专利名称：聚己内酯/聚乙二醇组织工程支架材料及其制备的制作方法
技术领域：
本发明属生物组织工程载体材料领域，特别是涉及一种以聚己内酯和聚乙二醇为原料 制备的组织工程三维多孔支架材料及其制备方法。
背景技术：
组织和器官的丧失或功能障碍严重影响着人类健康，导致人类的疾病和死亡。尽管传 统的自体移植、异体移植以及人工代用品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，组织工程的发展则弥补了这些缺 陷。组织工程通过采集功能相关的活细胞，种植于天然或人工合成的、具有一定空间结构 的三维支架上，体外培养，细胞大量增殖后移植入体内，能够达到形成具有一定结构和功 能的组织和器官的目的，因此，三维多孔支架的原材料以及制备方法则直接影响着组织工 程的成功应用。
聚己内酯(PCL)凭借其良好的组织相容性、生物降解性和易成型加工性能已经得到 了广泛的应用，但PCL的亲水性较差，结晶性偏高，降解速率比聚丙交酯和聚乳酸慢得多， 而其降解又是首先从非晶区排列不规则、无序的小分子链开始，直接影响降解周期的长短， 从而限制了其应用。目前已有文献报道可以采用共聚或共混的方法对PCL进行改性，例如 PCL与聚乳酸(PLA)共聚后，PLA的引入改善了PCL的亲水性，增加其降解速率(胡芸 等.PCL改性途经的研究.材料导报.2001， 15 (5): 52-54.)。赵三平等人已经制得 PCL-PEG-PCL三嵌段共聚物，并得出结论PEG组分的引入有效地改善了聚合物的亲水 性，并破坏了其结晶性(赵三平，冯增国等.PCL-PEG-PCL嵌段共聚物的合成与性能.功 能高分子学报.2002，15(1):67-71.)。
近年来，已有研究者将聚己内酯应用于组织工程支架材料的制备中，但采用的方法不 尽相同，例如S,J.Shieh等人用蔗糖制备形状模板，然后结合溶剂浇铸/粒子沥滤法，制得 耳状PCL和PHB材料的软骨组织工程载体材料(Shy-Jou Shieh, Schinichi Temda， Joseph P. Vacanti. Tissue engineering auricular reconstruction: in vitro and in vivo studies. Biomaterials 25 (2004) 1545-1557.)。国内杨庆等人的"一种以聚己内酯为原料的组织工程载体材料及其制 备方法"(中国专利申请号200610024129.1，公开号CN1810303)结合熔融纺丝技术和水 浴法同样制备出耳状PCL材料的软骨组织工程支架材料。哈佛大学Vacanti等人，将老鼠的间叶干细胞植入PCL电纺丝纤维组成的支架中，以动态生物反应器进行培养。培养4周 后，发现细胞支架不但能够维持住原来支架的尺寸及形状，且经由SEM观察到支架内的 细胞具有叠层增生与细胞基质的生成，而且在组织切片免疫染色中亦发现己有新生的组织 形成，并有矿化的现象产生。这表明利用电纺丝技术，可将高分子材料制备成具有纳米尺 寸纤维的支架，细胞可在纳米纤维支架上生长与分化(郭霁庆.纳米组织工程用高分子支 架.成大生物科技中心通讯.2002,4(2):18-19.)。而国内贾骏等人采用静电纺丝法也制备了 PCL纳米纤维，场发射扫描显微镜观察显示所获得纤维呈无纺多孔网状结构，直径范围为 153 612nm，纤维形态光滑均一，溶血实验、MTT试验及粘膜刺激实验都说明PCL电纺 纤维具有良好的生物相容性(贾骏等.聚己内酯电纺纤维的制备及生物相容性研究[J].中国 美容医学.2007,5:22.)。目前国内尚无专利报道采用聚己内酯和聚乙二醇共混物制备组织工 程三维多孔支架材料。而采用聚己内酯和聚乙二醇为原料，通过静电纺丝技术和纤维熔结 法制备组织工程支架材料的方法国内外也均未有同类或相似专利报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种聚己内酯/聚乙二醇组织工程三维多孔支架材 料及其制备方法，该支架材料具备良好的亲水性及可控的降解速率和孔隙率，可用于制备 组织工程载体材料。
