一种粒径可控的聚乙烯醇微球造孔剂及其制备方法和应用

本发明属于材料制备领域，特别涉及一种粒径可控的聚乙烯醇微球造孔剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、多孔细胞支架作为组织工程的基础，是决定组织工程成与败的重要因素之一。理想的细胞支架应由具有优良生物综合性能的材料所构成。此外，考虑到种植细胞的迁移、分化、繁殖及组织形成，细胞支架还需要特定形状与孔隙结构的三维多孔形态，包括适宜的孔隙形状、结构、大小、孔隙率以及良好的孔隙连通性。一般而言，细胞支架的孔隙结构与其制备方法有密切联系。

2、在各种细胞支架的制备方法中，溶液浇注/粒子沥滤法是一种传统且常用的制备方法。对于该方法，造孔剂的种类及属性直接决定了细胞支架的孔隙结构。常用的造孔剂包括酒石酸钠、氯化钠、柠檬酸钠、碳酸氢铵、冰粒子、聚氧化乙烯、石蜡、明胶、糖粒子等。然而，这些造孔剂强度、粒径分布等难以控制等问题。采用这些造孔剂所制备得到的细胞支架也存在一些不足之处，如孔间相互连通性差、孔径分布宽、孔径大小难控制、存在造孔剂残留等问题。

3、因此，开发尺寸稳定且可控、分布窄的新型造孔剂成为了研究热点，这对于控制细胞支架的孔隙结构、大小、形状以及孔隙连通性具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种粒径可控的聚乙烯醇微球造孔剂及其制备方法和应用。本发明所述制备方法制备得到的聚乙烯醇微球造孔剂尺寸稳定且可控、分布窄，强度高，且可物理溶解。将本发明所述聚乙烯醇微球造孔剂用于制备细胞支架，能得到孔隙结构、大小、形状以及孔隙连通性可控的细胞支架。这有利于细胞的迁移、分化、繁殖及组织形成。

2、本发明的发明构思为：本发明通过控制聚乙烯醇微球造孔剂制备过程中的成型剂、非溶剂固化液、脱水剂的种类及用量或浓度，使得制备的聚乙烯醇微球造孔剂尺寸稳定且可控、分布窄，强度高，且可物理溶解。将本发明所述聚乙烯醇微球造孔剂用于制备细胞支架，能得到孔隙结构、大小、形状以及孔隙连通性可控的细胞支架。这有利于细胞的迁移、分化、繁殖及组织形成。

3、本发明的第一方面提供一种粒径可控的聚乙烯醇微球造孔剂的制备方法。

4、具体的，一种粒径可控的聚乙烯醇微球造孔剂的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)将聚乙烯醇与水混合，升温，得到聚乙烯醇水溶液；

6、(2)向步骤(1)所述聚乙烯醇水溶液中加入成型剂，搅拌，得到混合液；

7、(3)将非溶剂固化液置于容器中，并控制非溶剂固化液在容器中形成的液层厚度，然后将步骤(2)所述混合液加入非溶剂固化液中，形成颗粒物，然后过滤，制得聚乙烯醇颗粒；

