专利名称：水溶性高分子为模具制备软骨组织工程多孔支架的方法
技术领域：
本发明涉及一种以水溶性高分子为模具制备软骨组织工程多孔支架的方法，属生物医学工程领域。
在已知的技术中，只能制造形状规整的聚羟基烷酸酯(PHA)类三维多孔支架，如薄片、圆柱、长方体等形状(如已公开专利“一种组织和器官修复用多孔支架的制备方法”(专利公开号CN1269247A)的附图
所示)，而无法制造出许多形状复杂的支架，尤其是用硬质模具制作具有内凹面的支架时脱模困难。
为实现上述目的，本发明提出的一种以水溶性高分子为模具制备软骨组织工程多孔支架的方法，依次包括如下步骤(1)将具有水溶性、热塑性及生物相容性的高分子材料加热使其熔融为可流动液体；(2)将高分子熔体倾倒入正面向上放置有具有目标软骨形状的软质硅胶阳模的容器中，使液面与阳模边缘平齐而不浸没阳模；(3)静置冷却使高分子模具材料凝固后，取下软质阳模，便可得到与目标软骨背面形状吻合的高分子阴模底座；(4)制做一个以目标软骨形状轮廓为空腔截面的空心筒，制成以阳模正面为底，空心筒为周边的开口桶状容器；(5)将熔融的高分子模具材料浇注于上述桶状容器中，冷却凝固后将软质阳模剥离，便得到与阳模正面形状吻合的高分子阴模上盖；(6)通过标准筛筛选粒径在100微米～400微米范围内的成孔剂粒子，成孔剂为NaCl、KCl、Na2CO3、NH4HCO3、NaHCO3、蔗糖、尿素水溶性晶体；(7)以氯仿为溶剂溶解聚合物制得均相溶液，聚合物为聚羟基烷酸酯类(PHA)生物相容材料，聚合物质量(克)、溶剂的体积(毫升)与成孔剂质量(克)的比例为1∶10∶30；(8)将上述聚合物溶液倾入置有成孔剂的容器中，密闭静置使聚合物溶液浸润成孔剂粒子，再加以搅拌使之形成均匀的混合物；(9)将聚合物溶液—成孔剂粒子混合物填入上述高分子阴模底座和阴模上盖的凹陷处，合模后压实，放置在通风橱内通风，使混合物中溶剂氯仿部分挥发，然后放入真空烘箱中烘干，除去氯仿溶剂；(10)将上述内含有已除溶剂的干燥混合物的模具取出，浸泡于去离子水中，溶解高分子模具及溶化浸取成孔剂粒子，即得湿润的多孔支架；(11)将上述湿润的多孔支架自然晾干后用真空烘箱干燥，即得多孔支架成品。
上述制备方法中步骤(1)中模具用水溶性高分子材料为聚乙二醇、聚酰胺类、聚丙烯酸类。所采用模具材料应对氯仿溶剂和成孔剂呈现惰性。
采用本发明的方法制备的多孔支架材料，外形逼真，可以较好地重塑真实软骨的形状，以进行个性化的修复工作；模具自行溶解，无需直接脱模；制造周期较短；以特定水溶性高分子为模具材料时，溶解脱成孔剂步骤中能直接以此高分子修饰支架材料的表面，可以促进细胞对支架材料表面的粘附；支架的孔隙率可达85％以上，且孔径可调。
一、翻制水溶性高分子阴模加热使选定的水溶性高分子聚乙二醇熔融为可流动液体，熔融温度为70℃；将具有目标软骨形状的软质硅胶阳模(用CT扫描病人软骨形状数据，依此数据用快速成型的方法翻制而成)正面向上置于容器中，将高分子熔体倾倒入容器中，使液面与阳模边缘平齐而不浸没阳模。静置冷却使高分子凝固后，取下软质阳模，便得到与目标软骨背面形状吻合的高分子阴模底座。另做一个以目标软骨形状轮廓为空腔截面的空心筒，制成以阳模正面为底，空心筒为周边的开口桶状容器。之后将熔融的高分子浇注于桶状容器中，冷却凝固后将软质阳模剥离，得到与阳模正面形状吻合的高分子阴模上盖。
二、制备聚合物溶液一成孔剂混合体系首先通过标准筛筛选粒径在100微米～400微米范围内的成孔剂粒子，成孔剂为NaCl、KCl、Na2CO3、NH4HCO3、NaHCO3、蔗糖、尿素等水溶性晶体中的任何一种。然后用氯仿溶解聚合物制得均相溶液，聚合物为聚羟基烷酸酯类(PHA)等生物相容材料。聚合物质量(克)、溶剂的体积(毫升)与成孔剂质量(克)的比例为1∶10∶30。将聚合物溶液倾入置有成孔剂的容器中，密闭静置使聚合物溶液浸润成孔剂粒子，再加以搅拌使之形成均匀的混合物。
