专利名称：基于超临界流体技术的组织工程用三维支架制备方法
技术领域：
本发明涉及的是ー种基于超临界流体技术的组织工程用三维支架制备方法。
背景技术：
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，其目前研究的主要内容集中在生物可降解支架材料、种子细胞、体外培养条件等方面，其中理想的三维支架的构建是组织工程化人工器官研究成功的前提条件。近年来，新型支架材料的研究趋势呈单ー组分向多组分过渡，惰性材料向活性材料过渡。如何在原有研究的基础上研获理想的生物活性支架，已成为组织工程这ー重大课题的核心热点和难点。理想的组织工程支架除具有良好的生物相容性、适宜的降解性和有效的表面活性夕卜，还要求具有合适体积、形状的三维外部立体结构，以满足组织缺损的修复和填充的需要，以及高孔隙率且内部连通的三维内部结构，以便为种子细胞增殖、长入支架材料以及养分交換和代谢产物的排出提供良好的空间和通道。至今已提出了多种制备组织工程用三维多孔支架的方法。比较典型的有浇铸/粒子浙滤、相分离、纤维联结、三维印刷、乳液冷冻干燥、熔融成型、气体发泡等；以及在这些技术的基础上发展的ー些复合方法，例如相分离/粒子浙滤、粒子浙滤/冷冻干燥、电纺丝/粒子浙滤/气体发泡法等。尽管这些方法各有其特点和优越性，但其中有些问题仍然是制约其应用的关键。例如，有些方法涉及高温，不利于制备过程中生物活性物质的引入；有些方法涉及有机溶剂，对其进行脱除，使残留有机溶剂达到临床应用可接受的范围就成为ー 个难题；有些方法形成的孔隙率低，孔与孔之间相互贯通差；有些方法无法实现对孔径的控制，孔结构及其强度较差；有些方法复杂，在实验室完成ー个制备过程需很长时间，例如浇铸/粒子浙滤法大约需要I周，有些方法无法用于制备多组分或复合活性支架，有些方法虽然可以用于多组分或复合活性支架制备，但エ艺过程会更加复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于超临界流体技术的组织工程用三维支架制备方法。本发明的技术方案如下—种基于超临界流体技术的组织工程用三维支架制备方法，包括以下步骤第一步，将要制成多孔支架的聚合物，或两种或两种以上不同力学性能的聚合物组成的混合物，或聚合物与纳微米活性物质组成的混合物溶于溶剂中制成一定浓度的溶液或悬浮液，该溶液或悬浮液与ScCO2充分接触，由于ScCO2近乎液体的溶解能力和近乎气体的扩散能力，一是ScCO2快速溶于溶液或悬浮液中而引起聚合物溶液或悬浮液发生相分离，溶液或悬浮液即被分离成相互成亚稳平衡的聚合物富相和聚合物贫相，同时，溶液或悬浮液中的溶剂也会快速溶解于ScCO2中，聚合物富相不断发生玻璃化转变而固化，形成多孔材料，聚合物贫相形成晶核并逐渐长大，充满多孔材料中的空隙；第二步，循环通入CO2对多孔材料进行清洗和干燥，溶剂不断进入ScCO2相被带出系统，即可得到几乎无溶剂残留的单ー组分、或多组分，或复合活性组织工程用多孔支架。所述的制备方法，具体操作步骤为Al、称取一定质量的干燥聚合物，或两种或两种以上不同力学性能的聚合物组成的混合物，或聚合物与纳微米活性物质组成的混合物溶入溶剂中，制成质量百分比浓度5% -50%的溶液或悬浮液，待溶液或悬浮液制备完毕，静置5-30min，排除溶液中的气泡；A2、将静置排完气泡的溶液或悬浮液慢慢倒入深度为l-3cm的浇铸容器中，然后将盛有溶液或悬浮液的浇铸容器放入升至30-50°C的高压釜中，密封高压釜，缓慢通入ScCO2至压カ为6-30MPa，关闭柱塞泵，关闭高压釜的入口和出口阀门保压；A3、保持上述压カ30min-120min，浇铸容器中的溶液或悬浮液聚合物富相不断发生玻璃化转变而固化，形成多孔材料，聚合物贫相形成晶核并逐渐长大，充满多孔材料中的 空隙；A4、开启高压釜的ScCO2出口阀门，打开入ロ阀门，开启柱塞泵，使ScCO2以2_40kg/h的循环流速流经高压釜、一级分离釜、ニ级分离釜、质量流量计、单向阀，直至与0)2钢瓶出来的ScCO2在混合器混合后再通入高压釜干燥浇铸容器中形成的多孔材料，以形成干燥的多孔支架；A5、继续循环干燥30_120min至多孔支架干燥完全；A6、关闭柱塞泵，关闭高压釜进出口阀门，缓慢对高压釜泄压，至压カ为零，取出浇铸容器，取出多孔支架。