組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法

專利名稱：組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法
技術領域：
本發明屬多孔纖維的制備領域，特別是涉及一種組織工程支架用降解速率可控的
多孔纖維的制備方法。
背景技術：
迄今為止，在生物醫用高分子材料領域中得以實現臨床應用的主要為聚酯類材 料，如聚乙醇酸(PGA)、聚己內酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚對二氧環己酮(PD0)等。因此，脂 肪族聚酯在體內植入材料及組織工程等領域得到了越來越廣泛的應用。為了控制脂肪族聚 酯的生物降解性能，可以通過改變聚合物結構組成及形態來制備不同生物降解速率的新型
生物醫用高分子材料，可顯著改善脂肪族聚合物的降解及熱力學等物理化學性能。至今還 沒有一個單一的生物材料可以滿足組織工程對支架材料的所有需求，這就要綜合現有生物
材料的優點，將其有機地融合在一起，才能制備出具有生物相容性，能引導組織細胞成長， 能支持組織內生長和保證體內降解速率可控等性能的組織工程支架。 PGA、 PLA、 PD0的降解時間分別為60天，220天和182天，PGA的降解時間很快，這 對其應用有很大的影響，通過分子量及分子量分布來調節其降解速度有很大的局限性，因 此通過共混或共聚的方法改變PGA的結晶度和親水性，從而達到控制PGA類復合材料降解 速度的目的。另外，由于嵌段共聚物的降解周期居于各聚合物之間，也可以通過調節各嵌段 成分之比例來控制降解行為。Li S.M.等分別對PLA和PGA、PCL的共聚物及均聚物的體內 降解性質作了系統的研究，發現可以通過調節丙交酯(LA)、乙交酯(GA)和己內酯(CL)的 比例來調節降解速度。LiSM， VertM. The Encyclopedia of Controlled DrugDelivery. Mathiowitz E. ed，John Wiley & Sons, New York, 1999。將GA與LA共聚，通過調節LA和 GA的進料比，可對PLGA的降解性質進行調控。PGLA(LA/GA = 10/90、25/75、50/50、75/25) 的降解時間分別為90， 100， 120， 180。 在共混方面，PLA由于具有疏水性而影響其生物相容性及降解性能，故研究較多。 在PLA完全生物降解共混體系中，PLA通過與聚3-羥基丁酸酯(PHB)、PCL、聚氧乙烯(PE0)、 淀粉等共混，能改變復合材料的機械性能、加工性能和降解速度。但未見關于PGA與PLA或 PD0共混復合物的報道。 組織工程復合支架除了單純使用可降解纖維，還可以把纖維編織成一定的形狀結 構來使用，纖維編織法制備的支架常用在組織工程的肌腱、軟骨、血管和神經修復等方面。 金懿明等采用PD0纖維經編血管外支架，結果表明PD0支架結構穩定并具有較好的壓縮回 復性能，體外降解試驗表明其在8周內保持較為穩定的降解速率和較好的力學性能。金懿 明，王文祖.經編結構血管外支架的體外降解性能.中國組織工程研究與臨床康復，2008， 12(27) :5248-5252。單一成分的可降解纖維織物通常不能滿足組織修復對力學支撐和降 解時間的要求，吳雙全等采用不同組分比例的聚乳酸、聚羥基乙酸長絲編織制備4種編織 線，發現在降解過程中，隨著編織線中PGA纖維成分比例的增大，編織線的降解速度也不斷 加快，編織線質量損失率增大，強力逐漸降低。吳雙全，張佩華，郭正.不同比例PGA/PLA編織線的體外降解性能.東華大學學報(自然科學版)，2009，35(3) :274-303。袁曉燕等
公開發明了一種多組分雜化三維編織肌腱支架材料的制備方法，以聚乙交酯、聚丙交酯或
它們各含一定比例的共聚物脂肪族聚酯纖維為材料，以1X1四步圓形三維編織法編織成
柱辮形繩裝三維編織肌腱支架材料，具有抗張強度好、降解速度可調控、細胞親和性好的優
點。袁曉燕等.多組分雜化三維編織肌腱支架材料的制備方法(CN 1194774C)。 多孔纖維具有通過使用一些傳統的相分離方法而制造的結構。這些方法通常包括
將聚合物樹脂與稀釋劑或增塑劑混合，在一種液體介質中對聚合物溶液進行冷卻以引起相
