專(zhuān)利名稱(chēng)：一種組織工程支架的制造工藝及其制備的組織工程支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及仿生組織的生物制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種組織工程支架的制造工 藝及其制備的組織工程支架。
背景技術(shù)：
組織器官移植是治療各種慢性器官病變的最有效的手段，然而供體的匾乏一直制 約著組織器官移植。組織工程為體外培養(yǎng)活體組織器官提供了可能，它有望恢復(fù)人體組織 器官更多的生化功能。然而肝組織工程對(duì)支架結(jié)構(gòu)有特定的要求支架內(nèi)應(yīng)存在三種形態(tài) 的微觀結(jié)構(gòu)一光滑的微管道、孔洞及二者之間的半透孔隙。微管供內(nèi)皮細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)形成 血管(血竇)，孔洞供肝細(xì)胞聚團(tuán)生長(zhǎng)形成肝細(xì)胞索，半透孔隙是尺度更小的微觀結(jié)構(gòu)，其 大小應(yīng)使?fàn)I養(yǎng)液通過(guò)，但對(duì)血漿細(xì)胞有阻隔作用。因此，如何制造這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的支架成為 肝組織工程的關(guān)鍵問(wèn)題之一。傳統(tǒng)的支架制造方法包括相分離法、冷凍法、致孔劑析孔法和發(fā)泡法等。但這些工 藝可控性差，難以構(gòu)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜、供多細(xì)胞生長(zhǎng)的支架微觀結(jié)構(gòu)，更重要的是無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種 細(xì)胞在支架內(nèi)的有序分布。隨著快速成型等微制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在也有通過(guò)微制造技術(shù)和傳統(tǒng)成孔方法 結(jié)合構(gòu)建組織工程支架的技術(shù)，以提高工藝可控性，并使支架高孔隙化。如專(zhuān)利號(hào)為ZL 200610042854. 1的中國(guó)專(zhuān)利即公開(kāi)了一種仿生肝組織工程支架與接口及其成型工藝，該工 藝主要包括下列步驟1)首先設(shè)計(jì)支架微流道和接口立體結(jié)構(gòu)及單層結(jié)構(gòu)；并根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié) 果，利用快速成型或微雕刻或精密加工制造壓印模具； 2)在模具上涂覆混合有抗凝血 劑的生物可降解支架材料，然后快速凍干，冷凍干燥致孔；3)冷凍干燥致孔后脫模，然后采 用生物粘結(jié)劑將支架逐層粘結(jié)組裝起來(lái)，得到仿生肝組織工程支架。上述組織工程支架成型工藝，使用可降解的材料作為支架材料，由于該類(lèi)材料的 材料特性，使用硬質(zhì)模具成型時(shí)，不易脫模，或脫模過(guò)程中易損傷成型的支架結(jié)構(gòu)；而使用 如硅橡膠軟模具成型，又容易在持續(xù)成型加工的過(guò)程中，由于快速凍干的工序?qū)е履＞咛?于溫差變化大且變化頻繁的工作環(huán)境，模具易變形失效，導(dǎo)致組織工程支架結(jié)構(gòu)誤差大，廢 品率高，加工效果不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種成型效果好，加工效率高的組 織工程支架的制造工藝，同時(shí)提供一種通過(guò)該制造工藝制備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、使用 效果好的組織工程支架。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種組織工程支架的制造工藝，包括以下步驟1)母模成型；模擬組織器官的內(nèi)部微 觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，構(gòu)建組織工程支架模型，并采用快速成型技術(shù)或微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)成 型組織工程支架母模；2)制模；將聚二甲基硅氧烷與固化劑均勻混合，澆注于所述母模上，加熱固化或光固化，使得聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，制得彈性體模具；3) 支架單層成型；將生物可降解材料溶液注入所述彈性體模具，凝固而成型；4)冷凍干燥致 孔，以使支架高孔隙化，然后脫模；5)支架單層定位堆疊，支架單層層間固定，制得組織工程 支架。本發(fā)明還包括以下的進(jìn)一步技術(shù)方案
