專利名稱：聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于組織工程支架材料的制備技術(shù)，具體地講，是一種聚乳酸/殼聚糖/碳
纖維多孔支架的制備方法。
背景技術(shù)：
由于外傷、腫瘤、炎癥以及社會(huì)的老齡化所造成的人體硬組織缺損是目前臨床醫(yī) 學(xué)待解決的難題。聚乳酸(PLA)與殼聚糖(CS)因其良好的生物相容性和生物可降解性在 手術(shù)縫合線、骨固定器以及組織工程支架材料方面有著較廣闊的應(yīng)用，是目前新型生物可 降解材料的研究熱點(diǎn)。但PLA降解初期產(chǎn)生的乳酸酸性較強(qiáng)，其局部的積累會(huì)對(duì)組織有一 定的剌激作用，引發(fā)炎癥，且PLA在降解過程中力學(xué)性能下降極快；而CS分子結(jié)構(gòu)雖然類似 細(xì)胞外基質(zhì)成分氨基多糖，具有能促進(jìn)傷口和骨折愈合、抗?jié)兒蜌⒕攘己玫纳锘钚裕?但其水溶性差與弱的力學(xué)性能限制了它在生物組織工程方面的進(jìn)一步發(fā)展。
經(jīng)查新，李立華等人[聚乳酸/殼聚糖多孔支架材料的生物學(xué)性能評(píng)價(jià).生物醫(yī) 學(xué)工程學(xué)雜志，2003 :20(3) :398 400]將聚乳酸與殼聚糖共混，制得的支架材料雖然具有 可降解性也有良好的吸水性，但是力學(xué)性能差；周福剛等人[碳纖維增強(qiáng)聚乳酸(C/PLA)復(fù) 合材料的力學(xué)性能(I).材料工程，2000， 5 (26) 16 18]將聚乳酸與碳纖維共混制備的支架 材料雖然力學(xué)性能提高了，但是其生物相容性和可降解性有所降低；程俊秋等[多孔納米 羥基磷灰石/聚乳酸復(fù)合材料的制備及其界面研究.化學(xué)研究與應(yīng)用，2001，13(5) :517 520]采用溶液共混法，選用濕態(tài)納米羥基磷灰石(HA)粒子，直接分散于PLA溶液中，制備了 多孔納米HA/PLA復(fù)合材料。雖然納米HA與聚合物基體間具有良好的界面粘接效果和分散 性，材料的綜合性能得到了提高，但是極性HA粒子與非極性PLA基體間相互作用差。胡慶 軍等[原位聚合PLA/HA復(fù)合材料的性能研究.塑料工業(yè)，2006，34(2) :23 27]通過原位 聚合法(ISP)制備了PLA/HA復(fù)合材料。與超聲波輔助分散的溶液共混法(USC)相比，原位 聚合法改善了 HA在復(fù)合材料中的分散性，在PLA與HA之間形成了較強(qiáng)的結(jié)合界面，綜合力 學(xué)性能得到改善。在國外，Ma P X等[Engineering New Bone Tissue in Vitroon Highly Porous Scaffolds. [J]. Journal of Biomedical, 2001， 54(2) :284 293]深入觀察了在 HA/PLA三維多孔骨組織工程支架材料中HA誘導(dǎo)骨的生長過程。他們發(fā)現(xiàn)，僅采用PLA時(shí) 造骨細(xì)胞主要附著在聚合物表面，而復(fù)合時(shí)會(huì)滲透到支架材料內(nèi)部，并均勻分布，且存活率 高。 為了克服前人研究的天然高分子復(fù)合材料在性能方面的不足，在前人的基礎(chǔ)上， 研究尋找更好的原料及工藝。經(jīng)查閱大量文獻(xiàn)，殼聚糖是一類重要的堿性天然多糖，由于其 良好的可生物再生性、生物降解性、生物相容性、無毒及生物功能性，因此在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 具有廣闊的應(yīng)用前景。目前已成功地用作手術(shù)縫合線、傷口敷料、藥物緩釋劑、缺損填充物 及組織工程支架等。碳是人生命的基本元素，在活細(xì)胞環(huán)境中，它是化學(xué)惰性的。碳的良好 生物相容性一方面源于它在人體環(huán)境內(nèi)的穩(wěn)定性，一方面來自它的自身組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性 能可以在較寬范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。