制备方法各有不同，例如G. Tonm Kose等人采用PHBV为材料，结合溶剂浇 铸/粒子沥滤法，制得孔径为75 — 300u m或300 —500u m三维多孔组织工程载体材料； S,J. Shieh等人用庶糖制备形状模板，然后结合溶剂浇铸/粒子沥滤法，制得耳状PCL 和P朋材料的软骨组织工程载体材料，并研究了其在裸鼠体内的生物特性；Wan-JuLi等人用静电纺丝制备PCL纳米纤维，然后采用PCL纳米纤维制备纳米纤维多孔支架(NFS); 国内任杰等人申请的专利《组织工程多孔支架制备方法》，申请号200410025456.X，公 开号CN1711977A中提出将聚乳酸共聚物颗粒放在模具中热压成型，室温下将成型的聚乳 酸共聚物放到高压C02气体中机械饱和，采用气体膨胀法制备多孔支架；任磊等人申请的 专利《一种三维多孔组织工程支架材料及其制备方法》，申请号200410094895.6，公开 号CN1613514A中提出由胶原/壳聚糖/GPSM/硝酸钙共混材料通过冷冻干燥法制备骨和软 骨组织工程支架材料。显然，目前采用P朋V/PCL为生物材料，通过纤维熔结法来制备组 织工程载体材料的方法国内外未有同类或相似专利或文献报道。本发明采用高聚物共混熔融纺丝与纤维熔结法结合制备组织工程载体材料，纤维 熔融粘结法是利用聚羟基丁酸戊酸酯/聚己内酯(PHBV/PCL)共混物中聚己内酯熔点较 低这一特点，首先将纤维放置于特定模型中堆积成型，再用真空烘箱精确控制加热温度， 使纤维交叠处粘结形成三维多孔结构。这样不仅使载体材料一次成型，而且可获得较高 的孔隙率。由于raBV和PCL都具备良好的生物相容性、可控调节的降解速度，因而可 适用骨、软骨等多种组织工程的临床需要。本发明在制备过程中避免了目前诸多方法中 采用有机溶剂的缺点，同时相比于一些快速成型技术具有设备简便，工艺易控的特点。 本发明的技术关键是两种高聚物共混纺丝工艺的确定，以及一定直径与长度的纤维材料 和特定的加热温度及时间相对应关系的确定。发明内容本发明的目的在于针对现有生物材料和制备方法的不足，研制一种具备良好生物相 容性、降解速率和组织再生相匹配的组织工程载体材料，以适应不同器官组织修复的需 求。本发明的一种三维多孔组织工程载体材料，为三维多孔结构，内部孔结构均匀、三 维贯通程度在90%以上，孔径在50 500nm，孔隙率为65 90%间变化。制备原料可以 采用两种可生物降解的聚合物——聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)、聚己内酯(PCL)。本发明的一种三维多孔组织工程载体材料的制备方法，包括以下步骤-1)将原料聚羟基丁酸酯戊酸酯(P朋V) /聚己内酯(PCL)共混熔融纺丝制得直径 为10 500um的纤维，所述的PHBV的分子量范围为10 75万，熔融纺丝温度为175 220°C， PCL的分子量范围为1 20万，熔点为55 65t:;2) 将PHBV/PCL共混纤维裁剪成同等长度，均匀排列填充于模具中，所述的纤维长 度范围为1 10mm;3) 将填充好纤维的模具密封后，置于真空烘箱中恒温保持5min lh，所述的真空 烘箱温度为50 8(TC;4) 从真空烘箱中取出模具，室温冷却后脱模；5) 将三维多孔载体材料灭菌、包装后备用于组织工程，其外形可以呈耳、鼻等特 定器官形状。本发明的一种三维多孔组织工程载体材料，特别适用于骨或软骨组织工程的器官修 复与重建。本发明的纤维直径为10 500pm，调节纤维的直径，可以控制多孔载体材料的孔径 大小为50 500pm，符合细胞生长和组织再生的需求。纤维裁剪后长度为1 10mm， 其特征在于可以保证纤维熔结后具有良好的三维贯通孔结构，贯通程度在90%以上。模 具在50 80'C环境中恒温熔结5分钟 1小时，维持一定时间使模具内外热传导均匀， 纤维在交叉点均匀粘接成网，形成三维多孔结构。
图1是PHBV/PCL三维多孔组织工程载体材料的电子显微镜像。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的阐述，但实施例仅用于说明，并不限制发 明的范围。实施例1将分子量为10万，熔点为60。C的高聚物PCL，以及分子量为46万，熔点为174。C 的高聚物PHBV，在175。C条件下熔融纺丝得平均直径为500 ym的纤维，裁剪为等长 10.0mm后，填充到特定形状模具中，填充质量以孔隙率为85%计算，将真空烘箱温度设 定为75°C，模具密封后置于真空烘箱中恒温1小时后取出，室温冷却后脱模，便得到 具有特定外形和良好性能的组织工程载体材料。材料经扫描电镜测得孔径为50-200 " m， 由液体置换法测得孔隙率为82%,孔贯通程度达90%以上，体外降解周期适当，力学性
