專(zhuān)利名稱(chēng)：聚羥基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)材料科學(xué)工程領(lǐng)域用的多孔支架。
背景技術(shù)：
組織工程學(xué)是運(yùn)用工程科學(xué)與生命科學(xué)的基本原理，研究與開(kāi)發(fā)生物替代物來(lái)恢復(fù)、維持和改進(jìn)組織功能的一門(mén)新興學(xué)科。其基本思路是在體外分離、培養(yǎng)細(xì)胞，將一定量的細(xì)胞種植到具有一定形狀的三維生物材料骨架內(nèi)，并加以持續(xù)培養(yǎng)，最終形成具有一定結(jié)構(gòu)的組織和器官并回植體內(nèi)達(dá)到修復(fù)或重建的目的。聚羥基丁酸酯(PHB)是微生物在不平衡生長(zhǎng)條件下儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)的一種高分子聚合物，廣泛存在于自然界許多原核生物中。PHB具有很多優(yōu)良的生物和理化性能，如生物可降解性，生物相容性，壓電性，光學(xué)活性，無(wú)毒性，無(wú)刺激性，無(wú)免疫原性等特殊性質(zhì)。這些特性使其在生物醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用廣泛，如用作藥物釋放載體組織工程支架材料。目前組織工程支架材料多是合成類(lèi)聚酯，如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)等，由于它們是合成材料，缺乏細(xì)胞識(shí)別信號(hào)，且其降解產(chǎn)物呈酸性，產(chǎn)物的PH脈沖作用在一定程度上造成無(wú)菌炎癥；而PHB則不存在此類(lèi)問(wèn)題，PHB是微生物合成的高分子聚合物，具有天然生物材料所含的信息有利于細(xì)胞附著或保持分化功能，且其最終降解產(chǎn)物為3-羥基丁酸，它在人體血液中是一種普通的代謝物，不會(huì)給人體帶來(lái)任何毒性作用。
PHB在組織工程支架材料的應(yīng)用方面有許多，目前研究較多的是在軟骨、骨、皮膚、心臟瓣膜、血管、神經(jīng)等組織工程方面。但是純PHB材料的親水性較差，不利于細(xì)胞在材料表面的粘附和生長(zhǎng)。聚乙二醇是被美國(guó)FDA批準(zhǔn)可內(nèi)服的無(wú)毒的聚合物，具有優(yōu)良的血液相容性，極好的親水性，無(wú)免疫原性等優(yōu)點(diǎn)而在藥學(xué)和生物醫(yī)用材料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如果用PEG來(lái)修飾PHB材料，可以很好地改善材料的親/疏水性，并能提高材料表面的血液相容性。
另外，做為組織工程支架材料，其孔徑大小及分布對(duì)細(xì)胞的粘附與生長(zhǎng)都有影響。如果能控制材料孔徑大小及分布，則可使材料適應(yīng)不同細(xì)胞的培養(yǎng)要求。采用單一的冷凍干燥法制得的支架材料，孔徑較大且分布不均，而本發(fā)明采用冷凍干燥法結(jié)合模板法則可人為控制和調(diào)節(jié)孔洞的大小及分布，使所得支架材料能適用于多種細(xì)胞的培養(yǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進(jìn)PHB的親水性，增強(qiáng)其孔徑大小及分布的可控性，同時(shí)保留其良好的細(xì)胞相容性，以適應(yīng)不同類(lèi)型細(xì)胞的需要。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的采用聚乙二醇和聚羥基丁酸酯為基材，其重量百分比為1～7∶10。制備方法如下1.將一定量的分子量為4000～20000的聚乙二醇和分子量為200000～600000的聚羥基丁酸酯以1～7∶10的重量百分比溶于有機(jī)溶劑中?！軇┛蛇x擇氯仿、二氧六環(huán)、四氫趺喃等有機(jī)溶劑—配制成3～15％重量百分比的溶液；2.模板的制備取一定量的模板物質(zhì)—本實(shí)驗(yàn)采用的模板有SPAN類(lèi)、TWEEN類(lèi)、AOT等—加熱溶于去離子水中，形成穩(wěn)定的乳液；3.將模板乳液與聚羥基丁酸酯/聚乙二醇溶液混合，高速(500～1000轉(zhuǎn)/分鐘)攪拌2～4小時(shí)，待溶液混合均勻穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)移至化學(xué)性能穩(wěn)定，且耐低溫的平底容器中形成1～10mm高度的液面；4.將溶液置入-10℃～-80℃的冰箱中預(yù)凍8～24小時(shí)；將冷凍干燥機(jī)干燥室溫度降到-40℃～-60℃溫度，將培養(yǎng)皿移入干燥室；溫度平衡后密閉干燥室，并開(kāi)啟抽氣泵，維持干燥室氣壓小于5000帕斯卡24～72小時(shí)，然后升至常壓后加熱至40℃熱烘1～3小時(shí)，再將得到的多孔材料置于40℃真空干燥箱內(nèi)干燥72小時(shí)。
