專利名稱：透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架及制備的制作方法
技術領域：
本發明屬生物組織工程載體材料及制備領域，特別是涉及一種透明質酸改性聚己內酯 /聚乳酸三維多孔復合支架及制備。
背景技術：
組織和器官的喪失或功能障礙嚴重影響著人類健康，導致人類的疾病和死亡。盡管傳 統的自體移植、異體移植以及人工代用品顯示了良好的治療效果，但其存在的免疫排斥、 供體來源受限或需要二次手術等缺陷限制了它們的應用，組織工程的發展則彌補了這些缺 陷。組織工程通過采集功能相關的活細胞，種植于天然或人工合成的、具有一定空間結構 的三維支架上，進行體外培養，待細胞大量增殖后移植入體內，能夠達到形成具有一定結 構和功能的組織和器官的目的。因此，三維多孔支架的原材料以及制備方法直接影響著組 織工程的成功應用。
聚己內酯(PCL)憑借其良好的組織相容性、生物降解性和易成型加工性能己經得到 了廣泛的應用，但PCL的親水性較差，結品性偏高，降解速率比聚丙交酯和聚乳酸慢得多， 而其降解又是首先從非晶區排列不規則、無序的小分子鏈開始，直接影響降解周期的長短， 從而限制了其應用。目前已有文獻報道可以采用共聚或共混的方法對PCL進行改性，例如 PCL與聚乳酸(PLA)進行共聚后，PLA的引入改善了PCL的親水性，增加了降解速率(胡 蕓等.PCL改性途經的研究.材料導報.2001， 15 (5): 52-54.)。唐文裙等人制得的PCL — PLLA共聚物通過研究表明，共聚物的組成、變形量以及定型溫度對變形后形狀記憶效應 都有較大的影響，隨著變形量的增加，形狀恢復率呈下降趨勢，較低的定型溫度可獲得較 好的冷變形形狀記憶效應(唐文裙，蔡偉等.PLLA-PCL無規共聚物的冷變形形狀記憶效應. 功能材料.2007， 12(38): 2011 — 2014.)。
近年來，已有研究者將PCL應用于組織工程支架材料的制備中，但采用的方法不盡相 同，例如S.-J.Shieh等人用蔗糖制備形狀模板，然后結合溶劑澆鑄/粒子瀝濾法，制得耳狀 PCL和PHB材料的軟骨組織工程載體材料(Shy-Jou Shieh, Schinichi Terada, Joseph P. Vacanti. Tissue engineering auricular reconstruction: in vitro and in vivo studies. Biomaterials 25 (2004) 1545-1557.)。孫康等人的"生物可降解聚己內酯人工胸壁材料及其制備方法"(中國 專利申請號200410025390.4，公開號CN1593674)以PCL與甲殼素原料結合熔融紡絲技術 制備了人工胸壁材料。哈佛大學Vacanti等人，將老鼠的間葉干細胞植入PCL電紡絲纖維 組成的支架中，以動態生物反應器進行培養。培養4周后，發現細胞支架不但能夠維持住
原來支架的尺寸及形狀，且經由SEM觀察到支架內的細胞具有疊層增生與細胞基質的生 成，而且在組織切片免疫染色中亦發現已有新生的組織形成，并有礦化的現象產生。這表 明利用電紡絲技術，可將高分子材料制備成具有納米尺寸纖維的支架，細胞可在納米纖維 支架上生長與分化(郭霽慶.納米組織工程用高分子支架.成大生物科技中心通訊. 2002,4(2):18-19.)。國內葛鵬飛等人采用靜電紡絲法也制備了 PLA納米纖維，探討了聚乳 酸的紡絲條件以及濃度對纖維直徑的影響，并得出結論通過靜電紡絲能制備PLA納米級纖 維(葛鵬飛、葛明橋等.聚乳酸的靜電紡絲及其形態結構研究.合成纖維.2007,1 (l))。目 前國內尚無專利報道采用PCL和PLA及透明質酸(HA)共混物制備組織工程三維多孔支 架材料。而采用PCL和PLA及HA為原料，通過靜電紡絲技術和等離子體改性制備組織 工程支架材料的方法國內外也均未有同類或相似專利報道。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種透明質酸改性的聚己內酯/聚乳酸三維多孔支 架及其制備，本發明支架材料具備良好的親水性以及可控的降解速率和孔隙率，可用于制 備組織工程載體材料，制備方法簡單。
本發明的一種透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架，其組分包括聚己內酯 (PCL)、聚乳酸(PLA)和透明質酸(HA)， PCL與PLA的質量配比介于為100: 0 0: 100之間。
所述的PCL的分子量為1 100萬，熔點為55 65T。
所述的PLA的平均分子量為5力' 40萬，熔點為150 17(TC。
所述的HA的平均分子量90 200萬，熔點為58 62°C。
本發明的一種透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架的制備，包括
(1) 將聚己內酯PCL和聚乳酸PLA以質量比介于100: 0 0: 100之間溶解于共溶 劑，攪拌得均勻透明共混物溶液；
