专利名称：一种生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及生物材料技术领域，特别适用于生物医学组织工程支架材料的制
备领域，具体为一种组织工程支架用多 L材料的制备方法。
背景技术：
组织工程(Tissue Engineering)是近年来正在兴起的一门新兴医学技术，它 是应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种 状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究开发用于修复、维护、f腿人体各 种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物，因而受到了人们的极大重视。 组织工程的核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体，其基本原理和 方法是将体外培养扩增的正常组织细胞，吸附于一种生物相容性良好生物材料(支 架材茅丰scaffold)上形成复合物，将细胞-生物材料复合物植入机体组织和器官的 病损病分，细胞在生物材料载体上生长、增殖，从而达到修复仓怖的目的。
目前，组织工程支架材料主要包括高分子材料、生物陶瓷材茅斗、复合材料以 及正在开发的可降解镁合金等金属材料。组织工程用支架材料一般被制备成多孔 形态，以利于细胞的生长和组织液的流通。其中，制备多孑L金属的方》跑括液 态成形工艺，如液态金属直接发泡技术、固一气共晶凝固法、粉末压实体熔化技 术、精密铸造方法、渗流铸造法等；基于固态加工工艺制备多孑L金属，如气條 入技术、使用可发泡的粉末浆料、使用能形成空隙的支撑材料或空心球、禾佣金 属空心球等；沉积技术，如电角對冗积技术、气相沉积技术等。
目前的这些支架多孑L材料的制备方法中，部分存在如制备成賴高、工艺不 稳定、造 L剂残留、强度较低、孔径不均匀等不足，造成目前的应用不尽人意。 因此，如何进一步降低成本，开发更稳定、更具有可重复性和易控制性的工艺规 范，以得到性能优良、质量可控的多孑L支架材料，是繊其应用的重要因素之一。
发明内容
本发明目的在于提供一种生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，釆
3用机械加工的方^*制备多孔组织工程支架，解决传统技术制备成本较高、工艺
不稳定、造孔剂残留、支架强度较低、以及难以制备i央状多 L支架等缺陷。
本发明的技术方案是
一种生物医学组织工程支架用多孑L材料的制备方法，采用机械加工方式制备 多孔组织工程支架，机械加工方法为激光打孔技术或数控钻孔技术。
本发明将激光加工技术应用于多孔组织工程支架的制备领域，采用激光打孔 或数控钻孔的方式将实体的高分子材料、陶瓷材料、金属材料及其复合材料等加 工成多孔结构。
激光加工是目前最先进的加工技术之一，激光打孔技术是激光加工技术中的 一种，它主要利用高效激^X寸材料进行加工，主要的设备包括电脑和激光加工器，
在利用多种图形处理软件(CAD、 coreldraw等)进行图形设计之后，将图形传输 到激光加工器，激光加工器就可以根据所设计的图形结构在材料表面进行打孔， 并按照设计的要求调整参数，控制多孔结构的孔径及 L隙率等。
数控钻 L技术也是目Itf^常用的加工技术之一，本发明中主要利用其制备多 孔金属组织工程支架，通过数控技术对钻艇动及加工过程进行控制，按照预先 设计钻孔要求进行精确钻孔，并可根据设计要求调节所打 L径的大小。数控系统
包括数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进纟雜置等部分。
戶诚多孑L组织工程支架用来为体外培养的细胞提供载体及三维的生长空间，
细胞在其，行粘附、生长及分化。其多孔结构有利于细胞的生长并为其营养及
代谢产物提供输Mit，其特点为fflit孔，孔隙率为5—99%，孑L径为50—900,。 戶腿高分子材料包括聚乳酸、聚氨酯、硅橡胶、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸
酯、聚酸酐、聚经基羧酸、聚乙醇酸等。戶，陶瓷材料包括磷酸韩、磷酸三,丐、 氧化铝、氧化锌、碳化硅、生物玻璃、羟基磷灰石等。所述金属材料包括 其合金，钛及其合金，舰其合金、锌及其合金、微记忆合金等。所述复合材 料为上述两种或多种材料的复合。
本发明采用机械加工方式制备多孔组织工程支架材料，其特点为
1. 范围广泛可以制备多种金属材料，其中激光打孔技术还可制备多 L高分 子材料、陶瓷材料及复合材料等，适用范围广泛。
2. 安全可靠激光打 L技术采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或 机械应力，保证材料具有良好的力学性能。3. 精确细致孔的位置可人为设计和控制，加工精度可达到0.1mm。
4. 效果一致保证同一批次的加工效果完全一致。
5. 高速十娥可立即根据电l織出的图样进行高速加工，禾聘过程简单。
6. 成本低廉不受加工数量的限制，可较充分利用原材料。
7. 更理想的力学性能孑L壁更加光滑，实体材料部分仍保持其致密性，缺陷少。
8. 可对孔内部进行表面处理为了提高多孔金属作为组织工程支架时的生物 相容性性能，对多孔金属进行表面处理，受到了大家的青睐。采用机械加工方式 所制备多孔结构，M率高，表面处理时，孔结构不易堵塞，使提高孔内金属表 面的生物相容性成为可能。
图l.采用激光打 L技术制备的多孔镁组织工程支架图片。
图2.表面处理后多 L局部结构图片。
图3.采用数控钻 L技术制备的多 L镁组织工程支架图片。
具体实肺式
实施例i.