本发明的聚己内酯/聚乙二醇组织工程支架材料，其组分包括聚己内酯(PCL)和聚
乙二醇(PEG)， PCL与PEG的配比为100: 0 40: 60。 所述聚己内酯的分子量为1 100万，熔点为55 65°C。 所述聚乙二醇的平均分子量为1000 20000，熔点为50 54°C。 所述支架材料通过聚己内酯与聚乙二醇的溶液共混来提高聚合物表面的亲水性，可以
通过控制PCL/PEG 二者的配比来调节支架材料的降解速率。
本发明的一种以聚己内酯/聚乙二醇为原料的组织工程支架材料的制备，包括(详细
工艺条件？)
(1) 将配比为100: 0 40: 60的聚己内酯和聚乙二醇溶解于共溶剂(加入量？)中， 搅拌均匀得浓度为1 13%的透明溶液；
(2) 调整静电纺丝电压为4 50 kv，纺丝细流推进速度为0.3 6ml/h时，将上述共 混溶液纺成纳米/次微米级纤维毡；
(3) 将纤维毡置于真空烘箱中烘干，抽真空去除残留溶剂；(4) 取出纤维毡后，将其层叠并填充于具有特定形状的模具中；
(5) 模具置于真空烘箱中，于50 56'C附近恒温5 30min，取出冷却脱模，紫外灭 菌即可。
步骤(1)所述的共溶剂为四氢呋喃或氯仿溶剂，或者为添加二甲基甲酰胺、甲醇、
乙醇中的一种或多种所得的混合溶剂。
步骤(2)中的纤维毡纤维的直径经扫描电镜和Photoshop软件测得为200 900nm。 步骤(5)所述温度为共混物熔融温度，在该温度下，材料表面的纤维熔化，相互连
接形成具备一定强度的三维空间结构。
有益效果
(1) 聚乙二醇的加入提高了聚合物表面的亲水性，增强了细胞在表面的粘附、增殖 状态，通过控制原料配比得到可控调节的降解速度，满足组织工程的临床需要；
(2) 静电纺丝得到的纤维尺寸小于细胞，可模拟天然细胞外基质的结构和生物功能， 提供细胞种植、繁殖、生长的理想模板；
(3) 该纤维毡均一性好、孔隙率高、孔径可调、生物相容性好，以其制得的三维多 孔结构材料具有一定形状和较好的机械性能。
图1是静电纺丝技术与纤维熔结法制备的PCL/PEG耳形支架外观照片； 图2是电纺PCL/PEG纤维毡的扫描电镜照片。
具体实施例方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而 不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
实施例1
采用四氢呋喃作为共溶剂，将分子量为5万，熔点为58 60'C的高聚物PCL，以及平 均分子量为1000，熔点为50 54。C的高分子PEG以80: 20的配比溶解于共溶剂中，搅拌 均匀，制成透明均一溶液后，静电纺丝制成电纺纤维毡，置于真空烘箱中烘干，去除残留 溶剂后，取出后层叠并填充于特定形状模具中，将真空烘箱温度设定为56"C，模具置于真空烘箱中恒温20min后取出，冷却后脱模，紫外灭菌，便得到具有特定外形和良好性能的 组织工程支架材料。经扫描电镜和Photoshop软件测得纤维毡纤维直径为800土100nm，接 触角测试显示材料表面亲水性提高，初步证明降解周期縮矢豆。这种材料具备优良的降解周 期，更适用于软骨组织工程支架材料。可简单描述接触角测试。
实施例2