能优良。这种材料可适用于骨组织工程载体材料，用作骨损伤的修复和重建。实施例2将分子量为8万，熔点为58 6(TC的高聚物PCL，以及分子量为46万，熔点为174°C 的高聚物PHBV在175。C条件下熔融纺丝得平均直径为500ixm的纤维，裁剪为等长 lO.Omra后，填充到特定形状模具中，填充质量以孔隙率为85%计算，将真空烘箱温度设 定为WC，模具密封后置于真空烘箱中恒温1小时后取出，室温冷却后脱模，便得到 具有特定外形和良好性能的组织工程载体材料。材料经扫描电镜测得孔径为50-200 y m， 由液体置换法测得孔隙率为84%，孔贯通程度达90%以上，体外降解周期适当，力学性 能优良。这种材料可适用于骨组织工程载体材料，用作骨损伤的修复和重建。实施例3将分子量为5万，熔点为58 6(TC的高聚物PCL，以及分子量为46万，熔点为174'C 的高聚物PHBV在175T:条件下熔融纺丝得平均直径为500 y m的纤维，裁剪为等长6. 0mm 后，填充到特定形状模具中，填充质量以孔隙率为85%计算，将真空烘箱温度设定为 75.0'C，模具密封后置于真空烘箱中恒温l小时后取出，室温冷却后脱模，便得到具有 特定外形和良好性能的组织工程载体材料。材料经扫描电镜测得孔径为300 500nm， 由液体置换法测得孔隙率为75%，体外降解周期适当，力学性能优良。这种材料可适用 于骨组织工程载体材料，用作骨损伤的修复和重建。
权利要求
1.一种三维多孔组织工程载体材料，其特征在于，三维多孔结构，内部孔结构均匀、三维贯通程度在90％以上，孔径在50～500μm，孔隙率为65～90％间变化。
2. 根据权利要求1所述的一种三维多孔组织工程载体材料，其特征在于原料聚己内 酯分子量(Mw)为1 20万，熔点为55 65°C;原料聚羟基丁酸酯戊酸酯分子 量(Mw)为10 75万，熔点为150 180°C。
3. —种三维多孔组织工程载体材料的制备方法，包括以下步骤1) 将聚羟基丁酸酯戊酸酯(raBV) /聚己内酯(PCL)共混熔融纺丝制得直径为 10 500 ix m的纤维，，熔融纺丝温度为175 220°C;2) 将PHBV/PCL共混纤维直径为10 500pm，裁剪成1 10mm同等长度，均匀 排列填充于模具中；3) 将填充好纤维的模具密封后，置于真空烘箱中恒温保持5min lh，烘箱温 度为'50 80。C;4) 从真空烘箱中取出模具，室温冷却后脱模；5) 将三维多孔载体材料灭菌、包装。
4. 如权利要求3所述的一种三维多孔组织工程载体材料的制备方法，其特征在于熔 融纺丝法的纺丝温度为175 22(TC，共混时间3 5min，纺丝过程不使用任何有机 溶剂。
5. 如权利要求3所述的一种三维多孔组织工程载体材料的制备方法，其特征在于模 具中填充纤维，其特征在于填充质量以孔隙率为60 95%来计算，纤维排列成均匀 结构。
6. —种三维多孔组织工程载体材料应用于组织工程。
7. 如权利要求6所述的一种三维多孔组织工程载体材料的应用，其特征在于用于骨 或软骨组织工程的器官修复与重建，其外形呈耳、鼻等特定器官形状。
全文摘要
本发明涉及一种三维多孔组织工程载体材料及制备和应用，三维多孔组织工程载体材料包括三维多孔结构，内部孔结构均匀、三维贯通程度90％以上，孔径50～500μm，孔隙率65～90％。制备1)将聚羟基丁酸酯戊酸酯(PHBV)/聚己内酯(PCL)共混熔融纺丝制得10～500μm纤维，2)将PHBV/PCL共混纤维裁剪成同等长度，均匀排列填充于模具中；3)将填充好纤维的模具密封后，恒温保持5min～1h，温度为50～80℃；4)脱模；5)灭菌、包装。本发明应用于组织工程，特别适用于骨或软骨组织工程的器官修复与重建，其外形呈耳、鼻等特定器官形状。
文档编号A61L27/00GK101147812SQ20071004755
公开日2008年3月26日 申请日期2007年10月30日 优先权日2007年10月30日
发明者彭兰兰, 庆 杨, 沈新元, 王细建, 郯志清, 陈思诗 申请人:东华大学