采用激光钻孔技术制备如图l所示多孔镁组织工程支架，其尺寸为
8x8x8mm3，孔径为500pm，孔隙率为48%。图2所示，该多孔结构中可以经过 表面处理，表面处理涂层已长入多孔结构内部。 实施例2.
与实施例1不同之处在于制备多孑L钛合金组织工程支架(本实施例钛合金 牌号为Ti6AUV)，其尺寸为8x8x8mm3，孑L径为300|im，孔隙率为60%。 实施例3.
与实施例1不同之处在于制备多孔碳化硅组织工程支架，其尺寸为 8x8x8mm3，孑L径为400jim，孔隙率为62%。 实施例4.
与实施例1不同之处在于制备多孔羟基磷灰石组织工程支架，其尺寸为 8x8x8mm3，孔径为450(im，孔隙率为55%。 实施例5.
与实施例1不同之处在于制备多孔聚四氟乙烯组织工程支架，其尺寸为
510xl0xl0mm3，孔径为350iim，孔隙率为65%。 实施例6.
与实施例1不同之处在于制备多孔聚氨酯组织工程支架，其尺寸为 7x7x7mm3，孑L径为400pm，孔隙率为70%。 实施例7.
与实施例1不同之处在于制备多孔聚乳酸组织工程支架，其尺寸为 5x5x5mm3，孔径为300-500pim，孔隙率为68%。 实施例8.
采用数控钻孔技术制备如图3所示多孔镁合金组织工程支架，其尺寸为 5x5x5mm3，孑L径为600pm，孔隙率为56%。 实施例9
与实施例8不同之处在于制备多？L钛(Ti6A14V)组织工程支架，其尺寸 为5x5x5mm3，孑L径为300-500|mi，孔隙率为70%。
实施例结果表明，采用机械加工方式可制备出多种材料的多孔结构，M3S率 高，表面处理时，孔结构不易堵塞使提高孔内金属表面的生物相容性成为可能。
权利要求
1、一种生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，其特征在于采用机械加工方式制备多孔组织工程支架。
2、 按照权利要求1所述的生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，其 特征在于机械加工方法为激光打 L技术或数控钻孔技术。
3、 按照权利要求2戶/M的生物医学组织工程支架用多孑L材料的制备方法，其 特征在于按预制好的多孔结构，将最终所需尺寸的实体结构的组织工程支架材 料通过电脑控制及数控技术，禾,激光的高能量及钻头的高速旋转，进行打孔， 制备成多孔结构。
4、 按照权利要求1所述的生物医学组织工程支架用多 L材料的制备方法，其 特征在于组织工程支架材料包括多孔金属材料、多孔高分子材料、多孔陶瓷材 料或上述材料的多孔复合材料。
5、 按照权利要求4所述的生物医学组织工程支架用多孔材料的制备方法，其 特征在于多孑L金属材料为多孑L钛合金、多孔,齢金、多孔钽合金、多孑L锌合金 或多孔记〖乙合金；多孔高分子材料为聚乳酸、聚氨酯、硅橡胶、聚乙烯、聚四氟 乙烯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚经基羧酸或聚乙醇酸；多孔陶瓷材料为磷酸钙、磷 酸三f丐、靴铝、氧化锌、碳化硅、生物玻璃離基磷灰石。
6、 按照权禾腰求1戶腿的生物医学组织工程支架用多孑L材料的制备方法，其 特征在于组织工程支架材料为M结构，孔隙率为5-99%，孑L径为50-900pm。
全文摘要
本发明涉及生物材料技术领域，特别适用于生物医学组织工程支架材料的制备领域，具体为一种组织工程支架用多孔材料的制备方法。本发明采用机械加工技术制备多孔材料，将其利用于组织工程支架，为细胞的粘附及生长等提供三维空间。所述机械加工方法包括激光加工技术、数控钻孔加工技术。所述机械加工方法所制备的多孔材料，其孔隙率为5-99％，孔径为50-900μm，为通透的多孔结构。本发明可以制备多种金属材料，其中激光打孔技术还可制备多孔高分子材料、陶瓷材料及复合材料等，适用范围广泛。
文档编号A61L31/12GK101455862SQ20071015882
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月12日 优先权日2007年12月12日
发明者张炳春, 柯 杨, 芳 耿, 谭丽丽, 丰 郑, 龚明明 申请人:中国科学院金属研究所