韧性好易成型可降解细胞支架材料的制备方法与流程

本发明属于组织工程领域，具体涉及韧性好易成型可降解细胞支架材料的制备方法。

背景技术

细胞支架材料是组织工程三大要素之一，理想的细胞支架材料应具有如下特性：(1)良好的组织相容性；(2)生物可降解性；(3)降解可调性；(4)降解无毒性；(5)易塑型性；(6)具有适应种子细胞生长、繁殖所需要的物理和化学特性。研究者们对细胞支架材料进行了很多研究。例如生物类材料：同种异体骨、异种骨等，它具有天然的多孔隙结构，经过一定的化学物理方法处理后，消除了部分抗原性，但存在来源不足、抗原性消除不确定、有传播某些疾病的隐患、以及力学强度不足、降解快等缺陷。因此研究者们将目光投向了聚合物材料。虽然天然衍生的聚合物(包括海藻酸盐、胶原、壳聚糖、葡聚糖、透明质酸、明胶和琼脂等)具有良好的应用前景，但天然材料存在性能难以重现，难以大批量生产，且具有一定的压缩性，在体内水解过程中不能保持空间构型等缺点。而人工合成的聚合物材料具有不可替代的优势，它能大量生产，可根据需要裁剪设计，并可随组织生长逐渐降解，排出体外，不需要二次手术取出。

在各种合成的聚合物材料中，许多研究者重点考虑已被美国食品药品监督管理局(fda)批准用作可吸收缝线的合成可降解聚(α-羟基酯)这一类聚酯，因为该类聚合物的降解产物可参与人体新陈代谢并被排出体外。这类聚合物中最常用的是聚乙醇酸(pga)、聚乳酸(pla)和它们的共聚物plga。这些聚合物有明显的优势：(1)具有良好的生物相容性和组成可调性；(2)易于杀菌消毒；(3)可制成一定的形状；(4)具有一定的刚度；(5)降解速率可设计调控以适应新组织的形成。

组织工程中应用的pla及其共聚物支架材料制作技术主要包括溶液浇铸、微粒滤除、相分离和气体发泡等方法。溶液浇铸、微粒滤除法的优点是可以制备出孔隙率及孔径可控的三维连通支架，其中支架的孔隙率和孔径对于细胞的附着与生长有着重要影响。现有溶液浇铸/微粒滤除法可以调节致孔剂的用量及颗粒大小，制得不同孔隙率和孔径的细胞支架。但该法制备的多孔支架材料脆性大、易碎，形状不规则，不能用手术刀裁剪切割，不能成型复杂形状。聚乳酸有良好的生物相容性、生物可降解性和无毒性，但这类材料亲水性不够，造成细胞短期贴附效果差。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供韧性好易成型可降解细胞支架材料的制备方法，用以克服上述现有技术中的缺陷。本发明所采用的技术解决方案是：

韧性好易成型可降解细胞支架材料的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)采用脱膜纸制作模具；

2)取适量pla聚合物溶解于有机溶剂中，再放入适量致孔剂，浇注到所述模具中，混合均匀，在室温常压下挥发24h，然后在真空条件下干燥；

3)将所述步骤2)中的产物在水中滤除所述致孔剂，得到指定尺寸、厚度的多孔泡沫。

进一步的，还包括步骤4)：加热所述多孔泡沫至所述聚合物的玻璃化温度，成型为管状多孔泡沫。

进一步的，还包括步骤5)：将所述管状多孔泡沫放入peo-ppo-peo的水溶液中浸泡24-48h，晾干，在真空中干燥至恒重。

进一步的，所述步骤2)中，放入适量致孔剂的同时放入适量短纤维。

进一步的，所述步骤1)具体为：将脱膜纸折叠装订成盒状，形成模具。

进一步的，所述脱模纸的特性为不沾水、不透水，有机溶剂不能溶解渗透。

进一步的，所述有机溶剂为丙酮。

进一步的，所述致孔剂为nacl颗粒。

进一步的，所述peo-ppo-peo的水溶液的浓度为5％-10％。

进一步的，所述短纤维采用长度为2-4mm的pga短纤维。

本发明的有益效果是：为解决现有技术和材料存在的不足，使用新模具和短纤维增加支架材料的韧性与可塑性，应用表面处理工艺，大大提高细胞在支架材料上的附着，成功制作了一种韧性好易成型可降解细胞支架材料。该材料有望克服现有支架材料脆性大、无法塑型的缺点，可根据不同患者需求制作个性化细胞支架，有望在血管、气管和神经的再生修复中发挥重要作用。

附图说明

图1-图2是传统溶液浇铸/微粒滤除法制作的细胞支架扫描电镜照片；

图3是传统溶液浇铸/微粒滤除法制作的细胞支架大体形态图；

图4是新模具制作细胞支架扫描电镜照片；

图5是新模具制作细胞支架大体形态图；

图6-图7是管状细胞支架大体形态图；

图8是pga增强细胞支架扫描电镜照片；

图9是pga增强细胞支架大体形态图；

图10-图11是pga纤维增强的管状细胞支架大体形态图；

图12-图13是细胞培养八星期时细胞生长情况图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，对照例：