由模板法和冷凍干燥法相結(jié)合制備的PHB多孔支架材料，其支架的孔隙率由初始溶液的濃度決定，初始濃度越大，孔隙率越低(見(jiàn)圖1)；預(yù)凍溫度影響平均孔徑和孔徑分布，預(yù)凍溫度越低、孔徑越小、預(yù)凍溫度越高，孔徑越大(如圖2)。
本發(fā)明的聚羥基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料價(jià)格低廉、生物相容性好、親/疏水平衡性可調(diào)、孔徑大小及分布可控、能適應(yīng)不同類(lèi)型細(xì)胞的需要，同時(shí)保證了多孔材料的力學(xué)強(qiáng)度和生物質(zhì)，如細(xì)胞的親和性。該支架材料非常適于軟骨組織細(xì)胞附著生長(zhǎng)。


圖1、不同預(yù)凍溫度下聚羥基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料孔徑的微觀電鏡圖。圖2、不同初始濃度對(duì)聚羥基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料孔隙率(％)的影響曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式
1.取分子量為4×105的聚羥基丁酸酯4g和分子量為6000的聚乙二醇0.4g，2.放入80ml氯仿中，40℃下攪拌2小時(shí)，達(dá)到完全溶解后將溶液轉(zhuǎn)移至于100ml容量瓶，添加氯仿溶液，得到100ml聚羥基丁酸酯/聚乙二醇氯仿溶液(A)；取SPAN60 0.12g溶于70℃60ml去離子水中，得到穩(wěn)定的模板乳液(B)；取溶液(A)20ml和(B)0.5ml混合在一起，在700轉(zhuǎn)/分鐘下攪拌3小時(shí)，待溶液混合均勻穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)移至60mm玻璃培養(yǎng)皿中，置入-80℃低溫冰箱中預(yù)凍24小時(shí)；控制冷凍干燥機(jī)干燥室溫度至-50℃，將含預(yù)凍體的培養(yǎng)皿移入干燥室；溫度平衡后密閉干燥室并開(kāi)啟抽氣泵，維持干燥室氣壓小于50μatm，保持48小時(shí)；然后升至常壓后加熱至40℃熱烘2小時(shí)，再將得到的多孔材料置于40℃真空干燥箱內(nèi)干燥72小時(shí)。
3.取分子量為2×105的聚羥基丁酸酯11g和分子量為4000的聚乙二醇7.7g，放入80ml氯仿中，40℃下攪拌2小時(shí)，達(dá)到完全溶解后將溶液轉(zhuǎn)移至于100ml容量瓶，添加氯仿溶液，得到100ml聚羥基丁酸酯/聚乙二醇氯仿溶液(A)；取TWEEN60 0.12g溶于70℃60ml去離子水中，得到穩(wěn)定的模板乳液(B)；取溶液(A)20ml和(B)0.5ml混合在一起，在700轉(zhuǎn)/分鐘下攪拌3小時(shí)，待溶液混合均勻穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)移至60mm玻璃培養(yǎng)皿中，置入-80℃低溫冰箱中預(yù)凍24小時(shí)；控制冷凍干燥機(jī)干燥室溫度至-50℃，將含預(yù)凍體的培養(yǎng)皿移入干燥室；溫度平衡后密閉干燥室并開(kāi)啟抽氣泵，維持干燥室氣壓小于50μatm，保持48小時(shí)；然后升至常壓后加熱至40℃熱烘2小時(shí)，再將得到的多孔材料置于40℃真空干燥箱內(nèi)干燥72小時(shí)。