在所述步驟3)之前還包括以下步驟3a)在彈性模具內(nèi)涂覆聚乙烯醇層，以便脫模。其中，所述的生物可降解材料為聚乳酸材料。其中，所述步驟5)中的支架單層層間固定，具體指通過(guò)溶劑粘合的方法使兩層支 架單層粘合固定?；蛘呤?，所述步驟5)中的支架單層層間固定，具體指通過(guò)可吸收手術(shù)縫合線縫合 各支架單層，而形成三維組織工程支架。根據(jù)該組織工程支架的制造工藝所制備的組織工程支架，包括多個(gè)依次層疊固定 的支架單層，每個(gè)支架單層表面開(kāi)設(shè)有血管網(wǎng)通道和細(xì)胞孔洞，所述血管網(wǎng)通道縱橫交錯(cuò) 設(shè)置，所述細(xì)胞孔洞開(kāi)設(shè)于所述血管網(wǎng)通道縱橫相交的位置。其中，所述支架單層包括干細(xì)胞層支架單層和內(nèi)皮細(xì)胞層支架單層，所述干細(xì)胞 層支架單層和內(nèi)皮細(xì)胞層支架單層交錯(cuò)層疊。其中，所述干細(xì)胞層支架單層和內(nèi)皮細(xì)胞層支架單層之間夾設(shè)有可降解半透膜。進(jìn)一步地，每相鄰兩所述支架單層之間通過(guò)可吸收手術(shù)縫合線縫合固接。本發(fā)明有益效果為本發(fā)明的制造工藝由于采用聚二甲基硅氧烷制備成型模具， 并采用生物可降解材料作為支架材料，通過(guò)微制造技術(shù)和傳統(tǒng)成孔方法結(jié)合構(gòu)建組織工程 支架，既保持了支架的高孔隙率，又較好的實(shí)現(xiàn)了支架微結(jié)構(gòu)的主動(dòng)設(shè)計(jì)和成型精度可控， 成型效果好，加工效率高，良品率高；采用該制造工藝制備的組織工程支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn) 效率高，但其結(jié)構(gòu)足以滿足實(shí)現(xiàn)人工組織向自然組織轉(zhuǎn)變的目的。


利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限 制。附圖1是本發(fā)明的一種組織工程支架的支架單層結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明的一種組織工程支架的支架單層正面結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是本發(fā)明的一種組織工程支架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1、圖2和圖3中包括
1——支架單層
11—血管網(wǎng)通道
12——細(xì)胞孔洞
13——干細(xì)胞層支架單層
14——內(nèi)皮細(xì)胞層支架單層
2——可降解半透膜。
具體實(shí)施例方式一種組織工程支架的制造工藝，包括以下步驟
1)母模成型；模擬組織器官的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，構(gòu)建組織工程支架模型， 并采用快速成型技術(shù)或微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)成型組織工程支架母模。具體的，用流體分析技術(shù) 來(lái)分析壓力-流動(dòng)關(guān)系、在管道里細(xì)胞流動(dòng)狀態(tài)、血管和細(xì)胞的應(yīng)力分布，以及組織細(xì)胞團(tuán) 的形態(tài)、分布等結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)完整的支架系統(tǒng)模型，使設(shè)計(jì)的支架結(jié)構(gòu)符合細(xì)胞粘附和生 長(zhǎng)具有良好的流體力學(xué)性能的條件。其中，所述的快速成型技術(shù)活 微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)為成熟 可靠的現(xiàn)有技術(shù)。2)制模；將聚二甲基硅氧烷與固化劑均勻混合，澆注于所述母模上，加熱固化或光 固化，使得聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，制得彈性體模具。其中，將聚二甲 基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)的主劑和固化劑均勻混合，待混合過(guò)程中的氣泡排 除完全后再澆鑄在母模上，以使制得的彈性體模具具有合格的結(jié)構(gòu)尺寸精度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。其中，所述的聚二甲基硅氧烷材料具有低的玻璃化溫度(_119°C )，耐熱、耐氧老 化、穩(wěn)定性好，具有良好疏水性、低表面能及優(yōu)良的抗紫外線能力等特點(diǎn)；且耐熱性、耐寒 性、黏度隨溫度變化小，防水性、表面張力小，具有導(dǎo)熱性。