三、填充压模成型将聚合物溶液一成孔剂粒子混合物填入高分子阴模底座和阴模上盖的凹陷处，合模后压实。
四、除去溶剂在通风橱内通风放置，使混合物中溶剂氯仿部分挥发，然后放入真空烘箱中烘干(期间注意抽气保持低压)，除去氯仿溶剂。
五、溶化模具，浸取成孔剂取出内含已除溶剂的干燥混合物的模具，浸泡于去离子水中(期间多次换水)，高分子模具溶解之后支架混合物产品中的成孔剂粒子也被溶化浸取出来。即得湿润的多孔支架。
六、烘干产品将湿润的支架自然晾干后用真空烘箱干燥，即得支架成品。
采用本发明的方法制备的多孔支架材料，具有下述特点和优点；产品外形逼真，可以较好地重塑真实软骨的形状，以进行个性化的修复工作；模具自行溶解，无需直接脱模；制造周期较短，从制模到制成产品4天即可；以水溶性高分子聚乙二醇为模具材料时，溶解脱成孔剂时能直接以之修饰支架材料的表面，由于聚乙二醇(PEG)材料的亲水性，可以促进细胞对支架材料表面的粘附；支架的孔隙率可达85％以上，且孔径可调。
本发明适用于多种复杂形状的软骨组织工程用支架的制造，如人的耳廓软骨、鼻软骨、肋软骨和关节软骨等。
2、制备聚-2-羟基丁酸酯(PHB)氯仿溶液-NaCl粒子混合物用滤过范围为75～300微米的系列标准筛筛选出粒径在150~200微米的NaCl粒子；称取1.0克PHB粉料，置于圆底烧瓶中，量取10.0ml氯仿倒入；60℃水浴条件下，用聚四氟乙烯磁子做搅拌，加热回流30分钟使聚合物充分均匀溶解。称取30克NaCl粒子置于广口瓶中，将聚合物溶液倾入，用聚四氟乙烯生胶带裹紧广口瓶塞，使之密闭，静置12小时，使溶液充分浸润NaCl粒子，再加以搅拌使之形成均匀的混合物。
3、填充压模成型将PHB氯仿溶液-NaCl粒子混合物用不锈钢质药匙填入PEG阴模底座和上盖的凹陷处，合模，在上盖上放置重物以压实混合物。
4、除去溶剂将压有料的模具在通风橱内通风放置8小时，使溶剂氯仿部分挥发，然后放入真空烘箱中，在50℃，压力＜0.01Mpa的条件下烘干8小时，除去溶剂氯仿。
5、溶化模具，浸取成孔剂取出PEG模具(内含已脱溶剂的混合物)，置于盛有去离子水的烧杯中24小时(期间每8小时换水一次)。PEG模具溶解，之后支架混合物中的NaCl颗粒也被溶解浸取出来。
6、烘干产品将此时的PHB支架自然晾干，然后于50℃、压力＜0.01Mpa的真空烘箱中干燥4小时，即得支架成品。
2、制备2-羟基丁酸与2-羟基戊酸的嵌段共聚物(PHBV)氯仿溶液-NaCl粒子混合物用滤过范围为75～300微米的系列标准筛筛选出粒径在100~150微米的NaCl粒子；称取1.0克PHBV粉料，置于圆底烧瓶中，量取10.0ml氯仿倒入，60℃水浴条件下，用聚四氟乙烯磁子做搅拌，加热回流30分钟使聚合物充分均匀溶解。称取30克NaCl粒子置于广口瓶中，将聚合物溶液倾入，用聚四氟乙烯生胶带裹紧广口瓶塞，使之密闭，静置12小时，使溶液充分浸润NaCl粒子，再加以搅拌使之形成均匀的混合物。
3、以下步骤同实施例一。
2、制备2-羟基丁酸与2-羟基己酸的嵌段共聚物(PHBH)氯仿溶液—蔗糖粒子混合物用滤过范围为75～300微米的系列标准筛筛选出粒径在200~250微米的蔗糖粒子；称取1.0克PHBH粉料，置于圆底烧瓶中，量取10.0ml氯仿倒入，60℃水浴条件下，用聚四氟乙烯磁子做搅拌，加热回流30分钟使聚合物充分均匀溶解。称取30克蔗糖粒子置于广口瓶中，将聚合物溶液倾入，用聚四氟乙烯生胶带裹紧广口瓶塞，使之密闭，静置12小时，使溶液充分浸润蔗糖粒子，再加以搅拌使之形成均匀的混合物。