碳纖維植入人體后，不致癌，不過敏，不引起炎癥及毒性反應(yīng)，具有良好的硬組織相容性、軟組織相容性和血液相容性。目前，國內(nèi)外就PLA與CS兩種 材料的研究很多，但將兩種材料通過物理手段共混改性，并借用碳纖維增強(qiáng)構(gòu)建骨組織修 復(fù)三維支架生物材料的研究還未見報(bào)道。于是，我們利用超聲波的空化效應(yīng)將聚乳酸、殼聚 糖、碳纖維三者共混，采用冷凍干燥技術(shù)使其干燥并成孔，研制了一種新型可降解復(fù)合材料 支架。這種復(fù)合材料制備的支架同時(shí)具備了可降解性、力學(xué)性能好、高度多孔、與細(xì)胞有良 好的相容性等多種優(yōu)點(diǎn)?！秾?shí)驗(yàn)力學(xué)》2007年8月第3-4期發(fā)表了沈烈的"碳纖維增強(qiáng)輕基磷灰石/聚乳 酸復(fù)合生物材料的制備和力學(xué)性能"文章，介紹了其復(fù)合材料按照HA/PLA重量比分別為 10 30/70 90，以少量二氯甲烷為溶劑混合成粘稠液體，再將碳纖維按20%體積分?jǐn)?shù)用 上述混合液澆膜形成預(yù)浸漬帶；模壓時(shí)，為了使樣條壓實(shí)，減少氣泡，首先在室溫下冷壓10 分鐘，然后在17(TC，8GPa下熱壓成型?！恫牧舷鲁獭?000年第5期發(fā)表了周福剛的"碳纖維增強(qiáng)聚乳酸(C/PLA)復(fù)合材料 的力學(xué)性能(I)" 一文，公開了其C/PLA復(fù)合材料的制備是采用溶液澆鑄加熱壓的方法，熱 壓條件溫度ll(TC ±5"，壓力2 3MPa，時(shí)間30min。《復(fù)合材料學(xué)報(bào)》2005年第2期發(fā)表了齊錦剛的"碳纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料體外 降解特性"文章，介紹了采用澆注結(jié)合熱壓工藝制備了 (C/PLA)骨折內(nèi)固定復(fù)合材料。
以上公開的碳纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料都是采用熱壓法，生產(chǎn)的密實(shí)的復(fù)合材 料，這與我們采用的制備方法不相同，而且與我們生產(chǎn)的多孔性的復(fù)合材料支架也不相同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種簡單的、容易操作的、便于推廣的、由聚 乳酸/殼聚糖/碳纖維組成的多孔支架的制備方法。 為了解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架的制 備方法，步驟按如下進(jìn)行 1)將碳纖維(C)在分散劑的作用下于水中分散均勻，并干燥好，備用；將殼聚糖 (CS)溶解在水中，殼聚糖質(zhì)量百分比濃度為CS(g) : V水(mL) = 20% 25% ;聚乳酸 (PLA)按照一定濃度比例溶解在有機(jī)溶劑中，聚乳酸質(zhì)量百分比濃度為PLA(g) : V溶劑 (mL) = 15% 20% ; 2)移取一定聚乳酸溶液，再按照移取的聚乳酸溶液的量(mL)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
0. 020 % 0. 035 %稱取碳纖維質(zhì)量(g)，將二者在超聲波振蕩器中，超聲混合1 2h，使 碳纖維均勻分散在聚乳酸溶液中；再按照殼聚糖溶液(mL):聚乳酸溶液(mL) = 1 : 5 15的體積比例，將分散有碳纖維的聚乳酸溶液與殼聚糖溶液混合，先用磁攪拌轉(zhuǎn)速100 150r/min輕微混合攪拌0. 5 lh，然后用超聲波振蕩3 4h，將三者混勻；將混合均勻的 三元混合物倒入支架模具里，放入冷凍干燥機(jī)中迅速冷凍至-50 -6(TC，在此溫度下冷凍 6 8h，再在15 17KPa真空度下，保持冷凍溫度抽真空2 3h，最后0 5T低溫干燥 24h脫模、洗滌，即得聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架。 較佳的，所述碳纖維的分散劑為甲基纖維素，分散劑在水溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在