以這種材料制備的彈性體模具具 有良好的柔韌性、導(dǎo)熱性和耐溫惰性；一方面便于支架脫模，減少脫模時(shí)支架損傷的幾率， 有利于提高加工良品率；另一方面，亦可滿足持續(xù)生產(chǎn)時(shí)溫差變化大且變化頻繁的工作環(huán) 境，使用壽命長(zhǎng)，變形小，有利于控制支架成型精度；并由于有良好的導(dǎo)熱性，有利于后續(xù)的 冷凍工序中支架快速冷凍干燥，以提高支架的成孔隙率，從而提高了支架的使用效果。3)支架單層成型；將生物可降解材料溶液注入所述彈性體模具，凝固而成型。4)冷凍干燥致孔，以使支架高孔隙化，然后脫模。5)支架單層定位堆疊，支架單層層間固定，制得組織工程支架。上述的制造工藝由于采用聚二甲基硅氧烷制備成型模具，并采用生物可降解材料 作為支架材料，通過(guò)微制造技術(shù)和傳統(tǒng)成孔方法結(jié)合構(gòu)建組織工程支架，既保持了支架的 高孔隙率，又較好的實(shí)現(xiàn)了支架微結(jié)構(gòu)的主動(dòng)設(shè)計(jì)和成型精度可控，成型效果好，加工效率 尚，良品率尚。進(jìn)一步地，在所述步驟3)之前還包括以下步驟3a)在彈性模具內(nèi)涂覆聚乙烯醇 層，以便脫模。由于聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,簡(jiǎn)稱(chēng)PVA )具有PVA溶于水，水溫越高 則溶解度越大，但幾乎不溶于有機(jī)溶劑的特性，故而可以在所述聚二甲基硅氧烷的彈性體 模具模腔與可生物降解材料溶液之間形成一層隔離膜，使可生物降解材料凝固后與模腔無(wú) 粘連，便于脫模。其中，所述的生物可降解材料為聚乳酸材料。目前普遍認(rèn)為，組織細(xì)胞只有在接近 于細(xì)胞外基質(zhì)的環(huán)境下，才能保持正常的形態(tài)和極性，并完成功能表達(dá)。人工合成材料與細(xì) 胞外基質(zhì)差異較大，主要是對(duì)細(xì)胞缺乏特異性黏附；而有的可降解材料則由于親水性強(qiáng)，在 體內(nèi)降解過(guò)快，不利于組織成形。而聚乳酸材料生物特性接近細(xì)胞外基質(zhì)，降解速度適中， 是較優(yōu)選的支架材料。其中，所述步驟5)中的支架單層層間固定，具體指通過(guò)溶劑粘合的方法使兩層支 架單層粘合固定?；蛘呤牵霾襟E5)中的支架單層層間固定，具體指通過(guò)可吸收手術(shù)縫合線縫合各支架單層，而形成三維組織工程支架。如圖1、圖2、圖3所示，根據(jù)該組織工程支架的制造工藝所制備的組織工程支架，包括多個(gè)依次層疊固定的支架單層1，每個(gè)支架單層1表面開(kāi)設(shè)有血管網(wǎng)通道11和細(xì)胞孔 洞12，所述血管網(wǎng)通道11縱橫交錯(cuò)設(shè)置，所述細(xì)胞孔洞12開(kāi)設(shè)于所述血管網(wǎng)通道11縱橫 相交的位置。本發(fā)明所述的組織工程支架具有主管道可控性好、不易堵塞的優(yōu)點(diǎn)；且由于結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，與之相匹配的模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工和控制精度，同樣，所述支架單層1層疊定位 時(shí)易便于定位；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，完成層疊后可以保持支架單層1的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有助于細(xì)胞成長(zhǎng) 成形成組織。而由于采用上述的制造工藝成型，孔隙率高，其結(jié)構(gòu)足以滿足實(shí)現(xiàn)人工組織向 自然組織轉(zhuǎn)變的目的。如圖3所示，根據(jù)待成長(zhǎng)的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本發(fā)明所述支架單層1可以包括干細(xì)胞 層支架單層13和內(nèi)皮細(xì)胞層支架單層14，所述干細(xì)胞層支架單層13和內(nèi)皮細(xì)胞層支架單 層14交錯(cuò)層疊；從而使各支架單層1通過(guò)層層堆疊而形成具有不同微特征層的立體組織工 程支架，提高了本適用范圍。其中，所述干細(xì)胞層支架單層13和內(nèi)皮細(xì)胞層支架單層14之間夾設(shè)有可降解半 透膜2。所述可降解半透膜2使所述干細(xì)胞層支架單層13和內(nèi)皮細(xì)胞層支架單層14之間 具有半通透特性。其中，本發(fā)明每相鄰兩所述支架單層1之間可以通過(guò)可吸收手術(shù)縫合線縫合固 接。相對(duì)于通過(guò)溶劑粘合，縫合的方式對(duì)支架單層1層間的干擾小，有利于細(xì)胞流動(dòng)和附著 生長(zhǎng)成團(tuán)。