专利名称：透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架及制备的制作方法
技术领域：
本发明属生物组织工程载体材料及制备领域，特别是涉及一种透明质酸改性聚己内酯 /聚乳酸三维多孔复合支架及制备。
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，进行体外培养，待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己经得到 了广泛的应用，但PCL的亲水性较差，结品性偏高，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)进行共聚后，PLA的引入改善了PCL的亲水性，增加了降解速率(胡 芸等.PCL改性途经的研究.材料导报.2001， 15 (5): 52-54.)。唐文裙等人制得的PCL — PLLA共聚物通过研究表明，共聚物的组成、变形量以及定型温度对变形后形状记忆效应 都有较大的影响，随着变形量的增加，形状恢复率呈下降趋势，较低的定型温度可获得较 好的冷变形形状记忆效应(唐文裙，蔡伟等.PLLA-PCL无规共聚物的冷变形形状记忆效应. 功能材料.2007， 12(38): 2011 — 2014.)。
近年来，已有研究者将PCL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 Terada, Joseph P. Vacanti. Tissue engineering auricular reconstruction: in vitro and in vivo studies. Biomaterials 25 (2004) 1545-1557.)。孙康等人的"生物可降解聚己内酯人工胸壁材料及其制备方法"(中国 专利申请号200410025390.4，公开号CN1593674)以PCL与甲壳素原料结合熔融纺丝技术 制备了人工胸壁材料。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已有新生的组织形成，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.)。国内葛鹏飞等人采用静电纺丝法也制备了 PLA纳米纤维，探讨了聚乳 酸的纺丝条件以及浓度对纤维直径的影响，并得出结论通过静电纺丝能制备PLA纳米级纤 维(葛鹏飞、葛明桥等.聚乳酸的静电纺丝及其形态结构研究.合成纤维.2007,1 (l))。目 前国内尚无专利报道采用PCL和PLA及透明质酸(HA)共混物制备组织工程三维多孔支 架材料。而采用PCL和PLA及HA为原料，通过静电纺丝技术和等离子体改性制备组织 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透明质酸改性的聚己内酯/聚乳酸三维多孔支 架及其制备，本发明支架材料具备良好的亲水性以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，制备方法简单。
本发明的一种透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架，其组分包括聚己内酯 (PCL)、聚乳酸(PLA)和透明质酸(HA)， PCL与PLA的质量配比介于为100: 0 0: 100之间。
所述的PCL的分子量为1 100万，熔点为55 65T。
所述的PLA的平均分子量为5力' 40万，熔点为150 17(TC。
所述的HA的平均分子量90 200万，熔点为58 62°C。
本发明的一种透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架的制备，包括
(1) 将聚己内酯PCL和聚乳酸PLA以质量比介于100: 0 0: 100之间溶解于共溶 剂，搅拌得均匀透明共混物溶液；
(2) 调整静电纺丝电压为4 40千伏，纺丝细流推进速度为0.3 6ml/h，将上述共 混溶液纺成纳米/次微米级纤维毡，再置于真空烘箱中，抽真空去除残留溶剂；
(3) 取出纤维毡，层叠并填充于特定形状模具中，模具置于50 65'C真空烘箱，恒 温20 40min，取出冷却脱模，等离子体改性，改性后的复合支架浸泡在透明质酸HA溶液 中；
(4) 将上述HA改性复合支架置于真空烘箱中干燥，用环氧乙烷消毒，最终得到HA 改性的PCL/PLA三维多孔复合支架。
所述的步骤(1)中共溶剂为四氢呋喃、氯仿溶剂或二氯甲垸。
所述的步骤(1)中共溶剂为四氢呋喃、氯仿或三氯甲烷中添加了二甲基甲酰胺、乙 醇、丙酮中的一种或几种所得的混合溶剂。
所述的步骤(1)中聚己内酯PCL和聚乳酸PLA溶液质量分数为5 15%。
所述的步骤(2)中纤维毡经扫描电镜和Photosh叩软件测得纤维直径为1700 2300nm。
所述的步骤(3)中PCL/PLA纤维毡经过等离子体改性后浸泡在HA溶液中，使透明 质酸包裹在PCL/PLA复合支架上，以改善其亲水性及细胞相容性。
所述的步骤(4)中干燥温度为共混物的熔点，在该温度，材料表面的纤维熔化，相 互连接形成具备强度的三维空间结构。
本发明提供一种以聚己内酯(PCL) /聚乳酸(PLA)为原料，结合静电纺丝法与等离 子体、透明质酸(HA)改性技术制备而成的三维多孔支架，通过PCL/PLA溶液共混、等 离子体改性及使HA吸附在支架表面来提高聚合物表面的亲水性，能够通过控制PCL/PLA 二者的配比来调节工程支架的降解速率，以弥补现有支架材料和制备方法的不足，满足组 织工程三维多孔支架材料的需要；本发明技术关键在于PCL/PLA配比对工程支架降解速 率的控制以及等离子体与HA改性后HA包裹复合支架后的稳定性，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。
采用不同质量百分比浓度和配比的共混物溶液、改变静电纺丝工艺以及纤维粘结条件 可以调节支架的微孔尺寸、孔隙率，提高支架的亲水性能，加快聚合物的降解速率。所得 复合工程支架为三维多孔组织工程支架材料，内部孔结构均匀，各孔间相互贯通，体系结 构稳定，可用作骨、软骨组织工程细胞支架，改变模具形状可制成具有特定形状的支架。 有益效果
(1) PLA的加入提高了聚合物表面的亲水性，增强了细胞在聚合物表面的粘附、增 殖状态，通过控制原料配比得到可控调节的降解速度，以满足组织工程的临床需要；
(2) 静电纺丝所得纤维尺寸小于细胞，可以模拟天然的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，与等离子体改性技术 的结合，改善了支架材料的亲水性及细胞相容性。