3、以下步骤同实施例一。
2、制备PHBV氯仿溶液-KCl粒子混合物用滤过范围为75～300微米的系列标准筛筛选出粒径在150~200微米之间的KCl粒子；称取1.0克PHBV粉料，置于圆底烧瓶中，量取10.0ml氯仿倒入，60℃水浴条件下，用聚四氟乙烯磁子做搅拌，加热回流30分钟使聚合物充分均匀溶解。称取30克KCl粒子置于广口瓶中，将聚合物溶液倾入，用聚四氟乙烯生胶带裹紧广口瓶塞，使之密闭，静置12小时，使溶液充分浸润KCl粒子，再加以搅拌使之形成均匀的混合物。
3、以下步骤同实施例一。
权利要求
1.一种以水溶性高分子为模具制备软骨组织工程多孔支架的方法，该方法依次包括如下步骤(1)将具有水溶性、热塑性及生物相容性的高分子材料加热使其熔融为可流动液体；(2)将高分子熔体倾倒入正面向上放置有具有目标软骨形状的软质硅胶阳模的容器中，使液面与阳模边缘平齐而不浸没阳模；(3)静置冷却使高分子材料凝固后，取下软质阳模，便可得到与目标软骨背面形状吻合的高分子阴模底座；(4)制做一个以目标软骨形状轮廓为空腔截面的空心筒，制成以阳模正面为底，空心筒为周边的开口桶状容器；(5)将熔融的高分子材料浇注于上述桶状容器中，冷却凝固后将软质阳模剥离，便得到与阳模正面凹陷形状吻合的高分子阴模上盖；(6)通过标准筛筛选粒径在100微米～400微米范围内的成孔剂粒子，成孔剂为NaCl、KCl、Na2CO3、NH4HCO3、NaHCO3、蔗糖、尿素水溶性晶体；(7)以氯仿为溶剂溶解聚合物制得均相溶液，聚合物为聚羟基烷酸酯类(PHA)的生物相容材料，聚合物质量(克)、溶剂的体积(毫升)与成孔剂质量(克)的比例为1∶10∶30；(8)将上述聚合物溶液倾入置有成孔剂的容器中，密闭静置使聚合物溶液浸润成孔剂粒子，再加以搅拌使之形成均匀的混合物；(9)将聚合物溶液—成孔剂粒子混合物填入上述高分子阴模底座和阴模上盖的凹陷处，合模后压实，放置在通风橱内通风，使混合物中溶剂氯仿部分挥发，然后放入真空烘箱中烘干，除去氯仿溶剂；(10)将内含有上述已除溶剂的干燥混合物的模具取出，浸泡于去离子水中，溶解高分子模具及溶化浸取成孔剂粒子，即得湿润的多孔支架；(11)将上述湿润的多孔支架自然晾干后用真空烘箱干燥，即得多孔支架成品。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中模具用水溶性高分子材料为聚乙二醇、聚酰胺类、聚丙烯酸类。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于模具材料为对氯仿溶剂和成孔剂呈现惰性的水溶性高分子材料。
全文摘要
一种以水溶性高分子为模具制备软骨组织工程多孔支架的方法,涉及生物医学工程领域。本发明采用聚乙二醇、聚酰胺类、聚丙烯酸类等高分子为模具材料,以聚羟基烷酸酯类材料为支架聚合物,以氯仿为溶剂,以水溶性晶体为成孔剂。先将模具材料加热所得熔融液倒入放置有具有目标软骨形状的软质硅胶阳模的容器中,翻制出水溶性高分子阴模;再将聚合物溶液—成孔剂粒子混合物填入阴模中,合模压实;烘干除去溶剂后,溶解模具及成孔剂粒子;干燥后即为本发明的多孔支架。该方法用模具的溶解来取代脱模,避免脱模时损坏支架,解决了用硬质模具难以制作具有内凹面的多孔支架(由于脱模困难)的问题。本发明适用于制造多种复杂形状的软骨组织工程用支架。
文档编号A61L27/14GK1355052SQ0113983
公开日2002年6月26日 申请日期2001年11月30日 优先权日2001年11月30日
发明者胡平, 陈江睿 申请人:清华大学