以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，故凡依本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)范圍所述的構(gòu)造、 特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種組織工程支架的制造工藝，其特征在于，它包括以下步驟1)母模成型；模擬組織器官的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)，構(gòu)建組織工程支架模型， 并采用快速成型技術(shù)或微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)成型組織工程支架母模；2)制模；將聚二甲基硅氧烷與固化劑均勻混合，澆注于所述母模上，加熱固化或光固 化，使得聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，制得彈性體模具；3)支架單層成型；將生物可降解材料溶液注入所述彈性體模具，凝固而成型；4)冷凍干燥致孔，以使支架高孔隙化，然后脫模；5)支架單層定位堆疊，支架單層層間固定，制得組織工程支架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組織工程支架的制造工藝，其特征在于，在所述步驟3)之前 還包括以下步驟3a)在彈性模具內(nèi)涂覆聚乙烯醇層，以便脫模。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組織工程支架的制造工藝，其特征在于所述的生物可降解 材料為聚乳酸材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組織工程支架的制造工藝，其特征在于所述步驟5)中的支 架單層層間固定，具體指通過(guò)溶劑粘合的方法使兩層支架單層粘合固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組織工程支架的制造工藝，其特征在于所述步驟5)中的支 架單層層間固定，具體指通過(guò)可吸收手術(shù)縫合線縫合各支架單層，而形成三維組織工程支架。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的組織工程支架的制造工藝所制備的組織工程支架，其特 征在于它包括多個(gè)依次層疊固定的支架單層，每個(gè)支架單層表面開(kāi)設(shè)有血管網(wǎng)通道和細(xì) 胞孔洞，所述血管網(wǎng)通道縱橫交錯(cuò)設(shè)置，所述細(xì)胞孔洞開(kāi)設(shè)于所述血管網(wǎng)通道縱橫相交的 位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組織工程支架，其特征在于所述支架單層包括干細(xì)胞層支 架單層和內(nèi)皮細(xì)胞層支架單層，所述干細(xì)胞層支架單層和內(nèi)皮細(xì)胞層支架單層交錯(cuò)層疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組織工程支架，其特征在于所述干細(xì)胞層支架單層和內(nèi)皮 細(xì)胞層支架單層之間夾設(shè)有可降解半透膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組織工程支架，其特征在于每相鄰兩所述支架單層之間通 過(guò)可吸收手術(shù)縫合線縫合固接。
全文摘要
一種組織工程支架的制造工藝及其制備的組織工程支架，通過(guò)微制造技術(shù)構(gòu)建母模，再翻模制得聚二甲基硅氧烷的彈性體模具，將生物可降解材料溶液澆注于彈性體模具內(nèi)并冷凍干燥致孔后，脫模形成支架單層，將各支架單層層疊固定后即制得組織工程支架；所制備的組織工程支架，其支架單層表面開(kāi)設(shè)有縱橫交錯(cuò)設(shè)置的血管網(wǎng)通道，以及開(kāi)設(shè)于血管網(wǎng)通道縱橫相交位置細(xì)胞孔洞；由于采用聚二甲基硅氧烷制備成型模具，并采用生物可降解材料作為支架材料，通過(guò)微制造技術(shù)和傳統(tǒng)成孔方法結(jié)合構(gòu)建組織工程支架，既保持了支架的高孔隙率，又較好控制成型精度，成型效果好，加工效率高，良品率高；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但足以滿足實(shí)現(xiàn)人工組織向自然組織轉(zhuǎn)變的目的。
文檔編號(hào)C12N11/08GK102078645SQ20101061897
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者四庫(kù) 申請(qǐng)人:東莞理工學(xué)院