1. 50 1. 80%，在磁力攪拌器上攪拌分散30 60min。 較佳的，所述聚乳酸(PLA 按照一定濃度比例溶解在有機(jī)溶劑中，有機(jī)溶劑為四氫呋喃、三氯甲烷、二氯甲烷。 較佳的，所述聚乳酸的分子量^ 8萬，殼聚糖水溶性殼聚糖，碳纖維T700，①= 7 8um， P =1. 78g/cm3。 本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)在于利用溶液共混法，采用冷凍干燥技術(shù)，制備了聚乳酸/殼 聚糖/碳纖維三元共混復(fù)合材料支架。此復(fù)合材料支架表現(xiàn)出較好的相容性，力學(xué)性能較 好。聚乳酸具有無毒、無剌激和生物相容性好等特性，在人體內(nèi)可降解成乳酸，而且自然代 謝，無殘留；而由于碳纖維的加入使其力學(xué)性能得到了提高；殼聚糖是一種有很好生物相 容性的多糖，并且易降解，它的引入增強(qiáng)了材料的可降解性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列有益效果 與同類研究產(chǎn)品相比較，我們制得的復(fù)合材料支架具有良好的組織相容性和良好 的表面活性，有利于細(xì)胞的黏附，并為細(xì)胞在其表面生長、增殖和分泌基質(zhì)提供良好的微環(huán) 境；具有可塑性，可被加工成所需的形狀，并有一定的機(jī)械強(qiáng)度，在植入體內(nèi)后的一定時(shí)間 內(nèi)仍可保持其形狀，使新形成的組織具有一定的外形；具有三維立體結(jié)構(gòu)，高度多孔的，類 似泡沫狀，孔率達(dá)到80%以上，具有較大的內(nèi)表面積， 一方面有利于細(xì)胞的植入黏附，另一 方面有利于細(xì)胞營養(yǎng)成分的滲入和細(xì)胞代謝產(chǎn)物的排出；此外，最重要的一點(diǎn)就是具有很 好的生物可降解性，在組織形成過程中逐漸分解，不影響新形成組織的結(jié)構(gòu)和功能。該研究 產(chǎn)品具有獨(dú)創(chuàng)性，并且在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值和使用價(jià)值。 這種復(fù)合材料支架同時(shí)具備了 (l)可降解性；(2)力學(xué)性能好；(3)高度多孔； (4)與細(xì)胞有良好的相容性，等多種優(yōu)點(diǎn)。


圖1是實(shí)施例1的聚乳酸/殼聚糖
圖2是實(shí)施例2的聚乳酸/殼聚糖
圖3是實(shí)施例2的聚乳酸/殼聚糖
/碳纖維多孔支架的實(shí)物照片； /碳纖維多孔支架的實(shí)物照片； /碳纖維多孔支架表面形態(tài)掃描電鏡照片。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 1)秤取6. 0001g甲基纖維素加入到盛有400ml去離子水的燒瓶中，加入碳纖維約 1.2000g，在磁力攪拌器上攪拌分散60min，將碳纖維過濾在200目篩網(wǎng)上干燥，備用；秤取 4. 4001g殼聚糖溶解在20mL去離子水中，備用；秤取7. 9996g聚乳酸溶解在40mL四氫呋喃 中，備用。 2)稱取0.0100g碳纖維放入40mL聚乳酸溶液中，在超聲波振蕩器中超聲混 合1. 5h ;加入5mL殼聚糖溶液，用磁攪拌轉(zhuǎn)速100r/min輕微混合攪拌0. 5h，然后用超 聲波振蕩4h，；將混合均勻的三元混合物倒入支架模具里，放入冷凍干燥機(jī)中迅速冷凍 至-55士2t:，在此溫度下冷凍6h，再在15. 6KPa真空度下，保持冷凍溫度抽真空3h，最后 5t:低溫干燥24h脫模、洗滌，即得聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架。產(chǎn)品實(shí)物見圖1。