4.取分子量為6×105的聚羥基丁酸酯8g和分子量為20000的聚乙二醇2g，放入80ml氯仿中，40℃下攪拌2小時(shí)，達(dá)到完全溶解后將溶液轉(zhuǎn)移至于100ml容量瓶，添加氯仿溶液，得到100ml聚羥基丁酸酯/聚乙二醇氯仿溶液(A)；取AOT 0.12g溶于70℃60ml去離子水中，得到穩(wěn)定的模板乳液(B)；取溶液(A)20ml和(B)0.5ml混合在一起，在700轉(zhuǎn)/分鐘下攪拌3小時(shí)，待溶液混合均勻穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)移至60mm玻璃培養(yǎng)皿中，置入-80℃低溫冰箱中預(yù)凍24小時(shí)；控制冷凍干燥機(jī)干燥室溫度至-50℃，將含預(yù)凍體的培養(yǎng)皿移入干燥室；溫度平衡后密閉干燥室并開(kāi)啟抽氣泵，維持干燥室氣壓小于50μatm，保持48小時(shí)；然后升至常壓后加熱至40℃熱烘2小時(shí)，再將得到的多孔材料置于40℃真空干燥箱內(nèi)干燥72小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種生物醫(yī)學(xué)組織工程學(xué)多孔支架材料，其特征為，它由分子量為4000～20000的聚乙二醇和分子量為200000～600000的聚羥基丁酸酯以1～7∶10的重量比構(gòu)成。
2.一種生物醫(yī)學(xué)組織工程學(xué)多孔支架材料的制備方法，其特征是它包括下列步驟(1)取1～7份分子量為4000～20000的聚乙二醇和10份分子量為200000～600000的聚羥基丁酸酯混合均勻，溶于適量有機(jī)溶劑中，配制成重量百分比為3～15％的溶液；(2)取一定量的模板材料加熱溶于去離子水中，形成穩(wěn)定的乳液；(3)將模板乳液與聚羥基丁酸酯/聚乙二醇溶液混合，以500～1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌2～4小時(shí)，待溶液混合均勻穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)移至與溶液不反應(yīng)且耐低溫平底容器中形成1～10mm高度的液面；(4)置入-10℃～-80℃的低溫冰箱中預(yù)凍8～24小時(shí)；將冷凍干燥機(jī)干燥室溫度降到-40℃～-60℃，將培養(yǎng)皿移入干燥室；溫度平衡后密閉干燥室，并開(kāi)啟抽氣泵，維持干燥室氣壓小于5000帕斯卡24～72小時(shí)，然后升至常壓后加熱至35℃～45℃熱烘1～3小時(shí)，再將得到的多孔材料置于35℃～45℃真空干燥箱內(nèi)干燥72小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物醫(yī)學(xué)組織工程學(xué)多孔支架材料的制備方法，其特征為，所述的有機(jī)溶劑是氯仿、二氧六環(huán)、四氫趺喃。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物醫(yī)學(xué)組織工程學(xué)多孔支架材料的制備方法，其特征為，所述的模板材料為SPAN類(lèi)、TWEEN類(lèi)、AOT類(lèi)。
全文摘要
聚羥基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料及其制備方法。本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)材料科學(xué)工程領(lǐng)域。本發(fā)明旨在改進(jìn)PHB的親水性,增強(qiáng)其孔徑大小及分布的可控性。采用聚羥基丁酸酯和聚乙二醇為基材,由模板法和冷凍干燥法相結(jié)合制備;其支架的孔隙率由初始溶液的濃度決定,預(yù)凍溫度也影響平均孔徑和孔徑分布。本發(fā)明的聚羥基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料生物相容性好、親/疏水平衡性可調(diào)、孔徑大小及分布可控、能適應(yīng)不同類(lèi)型細(xì)胞的需要,同時(shí)保證了多孔材料的力學(xué)強(qiáng)度和生物質(zhì)(細(xì)胞)親和性。該支架材料非常適于軟骨組織細(xì)胞附著生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)A61L27/56GK1380114SQ02116349
公開(kāi)日2002年11月20日 申請(qǐng)日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月28日
發(fā)明者成國(guó)祥, 蔡志江, 王玲, 張立廣 申請(qǐng)人:天津大學(xué)