专利名称：一种高连通性多孔支架的制备方法
技术领域：
本发明涉及组织工程和再生医学中多孔支架的制备工艺，采用改良的“气体发泡-高温烧结法”制备多孔羟基磷灰石支架，并改善其内部的孔隙结构。
背景技术：
随着组织工程的发展，支架材料结构参数对组织体内和体外的再生起到至关重要的作用。很多研究发现，多孔支架内部更好的孔隙连通性可以促使种子细胞向内迁移、组织向内长入。中国专利CN1903384介绍了利用磷灰石粉末为基料，通过与过氧化氢和发泡分散剂混合配成泥浆，经过发泡-高温烧结制备不同孔径尺寸和孔隙率的多孔支架材料。由于发泡形成的多孔结构，包括孔径开口、连通的曲率等参数，存在极大的不可控性，所以多孔支架内部不可避免地会形成连通性差、甚至不连通的孔洞。然而，在维持孔隙形状、尺寸和孔隙率一定的前提下，通过传统手段很难提高多孔支架的孔隙连通性，并且最终会限制细胞的内生长或新生组织的长入。因此，迫切需要一种有效的工艺来改善多孔支架的孔隙连通性。
发明内容
本发明的目的是针对多孔支架孔隙连通的局限性，寻求一种简单有效的方法，制备高连通性的多孔支架材料。它不但可以在组织再生过程中为细胞提供三维支撑，而且可以满足营养物质的输送、细胞向内迁移、组织向内长入的需要。本发明是一种基于传统“发泡-烧结”工艺的多孔支架制备方法，步骤包括:(I)浆料获取:将基材粉末加水配成悬浊液， 以6000r/min转速离心lOmin，获得浆料；(2)浆料调和:将浆料、甲基纤维素、聚乙二醇(PEG6000)按照比例250:1:2充分混合并加入0.25%或
0.5%的头发丝；(3)缓慢发泡:加入体积浓度为30%的过氧化氢溶液混合均匀，控制温度为45° C发泡I小时；(4)烘干:将发泡后的浆料置于45° C烘箱烘烤12小时至干燥；(5)高温烧结成型:将多孔支架坯体置于1100° C高温煅烧，升温速度为10° C/min，烧结时间为2小时。本发明利用头发丝高温下可以分解成气体的特点，在多孔支架内部制造孔道，从而提高多孔材料内部孔洞连通性。例如头发丝由角质蛋白组成，具有来源充足，容易获取等优点，长约I 2毫米的头发丝的韧度可以满足不随充分搅拌而变形，可以在发泡过程中串联多个气孔；埋在多孔支架坯体中的头发丝在烧结过程中被高温分解，在支架内部留下很多条孔隙通道，将发泡形成的气孔连接起来；直径为50 100微米的头发丝，高温烧结后形成相应尺寸的孔隙通道，可以满足大多数种子细胞的生长、增殖和迁移。
图1是本发明利用头发丝制备高连通性多孔支架示意图
图2是采用本发明方法制备的多孔支架扫描电镜3是采用本发明方法制备的多孔支架CT扫描图，图中箭头指示为头发丝形成的微米级孔道
具体实施例方式下面结合实例对本发明作进一步阐述。例I将羟基磷灰石粉末配成悬浊液，以6000r/min的转速离心10分钟，获得羟基磷灰石浆料。将羟基磷灰石浆料、甲基纤维素、聚乙二醇按照比例250:1:2充分混合，在混合泥浆中加入体积浓度为30%的过氧化氢溶液，低速低温搅拌均匀。将混合浆料填置于合适尺寸的模具中，控制温度为45° C，发泡I小时后置于烘箱内12小时烘干，获得多孔支架坯体。将坯体置于1100° C高温煅烧(升温速度为10° C/min)，2小时后常温冷却，即可得到P-1型多孔支架。经实验测定，该种多孔支架的平均孔径尺寸为253 μ m，孔隙率为51.5%，比表面积为8.60mm2/mm3，渗透率为0.31 μ m2，压缩模量为69.7MPa，抗压强度为1.93MPa。例2将轻基磷灰石粉末配成悬池液，6000r/min转速离心IOmin,获得轻基磷灰石浆料。