(2) 調整靜電紡絲電壓為4 40千伏，紡絲細流推進速度為0.3 6ml/h，將上述共 混溶液紡成納米/次微米級纖維氈，再置于真空烘箱中，抽真空去除殘留溶劑；
(3) 取出纖維氈，層疊并填充于特定形狀模具中，模具置于50 65'C真空烘箱，恒 溫20 40min，取出冷卻脫模，等離子體改性，改性后的復合支架浸泡在透明質酸HA溶液 中；
(4) 將上述HA改性復合支架置于真空烘箱中干燥，用環氧乙烷消毒，最終得到HA 改性的PCL/PLA三維多孔復合支架。
所述的步驟(1)中共溶劑為四氫呋喃、氯仿溶劑或二氯甲垸。
所述的步驟(1)中共溶劑為四氫呋喃、氯仿或三氯甲烷中添加了二甲基甲酰胺、乙 醇、丙酮中的一種或幾種所得的混合溶劑。
所述的步驟(1)中聚己內酯PCL和聚乳酸PLA溶液質量分數為5 15%。
所述的步驟(2)中纖維氈經掃描電鏡和Photosh叩軟件測得纖維直徑為1700 2300nm。
所述的步驟(3)中PCL/PLA纖維氈經過等離子體改性后浸泡在HA溶液中，使透明 質酸包裹在PCL/PLA復合支架上，以改善其親水性及細胞相容性。
所述的步驟(4)中干燥溫度為共混物的熔點，在該溫度，材料表面的纖維熔化，相 互連接形成具備強度的三維空間結構。
本發明提供一種以聚己內酯(PCL) /聚乳酸(PLA)為原料，結合靜電紡絲法與等離 子體、透明質酸(HA)改性技術制備而成的三維多孔支架，通過PCL/PLA溶液共混、等 離子體改性及使HA吸附在支架表面來提高聚合物表面的親水性，能夠通過控制PCL/PLA 二者的配比來調節工程支架的降解速率，以彌補現有支架材料和制備方法的不足，滿足組 織工程三維多孔支架材料的需要；本發明技術關鍵在于PCL/PLA配比對工程支架降解速 率的控制以及等離子體與HA改性后HA包裹復合支架后的穩定性，該支架材料具備良好 的親水性及可控的降解速率和孔隙率。
采用不同質量百分比濃度和配比的共混物溶液、改變靜電紡絲工藝以及纖維粘結條件 可以調節支架的微孔尺寸、孔隙率，提高支架的親水性能，加快聚合物的降解速率。所得 復合工程支架為三維多孔組織工程支架材料，內部孔結構均勻，各孔間相互貫通，體系結 構穩定，可用作骨、軟骨組織工程細胞支架，改變模具形狀可制成具有特定形狀的支架。 有益效果
(1) PLA的加入提高了聚合物表面的親水性，增強了細胞在聚合物表面的粘附、增 殖狀態，通過控制原料配比得到可控調節的降解速度，以滿足組織工程的臨床需要；
(2) 靜電紡絲所得纖維尺寸小于細胞，可以模擬天然的細胞外基質的結構和生物功 能，提供細胞種植、繁殖、生長的理想模板；
(3) 該纖維氈均一性好、孔隙率高、孔徑可調、生物相容性，與等離子體改性技術 的結合，改善了支架材料的親水性及細胞相容性。
圖1是靜電紡絲技術與纖維熔結法制備的PCL/PLA耳形支架外觀照片； 圖2是電紡PCL/PLA纖維氈的掃描電鏡照片。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而 不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。
實施例l
采用三氯甲垸作為共溶劑，將分子量為5萬，熔點為58 60。C的高聚物PCL，以及平 均分子量為100000，熔點為150-17(TC的高分子PLA以60: 40的配比溶解于共溶劑中， 攪拌均勻，制成透明均一溶液后，靜電紡絲制成電紡纖維氈，置于真空烘箱中烘干，去除 殘留溶劑后，取出后層疊并填充于特定形狀模具中，將真空烘箱溫度設定為63"，模具置 于真空烘箱中恒溫20min后取出，冷卻后脫模，再將其進行等離子體改性，之后浸泡在透 明質酸溶液中，再冷凍干燥處理，便得到具有特定外形和良好性能的組織工程支架材料。 經掃描電鏡和Photoshop軟件測得纖維氈纖維直徑為2000±300nm，接觸角測試顯示材料表 面親水性提高，初步證明降解周期縮短。這種材料具備優良的降解周期，更適用于軟骨組 織工程支架材料。
實施例2
采用三氯甲垸與DMF混合溶劑作為共溶劑，將分子量為10力'，熔點為58 60。C的高 聚物PCL，以及平均分子量為10000，熔點為150-17(TC的高分子PLA以40: 60的配比溶 解于共溶劑中，攪拌均勻，制成透明溶液后，靜電紡絲制成電紡纖維氈，置于真空烘箱中 烘干，取出后層疊并填充于特定形狀模具中，將真空烘箱溫度設定為63'C，模具置于真空 烘箱中恒溫35min后取出，冷卻后脫模，再將其進行等離子體改性，之后浸泡在透明質酸 溶液中，再冷凍干燥處理，便得到具有特定外形和良好性能的組織工程支架材料，。經掃 描電鏡和Photosh叩軟件測得纖維氈纖維直徑為2000士300nm，接觸角測試顯示材料表面親 水性提高，初步證明降解周期縮短。這種材料具備優良的降解周期，更適用于軟骨組織工 程支架材料。
實施例3