實(shí)施例2 1)秤取2. 9981g甲基纖維素加入到盛有200ml去離子水的燒瓶中，加入碳纖維約 0.4500g，在磁力攪拌器上攪拌分散40min，將碳纖維過濾在200目篩網(wǎng)上干燥，備用；秤取1. 9998g殼聚糖溶解在10mL去離子水中，備用；秤取6. 0002g聚乳酸溶解在30mL三氯化碳 中，備用。 2)稱取0. 0080g碳纖維放入30mL聚乳酸溶液中，在超聲波振蕩器中超聲混合2h ; 加入3mL殼聚糖溶液，用磁攪拌轉(zhuǎn)速150r/min輕微混合攪拌lh，然后用超聲波振蕩3. 5h，; 將混合均勻的三元混合物倒入支架模具里，放入冷凍干燥機(jī)中迅速冷凍至-58 ± 2°C ，在此 溫度下冷凍7. 5h，再在17. OKPa真空度下，保持冷凍溫度抽真空2. 5h，最后5t:低溫干燥 24h脫模、洗滌，即得聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架。產(chǎn)品實(shí)物見圖2，表面形態(tài)的掃描 電鏡照片見圖3。
權(quán)利要求
一種聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)將碳纖維(C)在分散劑的作用下于水中分散均勻，并干燥好，備用；將殼聚糖(CS)溶解在水中，殼聚糖質(zhì)量百分比濃度為CS(g)∶V水(mL)＝20％～25％；聚乳酸(PLA)按照一定濃度比例溶解在有機(jī)溶劑中，聚乳酸質(zhì)量百分比濃度為PLA(g)∶V溶劑(mL)＝15％～20％；2)移取一定聚乳酸溶液，再按照移取的聚乳酸溶液的量(mL)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.020％～0.035％稱取碳纖維質(zhì)量(g)，將二者在超聲波振蕩器中，超聲混合1～2h，使碳纖維均勻分散在聚乳酸溶液中；再按照殼聚糖溶液(mL)∶聚乳酸溶液(mL)＝1∶5～15的體積比例，將分散有碳纖維的聚乳酸溶液與殼聚糖溶液混合，先用磁攪拌轉(zhuǎn)速100～150r/min輕微混合攪拌0.5～1h，然后用超聲波振蕩3～4h，將三者混勻；將混合均勻的三元混合物倒入支架模具里，放入冷凍干燥機(jī)中迅速冷凍至-50～-60℃，在此溫度下冷凍6～8h，再在15～17KPa真空度下，保持冷凍溫度抽真空2～3h，最后0～5℃低溫干燥24h脫模、洗滌，即得聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架的制備方法，其特征 在于碳纖維的分散劑為甲基纖維素，分散劑在水溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1. 50 1. 80%，在 磁力攪拌器上攪拌分散30 60min。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架的制備方法，其特征 在于聚乳酸(PLA)按照一定濃度比例溶解在有機(jī)溶劑中，有機(jī)溶劑為四氫呋喃、三氯甲 烷、二氯甲烷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架的制備方法，其特征 在于所述聚乳酸的分子量^8萬，殼聚糖水溶性殼聚糖，碳纖維T700，①=7 8 P m， P = 1. 78g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架的制備方法，步驟包括稱取分散、干燥好的碳纖維和聚乳酸溶液，將二者超聲波振蕩混合，使碳纖維分散在聚乳酸溶液中；再與一定比例的殼聚糖溶液三者超聲波混勻；將混合均勻的三元混合物倒入支架模具里，放入冷凍干燥機(jī)中迅速冷凍，保溫，抽真空干燥，最后脫模、洗滌，即得聚乳酸/殼聚糖/碳纖維多孔支架。研發(fā)的復(fù)合多孔支架制作工藝較為簡單，支架具有力學(xué)性能好、高度多孔、與細(xì)胞有良好的相容性等多種優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)A61L27/56GK101693124SQ20091019115
公開日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者廖曉玲, 徐文峰 申請(qǐng)人:重慶文理學(xué)院;