将羟基磷灰石浆料、甲基纤维素、聚乙二醇按照比例250:1:2充分混合，在混合泥浆中加入0.25%的头发丝(长约I 2毫米，直径50 100微米)和体积浓度为30%的过氧化氢溶液，低速低温搅拌 均匀。将混合浆料填置于合适尺寸的模具中，控制温度为45° C，发泡I小时后置于烘箱内12小时烘干，获得多孔支架坯体。将坯体置于1100° C高温煅烧(升温速度为10° C/min)，2小时后常温冷却，即可得到P-1I型多孔支架。经实验测定，该种多孔支架的平均孔径尺寸为249 μ m,孔隙率为52.5%，比表面积为8.62mm2/mm3,渗透率为1.06 μ m2，压缩模量为46.3MPa，抗压强度为1.86MPa。例3将轻基磷灰石粉末配成悬池液,6000r/min转速离心IOmin,获得轻基磷灰石浆料。将羟基磷灰石浆料、甲基纤维素、聚乙二醇按照比例250:1:2充分混合，在混合泥浆中加入0.5%的头发丝(长约I 2毫米，直径50 100微米)和体积浓度为30%的过氧化氢溶液，低速低温搅拌均匀。将混合浆料填置于合适尺寸的模具中，控制温度为45° C，发泡I小时后置于烘箱内12小时烘干，获得多孔支架坯体。将坯体置于1100° C高温煅烧(升温速度为10° C/min)，2小时后常温冷却，即可得到P-1II型多孔支架。经实验测定，该种多孔支架的平均孔径尺寸为250 μ m,孔隙率为53.3%，比表面积为8.45mm2/mm3,渗透率为
7.82 μ m2，压缩模量为43.8MPa，抗压强度为1.3IMPa0
权利要求
1.一种提高多孔支架孔隙连通性的方法，其特征在于，利用头发丝作为造孔材料，将其埋入未发泡的材料泥浆中，经过发泡使得头发丝贯穿气孔，再经过烧结使多孔材料内部形成孔道，从而提高孔洞连通性。
2.一种多孔支架的制备方法，其特征在于包含以下步骤:(1)浆料获取:将支架基材粉末加水配成悬浊液，离心获得浆料；(2)浆料调和:将浆料、甲基纤维素、聚乙二醇充分调和，加入头发丝混合；(3)加入过氧化氢溶液缓慢发泡；(4)烘干；(5)烧结成型。
3.根据权利要求2所述的浆料获取步骤，其特征在于，离心转速为6000r/min，时间为10分钟。
4.根据权利要求2所述的浆料调和步骤，其特征在于，浆料、甲基纤维素、聚乙二醇混合比例为250:1:2，头发丝加入量为泥浆的0.25%。
5.根据权利要求2所述的浆料调和步骤，其特征在于，浆料、甲基纤维素、聚乙二醇混合比例为250:1:2，头发丝加入量为泥浆的0.5%。
6.根据权利要求2所述的缓慢发泡步骤，其特征在于，过氧化氢溶液的体积浓度为30%，发泡温度为45° C，时间为I小时。
7.根据权利要求2所述的烘干步骤，其特征在于，烘干温度为45°C，时间为12小时。
8.根据权利要求2所述的烧结步骤，其特征在于，烧结温度为1100°C，升温速度为10° C/min，烧结时间为2小 时。
全文摘要
本发明公开了一种高孔隙连通性多孔支架的制备方法，基于传统的“气体发泡-高温烧结”的制备工艺，将头发丝包埋于发泡前的浆料中，用过氧化气溶液作为发泡剂，缓慢发泡，使头发丝贯穿于多孔支架的孔隙之间，坯体经过高温烧结，头发丝高温分解成气体，使多孔支架内部形成大量微米级孔道，从而提高了多孔支架的孔隙连通性。本发明的技术方案中，高孔隙连通性的支架材料更有利于组织再生过程中营养物质的运输、种子细胞的迁移，以及新生组织的内生长。
文档编号A61L27/56GK103230621SQ20131008502
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者樊瑜波, 范杰, 周钢, 刘笑宇, 侯永昭 申请人:北京航空航天大学