本发明的有益效果如下I、本发明提出了超临界C02(ScC02)-循环干燥过程用于组织工程用多孔支架的制备，为孔结构可控，孔隙率高，互通性好，几乎无溶剂残留的组织工程用多孔支架制备提供了一条新途径。2、本发明中，当聚合物为ー种时，可制备单一成分的多孔支架，当将两种聚合物以一定比例混合然后溶解入有机溶剂时即可得到不同孔结构和机械性能的多组分多孔支架。3、当将聚合物和活性物质以一定比例混合溶解入有机溶剂中形成溶液或悬浮液，利用该过程即可制备具有一定生物活性的复合组织工程用多孔支架。4、利用不同形状和体积的浇铸容器，即可得到具有不同体积、形状的三维外部立体结构的多孔支架，满足不同组织工程的需要。5、ScC02对支架的干燥过程中不会产生汽-液界面，可以快速而完全地干燥多孔材料而不会造成孔结构的坍塌，获得的孔结构形态好、孔隙率高、互通性強；6、ScC02在临界点附近其性质随操作參数的变化极为敏感，通过调整操作參数即可简单实现对孔结构的控制。7、超临界流体既作为相分离诱导剂，又作为干燥剂，孔结构形成和干燥一歩完成，制备时间大大缩短，エ艺操作简单。8、在高压釜和一级分离釜之间设置ー微调稳压背压阀门，其对高压即可起到稳压作用，保证两釜间一定的压差，又能保证循环干燥和泄压过程的平稳运行，易于实现对孔径的控制。9、在高压釜后设置了两组分离釜用以分离ScCO2溶解的有机溶剂，经两次分离的超临界流体基本已不含有机溶剂，保证CO2和有机溶剂回收利用的同时，可得到几乎完全干燥、无溶剂残留的多孔支架。10、本发明即可用于结晶性聚合物，也可用于非定形态聚合物的多孔支架的制备。11、本发明可在较低温度下进行，易于实现活性物质的引入。
图I :超临界流体诱导相分离-循环干燥过程流程示意图；I、CO2钢瓶；2、冷却水箱；3、柱塞泵；4、混合器；5、浄化器；6、预热器；7、高压釜；
8、浇铸容器；9、一级分离釜；10、ニ级分离釜；11、流量计；12、单向阀；13、微调稳压背压阀门。
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。如图I所示，本发明提出了ー种新的组织工程用三维多孔支架制备方法，即超临界CO2 (ScCO2,超临界C02)-循环干燥过程。:第一歩，将要制成多孔支架的聚合物，或两种或两种以上不同力学性能的聚合物组成的混合物，或聚合物与纳微米活性物质组成的混合物溶于溶剂中制成一定浓度的溶液或悬浮液，该溶液或悬浮液与ScCO2充分接触，由于ScCO2近乎液体的溶解能力和近乎气体的扩散能力，ー是ScCO2快速溶于溶液或悬浮液中而引起聚合物溶液或悬浮液发生相分离，溶液或悬浮液即被分离成相互成亚稳平衡的聚合物富相和聚合物贫相，同时，溶液或悬浮液中的溶剂也会快速溶解于ScCO2中，聚合物富相不断发生玻璃化转变而固化，形成多孔材料，聚合物贫相形成晶核并逐渐长大，充满多孔材料中的空隙；第二步，循环通入CO2对多孔材料进行清洗和干燥，溶剂不断进入ScCO2相被带出系统，即可得到几乎无溶剂残留的单ー组分、或多组分，或复合活性组织工程用多孔支架。其具体操作步骤如下I、称取一定质量的干燥聚合物(如聚乳酸、聚己内酷、聚こニ醇、聚こ醇酸等可降解聚合物，或将其根据不同要求以一定配比混合，具体配比可根据需要调节，如当将聚乳酸与聚こニ醇以I : I的混合比例溶入溶剂中时，得到的多孔支架其机械强度比纯聚乳酸时低，可用于软骨组织工程等)或聚合物与活性物质(如羟基磷灰石、磷酸三钙等)融入溶剂中(溶剂如丙酮、こ醇、三氯甲烷、ニ氯甲烷等)制成质量百分比浓度5%-50%的溶液或悬浮液。待溶液制备完毕，静置5-30min，排除溶液中的气泡。2、将静置排完气泡的溶液或悬浮液慢慢倒入深度为l_3cm的浇铸容器8中，然后将盛有溶液的浇铸容器8放入升至30-50°C的高压釜7中，密封高压釜7，缓慢通入ScCO2至压カ为6-30Mpa，关闭高压釜7的入口和出ロ阀门保压。3、保持上述压カ30_120min，浇铸容器中的溶液或悬浮液聚合物富相不断发生玻璃化转变而固化，形成多孔材料，聚合物贫相形成晶核并逐渐长大，充满多孔材料中的空隙。