采用四氢呋喃与乙醇混合溶剂作为共溶剂，将分子量为10万，熔点为58 6(TC的高 聚物PCL，以及平均分子量为2000，熔点为50 54'C的高分子PEG以70: 30的配比溶解 于共溶剂中，搅拌均匀，制成透明溶液后，静电纺丝制成电纺纤维毡，置于真空烘箱中烘 干，取出后层叠并填充于特定形状模具中，将真空烘箱温度设定为54X:，模具置于真空烘 箱中恒温15min后取出，冷却后脱模，便得到具有特定外形和良好性能的组织工程支架材 料。经扫描电镜和Photoshop软件测得纤维毡纤维直径为300土100nm，接触角测试显示材 料表面亲水性提高，初步证明降解周期縮短。这种材料具备优良的降解周期，更适用于软 骨组织工程支架材料。
实施例3
釆用氯仿与甲醇混合溶剂作为共溶剂，将分子量为100万，熔点为58 6(TC的高聚物 PCL，以及分子量为2000，熔点为50 54t:的高分子PEG以50: 50的配比溶解于共溶剂 中，搅拌均匀，制成透明溶液后，静电纺丝制成电纺纤维毡，置于真空烘箱中烘干，去除 残留溶剂后，取出后层叠并填充于特定形状模具中，将真空烘箱温度设定为5(TC，模具置 于真空烘箱中恒温5min后取出，冷却后脱模，便得到具有特定外形和良好性能的组织工 程支架材料。经扫描电镜和Photoshop软件测得纤维毡纤维直径为600土100nm，接触角测 试显示材料表面亲水性提高，初步证明降解周期縮短。这种材料具备优良的降解周期，更 适用于软骨组织工程支架材料。
权利要求
1.一种聚己内酯/聚乙二醇组织工程支架材料，其组分包括聚己内酯和聚乙二醇，聚己内酯和聚乙二醇的配比为100∶0～40∶60。
2. 根据权利要求1所述的聚己内酯/聚乙二醇组织工程支架材料，其特征在于所述聚己内酯的分子量为1 100万，熔点为55 65°C，聚乙二醇的平均分子量为1000 20000， 熔点为50 54°C。
3. —种以聚己内酯/聚乙二醇为原料的组织工程支架材料的制备，包括(1) 将配比为100: 0 40: 60的聚己内酯和聚乙二醇溶解于共溶剂中，搅拌均匀得浓度 为1 13%的透明溶液；(2) 调整静电纺丝电压为4 50 kv，纺丝细流推进速度为0.3 6ml/h时，将上述共混溶 液纺成纳米/次微米级纤维毡；(3) 将纤维毡置于真空烘箱中烘干，抽真空去除残留溶剂；(4) 取出纤维毡后，将其层叠并填充于具有特定形状的模具中；(5) 模具置于真空烘箱，于50 56'C恒温5 30min，取出冷却脱模，紫外灭菌。
4. 根据权利要求3所述的以聚己内酯/聚乙二醇为原料的组织工程支架材料的制备，其特 征在于步骤(1)所述的共溶剂为四氢呋喃、氯仿溶剂，或添加二甲基甲酰胺、甲醇、 乙醇中的一种或多种所得的混合溶剂。
5. 根据权利要求3所述的以聚己内酯/聚乙二醇为原料的组织工程支架材料的制备，其特 征在于步骤(2)中的纤维毡纤维的直径经扫描电镜和Photoshop软件测得为200 900nm。
6. 根据权利要求3所述的以聚己内酯/聚乙二醇为原料的组织工程支架材料的制备，其特 征在于步骤(5)所述的50 56'C温度为共混物熔融温度，在该温度下，材料表面的纤 维熔化，相互连接形成具有强度的三维空间结构。
全文摘要
本发明涉及一种聚己内酯/聚乙二醇组织工程支架材料及其制备方法，其组分包括聚己内酯和聚乙二醇，聚己内酯与聚乙二醇的配比为100∶0～40∶60；其制备包括(1)将一定配比的聚己内酯和聚乙二醇溶解于共溶剂中制得均匀透明溶液；(2)通过静电纺丝工艺将溶液纺成纳米/次微米级纤维毡；(3)真空烘箱中抽真空去除纤维毡的残留溶剂；(4)取出纤维毡，将其层叠并填充于特定形状的模具中；(5)模具置于真空烘箱，于共混物熔融温度附近恒温加热后，取出冷却，紫外灭菌即可。本发明支架材料体系结构稳定，内部孔结构均匀，各孔相互贯通，可用作软骨组织工程细胞支架。
文档编号A61L27/00GK101288777SQ20081003595
公开日2008年10月22日 申请日期2008年4月11日 优先权日2008年4月11日
发明者彭兰兰, 庆 杨, 沈新元, 郯志清, 陈思诗 申请人:东华大学