8、(4)将步骤(3)所述聚乙烯醇颗粒置于脱水剂中，过滤，制得所述聚乙烯醇微球造孔剂；

9、所述成型剂为n,n-二甲基乙酰胺或n,n-二甲基甲酰胺；

10、所述聚乙烯醇与水的质量比为1：(8-25)，且所述成型剂与聚乙烯醇溶液的质量比为1：(1-7)；

11、所述非溶剂固化液选自丙酮、苯、二氯乙烷、四氯化碳、乙二醇、醋酸乙酯、四氢呋喃、液体石蜡中的至少一种；

12、所述非溶剂固化液在容器中形成的液层厚度为1-7cm；

13、所述脱水剂为饱和氯化钠溶液或无水乙醇。

14、优选的，步骤(1)中，所述水为去离子水。

15、优选的，步骤(1)中，所述聚乙烯醇与水的质量比为1：(9-24)。

16、优选的，步骤(1)中，所述聚乙烯醇原料的醇解度为88-99％，平均聚合度为1700-1800。

17、优选的，步骤(1)中，聚乙烯醇与水混合时的搅拌速度为10-45min，更优选为15-45min。

18、优选的，步骤(1)中，所述升温的温度为80-95℃，更优选为85-95℃。

19、优选的，步骤(1)中，所述升温是采用油浴加热的方式进行升温。

20、优选的，步骤(1)中，升温后，还包括冷凝水回流并搅拌，待溶解结束后，常温下静置脱泡的过程。

21、优选的，所述冷凝水回流并搅拌的时间为3.5-6h，更优选为4-6h。

22、优选的，所述静置脱泡的时间为40-75min，更优选为45-75min。

23、优选的，步骤(2)中，所述成型剂与聚乙烯醇溶液的质量比为1：(1-6)，例如1：1、1：2、1：3、1：4、1：5、1：6。

24、优选的，步骤(2)中，所述搅拌的时间为10-30min，更优选为15-30min。

25、优选的，步骤(2)中，所述搅拌后进行静置脱泡，静置脱泡的时间为8-20min，更优选为10-20min。

26、优选的，步骤(3)中，所述非溶剂固化液在容器中形成的液层厚度为1-5cm，例如为1cm、2cm、3cm、4cm、5cm。

27、优选的，步骤(3)中，将步骤(2)所述混合液滴加到非溶剂固化液中，形成颗粒物，滴加方式为采用2-4ml一次性塑料滴管滴加。

28、优选的，步骤(3)中，所述将步骤(2)所述混合液滴加到非溶剂固化液中，形成浸泡的效果，经过6-9h后，形成颗粒物，出现相分离现象。

29、优选的，步骤(3)中，过滤后，所得的颗粒物依次用乙醚和无水乙醇洗涤，干燥，获得聚乙烯醇颗粒。

30、优选的，洗涤的次数为2-5次，更优选为2-3次。

31、优选的，干燥为常温常压下挥发除去残留无水乙醇。

32、优选的，步骤(4)中，将步骤(3)所述聚乙烯醇颗粒置于脱水剂中保持8-25min，更优选为10-20min。

33、优选的，步骤(4)中，过滤后，将得到的颗粒物用去离子水洗涤，干燥，洗涤的次数为2-5次，更优选为2-3次。

34、优选的，干燥为常温常压下进行。

35、优选的，一种粒径可控的聚乙烯醇微球造孔剂的制备方法，包括以下步骤：

36、(1)将聚乙烯醇与去离子水置于250ml三口玻璃烧瓶中，常温下低速搅拌，接着采用油浴加热升温，冷凝水回流并搅拌，待溶解结束后，常温下静置脱泡，得到聚乙烯醇水溶液。

37、(2)将步骤(1)所得到的聚乙烯醇水溶液置于玻璃烧杯中，加入成型剂，常温搅拌，静置脱泡，得到混合液。

38、(3)将非溶剂固化液置于25ml玻璃烧杯中，将步骤(2)所得到的混合液逐滴滴入非溶剂固化液中，浸泡，相分离，待颗粒固化成型后，将颗粒从非溶剂固化液中滤出，并依次用乙醚和无水乙醇分别洗涤，干燥，得到聚乙烯醇颗粒；

39、(4)将步骤(3)所得到的聚乙烯醇颗粒置于脱水剂中，然后将聚乙烯醇颗粒从脱水剂中滤出，并用去离子水洗涤，干燥，得到聚乙烯醇微球造孔剂。

40、本发明的第二方面提供一种粒径可控的聚乙烯醇微球造孔剂。

41、具体的，一种粒径可控的聚乙烯醇微球造孔剂，由上述制备方法制得，且所述聚乙烯醇微球造孔剂的粒径差异控制在0.14mm以内。

42、优选的，所述聚乙烯醇微球造孔剂的粒径差异控制在0.10mm以内，更优选为0.06mm以内。说明本发明制备方法制备得到的聚乙烯醇微球造孔剂的粒径分布窄。

43、优选的，所述聚乙烯醇微球造孔剂在10g重量负载下的形变率为0.61％以内，更优选为0.40％以内。说明本发明制备方法制备得到的聚乙烯醇微球造孔剂具有高的强度。

44、本发明的第三方面提供一种粒径可控的聚乙烯醇微球造孔剂的应用。

45、上述粒径可控的聚乙烯醇微球造孔剂在制备多孔细胞支架、催化反应领域中的应用。

46、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

47、(1)本发明通过控制聚乙烯醇微球造孔剂制备过程中的成型剂、非溶剂固化液、脱水剂的种类及用量或浓度，使得制备的聚乙烯醇微球造孔剂尺寸稳定且可控、分布窄，强度高，且可物理溶解。将本发明所述聚乙烯醇微球造孔剂用于制备细胞支架，能得到孔隙结构、大小、形状以及孔隙连通性可控的细胞支架。这有利于细胞的迁移、分化、繁殖及组织形成。

48、(2)与常规的化学交联法相比，本发明采用的制备方法没有使用化学交联剂，从而提高聚乙烯醇微球造孔剂的生物相容性。此外，该法制备得到的聚乙烯醇微球造孔剂可以通过简单的物理方法除去。

49、(3)本发明制备得到的聚乙烯醇微球造孔剂具有高强度、粒径可控、多尺度、窄分布、可物理溶解等优点，可被应用于生物医学工程、环境保护和催化反应等领域，从而进一步拓宽了其的应用范围。