4、开启高压釜7的ScCO2出口阀门，打开入口阀门，同时开启柱塞泵3，使ScCO2以2-40kg/h的循环流速流经高压爸7、ー级分离爸9、ニ级分离爸10、质量流量计11、单向阀12，直至与CO2钢瓶I出来的ScCO2在混合器4混合后再通入高压釜7干燥浇铸容器8中形成的多孔材料，以形成干燥的多孔支架。5、继续循环干燥30_120min至多孔支架干燥完全。6、关闭柱塞泵3，关闭高压釜进出ロ阀门，缓慢对高压釜泄压，至压カ为零，取出浇铸容器8，取出多孔支架。整个过程用时l_4h，孔隙率达到85%以上，配置溶液用聚合物的种类不同、或混合物成分不同可得到不同力学性能的多孔支架。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种基于超临界流体技术的组织工程用三维支架制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一歩，将要制成多孔支架的聚合物，或两种或两种以上不同力学性能的聚合物组成的混合物，或聚合物与纳微米活性物质组成的混合物溶于溶剂中制成一定浓度的溶液或悬浮液，该溶液或悬浮液与ScCO2充分接触，由于ScCO2近乎液体的溶解能力和近乎气体的扩散能力，ー是ScCO2快速溶于溶液或悬浮液中而引起聚合物溶液或悬浮液发生相分离，溶液或悬浮液即被分离成相互成亚稳平衡的聚合物富相和聚合物贫相，同时，溶液或悬浮液中的溶剂也会快速溶解于ScCO2中，聚合物富相不断发生玻璃化转变而固化，形成多孔材料，聚合物贫相形成晶核并逐渐长大，充满多孔材料中的空隙；第二步，循环通入CO2对多孔材料进行清洗和干燥，溶剂不断进入ScCO2相被带出系统，即可得到几乎无溶剂残留的单ー组分、或多组分，或复合活性组织工程用多孔支架。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，具体操作步骤为 Al、称取一定质量的干燥聚合物、或两种或两种以上不同力学性能的聚合物组成的混合物，或聚合物与纳微米活性物质组成的混合物溶入溶剂中，制成质量百分比浓度5% -50%的溶液或悬浮液，待溶液或悬浮液制备完毕，静置5-30min，排除其中的气泡； A2、将静置排完气泡的溶液或悬浮液慢慢倒入深度为l-3cm的浇铸容器中，然后将盛有溶液或悬浮液的浇铸容器放入升至30-50°C的高压釜中，密封高压釜，缓慢通入ScCO2至压カ为6-30MPa，关闭高压釜的入口和出口阀门保压； A3、保持上述压カ30-120min，浇铸容器中的溶液或悬浮液聚合物富相不断发生玻璃化转变而固化，形成多孔材料，聚合物贫相形成晶核并逐渐长大，充满多孔材料中的空隙； A4、开启高压釜的ScCO2出口阀门，打开入ロ阀门，开启柱塞泵，使ScCO2以2-40kg/h的循环流速流经高压釜、一级分离釜、ニ级分离釜、质量流量计、单向阀，直至与CO2钢瓶出来的ScCO2在混合器混合后再通入高压釜干燥浇铸容器中形成的多孔材料，以形成干燥的多孔支架； A5、继续循环干燥30-120min至多孔支架干燥完全； A6、关闭柱塞泵，关闭高压釜进出口阀门，缓慢对高压釜泄压，至压カ为零，取出浇铸容器，取出多孔支架。
全文摘要
本发明公开了一种基于超临界流体技术的组织工程用三维支架制备方法，包括以下步骤将要制成多孔支架的聚合物溶于溶剂中制成一定浓度的溶液或悬浮液，该溶液或悬浮液与ScCO2充分接触，ScCO2快速溶于溶液或悬浮液中而引起聚合物溶液或悬浮液发生相分离，溶液或悬浮液即被分离成相互成亚稳平衡的聚合物富相和聚合物贫相，同时，溶液或悬浮液中的溶剂也会快速溶解于ScCO2中，聚合物富相不断发生玻璃化转变而固化，形成多孔材料，聚合物贫相形成晶核并逐渐长大，充满多孔材料中的空隙；循环通入CO2对多孔材料进行清洗和干燥，溶剂不断进入ScCO2相被带出系统，即可得到几乎无溶剂残留的单一组分、或多组分，或复合活性组织工程用多孔支架。
文档编号A61F2/02GK102697579SQ20121010024
公开日2012年10月3日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者崔海亭, 杨文玲, 蒋静智 申请人:河北科技大学