采用四氫呋喃與丙酮混合溶劑作為共溶劑，將分子量為10萬，熔點為58 6(TC的高 聚物PCL，以及分子量為10000，熔點為150 17(TC的高分子PLA以80: 20的配比溶解 于共溶劑中，攪拌均勻，制成透明溶液后，靜電紡絲制成電紡纖維氈，置于真空烘箱中烘 干，去除殘留溶劑后，取出后層疊并填充于特定形狀模具中，將真空烘箱溫度設定為60'C，
模具置于真空烘箱中恒溫40min后取出，冷卻后脫模，再將其進行等離子體改性，之后浸 泡在透明質酸溶液中，再冷凍干燥處理，便得到具有特定外形和良好性能的組織工程支架 材料。經掃描電鏡和Photoshop軟件測得纖維氈纖維直徑為3500±200nm，接觸角測試顯示 材料表面親水性提高，初步證明降解周期縮短。這種材料具備優良的降解周期，更適用于 軟骨組織工程支架材料。
權利要求
1.一種透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架，其組分包括聚己內酯PCL、聚乳酸PLA和透明質酸HA，PCL與PLA的質量配比為介于100∶0～0∶100之間。
2. 根據權利要求1所述的透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架，其特征在于:所述的PCL的分子量為1 100萬，熔點為55 65°C， PLA的平均分子量為5萬 40萬， 熔點為150 170°C， HA的平均分子量90 200萬，熔點為58 62。C。
3. —種透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架的制備，包括(1) 將聚己內酯PCL和聚乳酸PLA以質量比100: 0 0: IOO溶解于共溶劑，攪拌得均勻透明共混物溶液；(2) 調整靜電紡絲電壓為4 40千伏，紡絲細流推進速度為0.3 6ml/h，將上述共混 溶液紡成納米/次微米級纖維氈，再置于真空烘箱中，抽真空去除殘留溶劑；(3) 取出纖維氈，層疊并填充于特定形狀模具中，模具置于50 65'C真空烘箱，恒 溫20 40min，取出冷卻脫模，等離子體改性，改性后的復合支架浸泡在透明質酸HA溶液 中；(4) 將上述HA改性復合支架置于真空烘箱中干燥，用環氧乙烷消毒，得到HA改性 的PCL/PLA三維多孔復合支架。
4. 根據權利要求3所述的透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架的制備，其特 征在于所述的歩驟(1)中共溶劑為四氫呋喃、氯仿或二氯甲烷。
5. 根據權利要求3所述的透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架的制備，其特 征在于所述的步驟(1)中共溶劑為四氫呋喃、氯仿或二氯甲烷中添加了二甲基甲酰胺、 乙醇、丙酮中的一種或幾種所得的混合溶劑。
6. 根據權利要求3所述的透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架的制備，其特 征在于所述的步驟(1 )中聚己內酯PCL和聚乳酸PLA混合溶液溶質質量分數為5 15%。
7. 根據權利要求3所述的透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架的制備，其特 征在于所述歩驟(2)中纖維氈經掃描電鏡和Photoshop軟件測得纖維直徑1700 2300 nm。
8. 根據權利要求3所述的透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架的制備，其特 征在于所述的步驟(3)中PCL/PLA纖維氈經過等離子體改性后浸泡在HA溶液中，使 透明質酸包裹在PCL/PLA復合支架上。
9. 根據權利要求3所述的透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架的制備，其特 征在于所述的步驟(4)中干燥溫度為共混物的熔點，在該溫度，材料表面的纖維熔化， 相互連接形成具備強度的三維空間結構。
全文摘要
本發明涉及一種透明質酸改性聚己內酯/聚乳酸三維多孔復合支架及制備，其組分包括聚己內酯PCL、聚乳酸PLA和透明質酸HA，其制備，包括(1)將PCL和PLA溶解于共溶劑，得透明共混物溶液；(2)調整靜電紡絲工藝，將上述共混溶液紡成納米/次微米級纖維氈，再于真空烘箱抽真空去除殘留溶劑；(3)層疊并填充于特定形狀模具的纖維氈再置于真空烘箱，冷卻脫模，等離子體改性，然后浸泡在透明質酸HA溶液中；(4)上述HA改性復合支架置于真空烘箱干燥，環氧乙烷消毒，即得。本發明三維多孔組織工程復合支架材料，內部孔結構均勻，體系結構穩定，可用作骨、軟骨組織工程細胞支架，制備方法簡單。
文檔編號A61L27/40GK101352582SQ200810042268
公開日2009年1月28日 申請日期2008年8月29日 優先權日2008年8月29日
發明者唐勇紅, 慶 楊, 沈新元, 郯志清 申請人:東華大學