采用传统溶液浇铸/微粒滤除法工艺，制作细胞支架：以玻璃培养皿为模具，取适量pla聚合物，加入适量一定直径范围的nacl颗粒，再加入有机溶剂丙酮，混合均匀。在常温常压下丙酮挥发24h，然后在真空中干燥至恒重，得到块状复合物。然后将块状复合物放入水中，溶出nacl颗粒，晾干，得到多孔泡沫。通过压汞仪法测得孔隙率为51.2％，孔径在100-200μm之间。该方法制成的多孔泡沫强度不够，非常脆，很容易就裂成碎片不能切割，不能成型为复杂形状。从电镜照片，可以发现在孔洞表面和基体内部都有大量裂纹，这是强度不高、质脆易裂的关键原因。

如图4-图5所示，实施例1：

优选一种不沾水、不透水，有机溶剂不能溶解渗透的脱模纸，将脱膜纸折叠成盒状后装订，制作成新模具。首先取适量pla聚合物，再加入适量一定直径范围的nacl颗粒，再加入有机溶剂丙酮，混合均匀，让丙酮挥发24h，在真空中干燥至恒重。然后加入水溶出nacl颗粒，晾干，后得到尺寸为8cm×4cm×0.2cm的块状多孔泡沫。通过压汞仪法测得孔隙率为52.4％，孔径在100-200μm之间。电镜照片显示，采用新模具制作的多孔泡沫表面没有裂纹。一整块多孔泡沫可切割成三部分，显示了本方法制作的细胞支架有良好的可切割性。

如图6-图7所示，实施例2：

优选一种不沾水、不透水，有机溶剂不能溶解渗透的脱模纸，将脱膜纸折叠成盒状后装订，制作成新模具。首先取适量pla聚合物，再加入适量一定直径范围的nacl颗粒，再加入有机溶剂丙酮，混合均匀，让丙酮挥发24h，在真空中干燥至恒重。然后加入水溶出nacl颗粒，晾干，得到尺寸为8cm×4cm×0.2cm的块状多孔泡沫。再加热至pla的玻璃化温度，成型得到尺寸为高度3cm，直径1.5cm，壁厚0.2cm的管状多孔泡沫。与平板状细胞支架相比，管状结构能够帮助细胞形成相应形态的组织，有利于恢复原有组织结构的功能，因此管状细胞支架更适用于气管、血管和神经导管的再生修复。

如图8-图9所示，实施例3：

优选一种不沾水、不透水，有机溶剂不能渗透的脱模纸，将脱膜纸折叠成盒状后装订，制作成新模具。首先取适量pla聚合物，再加入适量一定直径范围的nacl颗粒，和一定量的pga短纤维(2-4mm)搅拌，然后加入有机溶剂丙酮，混合均匀，让丙酮挥发24h，在真空中干燥至恒重。然后加入水溶出nacl颗粒，晾干，得到3cm×4cm×0.2cm的块状多孔泡沫。采用本方法制成的细胞支架韧性增加，可在手术过程中切割成型，满足不同患者需要。

如图10-图11所示，实施例4：

优选一种不沾水、不透水，有机溶剂不能溶解渗透的脱模纸，将脱膜纸折叠成盒状后装订。首先取适量pla聚合物，再加入适量一定直径范围的nacl颗粒和一定量的pga短纤维(2-4mm)，再加入有机溶剂丙酮，混合均匀，让丙酮挥发24h，在真空中干燥至恒重。然后加入水溶出nacl颗粒，晾干，后得到尺寸为3cm×2cm×0.2cm的块状多孔泡沫。再加热至pla的玻璃化温度，得到高度3cm、直径0.5cm、壁厚0.2cm的管状多孔泡沫。

如图12-图13、表1-表2所示，实施例5：

优选一种不沾水、不透水、有机溶剂不能溶解渗透的脱模纸，将脱膜纸折叠成盒状后装订。首先取适量pla聚合物，再加入适量一定直径范围的nacl颗粒和一定量的pga短纤维(2-4mm)，再加入有机溶剂丙酮，混合均匀，让丙酮挥发24h，在真空中干燥至恒重。然后加入水溶出nacl颗粒，晾干，得到块状多孔泡沫。再加热至pla的玻璃化温度，卷成管状，得到管状多孔泡沫。最后进行涂层处理：配制浓度为5％-10％的peo-ppo-peo的水溶液，将支架在其中浸泡24-48h，晾干，在真空中干燥至恒重。

由此种方法制作的细胞支架，在经表面处理工艺前润湿角为63°，表面处理后润湿角降为0°。细胞支架材料细胞培养2小时后，未表面处理材料单位面积贴附细胞总数为91.7±9.2，而表面处理后材料单位面积贴附细胞总数为466.7±45.7，增加了412％。表面处理后材料单位面积贴附细胞总数在一周时为801.67±107.04，在二周时为8783.33±672.81。这些结果充分说明了本发明提出的改良溶液浇铸/微粒滤除法+表面处理工艺能大幅提高材料表面细胞短期贴附和长期生长的效果。

表1涂层对多孔泡沫与水的润湿角的影响

表2不同浓度peo-ppo-peo对细胞贴附的影响

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。