图1是静电纺丝技术与纤维熔结法制备的PCL/PLA耳形支架外观照片； 图2是电纺PCL/PLA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l
采用三氯甲垸作为共溶剂，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100000，熔点为150-17(TC的高分子PLA以60: 40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63"，模具置 于真空烘箱中恒温20min后取出，冷却后脱模，再将其进行等离子体改性，之后浸泡在透 明质酸溶液中，再冷冻干燥处理，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2000±300nm，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2
采用三氯甲垸与DMF混合溶剂作为共溶剂，将分子量为10力'，熔点为58 60。C的高 聚物PCL，以及平均分子量为10000，熔点为150-17(TC的高分子PLA以40: 60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63'C，模具置于真空 烘箱中恒温35min后取出，冷却后脱模，再将其进行等离子体改性，之后浸泡在透明质酸 溶液中，再冷冻干燥处理，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Photosh叩软件测得纤维毡纤维直径为2000士300nm，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
采用四氢呋喃与丙酮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，以及分子量为10000，熔点为150 17(TC的高分子PLA以80: 20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60'C，
模具置于真空烘箱中恒温40min后取出，冷却后脱模，再将其进行等离子体改性，之后浸 泡在透明质酸溶液中，再冷冻干燥处理，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3500±200nm，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
1.一种透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架，其组分包括聚己内酯PCL、聚乳酸PLA和透明质酸HA，PCL与PLA的质量配比为介于100∶0～0∶100之间。
2. 根据权利要求1所述的透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架，其特征在于:所述的PCL的分子量为1 100万，熔点为55 65°C， PLA的平均分子量为5万 40万， 熔点为150 170°C， HA的平均分子量90 200万，熔点为58 62。C。
3. —种透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架的制备，包括(1) 将聚己内酯PCL和聚乳酸PLA以质量比100: 0 0: IOO溶解于共溶剂，搅拌得均匀透明共混物溶液；(2) 调整静电纺丝电压为4 40千伏，纺丝细流推进速度为0.3 6ml/h，将上述共混 溶液纺成纳米/次微米级纤维毡，再置于真空烘箱中，抽真空去除残留溶剂；(3) 取出纤维毡，层叠并填充于特定形状模具中，模具置于50 65'C真空烘箱，恒 温20 40min，取出冷却脱模，等离子体改性，改性后的复合支架浸泡在透明质酸HA溶液 中；(4) 将上述HA改性复合支架置于真空烘箱中干燥，用环氧乙烷消毒，得到HA改性 的PCL/PLA三维多孔复合支架。
4. 根据权利要求3所述的透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架的制备，其特 征在于所述的歩骤(1)中共溶剂为四氢呋喃、氯仿或二氯甲烷。
5. 根据权利要求3所述的透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架的制备，其特 征在于所述的步骤(1)中共溶剂为四氢呋喃、氯仿或二氯甲烷中添加了二甲基甲酰胺、 乙醇、丙酮中的一种或几种所得的混合溶剂。
6. 根据权利要求3所述的透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架的制备，其特 征在于所述的步骤(1 )中聚己内酯PCL和聚乳酸PLA混合溶液溶质质量分数为5 15%。
7. 根据权利要求3所述的透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架的制备，其特 征在于所述歩骤(2)中纤维毡经扫描电镜和Photoshop软件测得纤维直径1700 2300 nm。
8. 根据权利要求3所述的透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架的制备，其特 征在于所述的步骤(3)中PCL/PLA纤维毡经过等离子体改性后浸泡在HA溶液中，使 透明质酸包裹在PCL/PLA复合支架上。
9. 根据权利要求3所述的透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架的制备，其特 征在于所述的步骤(4)中干燥温度为共混物的熔点，在该温度，材料表面的纤维熔化， 相互连接形成具备强度的三维空间结构。
全文摘要
本发明涉及一种透明质酸改性聚己内酯/聚乳酸三维多孔复合支架及制备，其组分包括聚己内酯PCL、聚乳酸PLA和透明质酸HA，其制备，包括(1)将PCL和PLA溶解于共溶剂，得透明共混物溶液；(2)调整静电纺丝工艺，将上述共混溶液纺成纳米/次微米级纤维毡，再于真空烘箱抽真空去除残留溶剂；(3)层叠并填充于特定形状模具的纤维毡再置于真空烘箱，冷却脱模，等离子体改性，然后浸泡在透明质酸HA溶液中；(4)上述HA改性复合支架置于真空烘箱干燥，环氧乙烷消毒，即得。本发明三维多孔组织工程复合支架材料，内部孔结构均匀，体系结构稳定，可用作骨、软骨组织工程细胞支架，制备方法简单。
文档编号A61L27/40GK101352582SQ200810042268
公开日2009年1月28日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者唐勇红, 庆 杨, 沈新元, 郯志清 申请人:东华大学