分離，然后沖洗掉稀釋劑從而留下一種交聯多孔結構；在聚酯的紡絲熔體中加入一定量的
無機粒子紡絲成形，拉伸后經堿減量除掉無機粒子，在纖維表面留下微孔，利用微孔的毛細
管作用，可以改善纖維的吸濕性和獲得涼爽的手感。 —種多微孔聚酯纖維，其特征在于由常規樹脂與水溶性改性聚合樹脂組成，按 70 50% : 30 50%比例均勻共混，并在熔融紡絲后溶解掉8 12%的水溶性改性聚合 樹脂，其表面和內部均勻分布有大量直徑約為0.5 2ym孔徑的微孔。錢建華等. 一種 多微孔聚酯纖維及制備方法(CN 101144206A)。 一種微孔泡沫纖維，當形成纖維用的聚合 物在擠出機中熔化和混合時，將超臨界流體引入擠出機，然后熔體和氣體的單向溶液通過 紡絲組件的噴絲頭擠出來形成微孔，微孔長度與直徑比大于1、單絲直徑大于5ym，微孔直 徑小于10iim。崔榮百等.微孔泡沫纖維及其制備方法(CN 1304652C)。楊恩寧等以碳 酸鈣為成孔劑，通過與聚丙烯相混合拉伸成中空纖維，用鹽酸進行后處理，混在中空纖維中 的碳酸鈣溶出后就形成多孔。楊恩寧，郭靜.CaC03/聚丙烯共混制備多孔聚丙烯纖維的研 究.合成纖維，2006， 2 :25-27。 目前國內尚未有采用PGA、PLA、PDO的單聚合物或共聚物或聚合物的混合，來制備 組織工程支架用多孔纖維與織物。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種組織工程支架用降解速率可控的多孔纖 維的制備方法，該方法簡單，成本低，適合于工業化生產；所得纖維的微孔直徑與細胞大小 相匹配，使細胞易于在纖維表面的微孔中粘附生長，同時降解速率可控。
本發明的一種組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法，包括
將生物可降解聚合物與成孔劑按重量百分比為90 99% : 1 10%均勻混合， 真空干燥21-48h，進行熔融紡絲，拉伸，之后浸入鹽酸或蒸餾水中，去除成孔劑，真空干燥后 得到表面均勻分布有直徑為10 lOOym微孔的多孔纖維。 所述的生物可降解聚合物為聚羥基乙酸PGA、聚乳酸PLA、聚對二氧環己酮PDO的 單聚合物中的兩種或三種的混合。 所述的生物可降解聚合物為聚羥基乙酸PGA、聚乳酸PLA或聚對二氧環己酮PDO的 共聚物。 所述的生物可降解聚合物為聚羥基乙酸PGA、聚乳酸PLA、聚對二氧環己酮PDO的 聚合物中的兩種或三種的混合。 所述的PGA的分子量為10 15萬，PLA的分子量為10 15萬，PDO的分子量為 10 15萬。
所述的生物可降解聚合物為GA/LA的質量比1 99/99 1的PGLA。
所述的成孔劑為碳酸鈣或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)顆粒，粒徑為10 80iim。
所述的鹽酸的濃度為6%。 所述的多孔纖維經過編織得到多孔纖維織物，編織方式為同一種纖維編織或不同 比例纖維交織。 多孔纖維織物為線狀、管狀或平面狀的形式。 本發明根據組織工程修復的對象不同，選用不同重量比例的PGA、 PLA和PDO纖維
進行混編，使纖維支架的降解時間與細胞的生長速度相匹配，促進組織的修復。 組織工程細胞與支架復合要求支架材料與細胞具有良好的相容性，能有利于細胞
在支架上的貼附生長。 一般情況下，通過熔融紡絲制備得到的纖維表面是比較致密光滑的，
為了改善細胞在可降解纖維上面的貼壁情況，可以在纖維表面制備與細胞大小相符合的微
孔，使細胞能落在這些微孔中，不易剝離支架，同時能加大纖維表面的粗糙程度，提高細胞
與支架材料的親和性。 細胞的直徑范圍是10 100iim，為了在纖維表面上制備得到這一孔徑范圍的微 孔，用水溶性改性聚合物樹脂溶出的方法和引入超臨界流體制孔的方法得到的微孔直徑過 小，不能使細胞落在微孔中，且不易控制孔徑的大小，因此選用已知直徑的顆粒作為成孔 劑，通過與可降解聚合物共混制備纖維，最后溶出成孔劑制備一定直徑的微孔，這種方法簡 單易行，不會對環境造成污染，而且原料成本低，重復性好。
有益效果 (1)本發明的制備方法簡單，成本低，適合于工業化生產； (2)本發明所得纖維的微孔直徑與細胞大小相匹配，使細胞易于在纖維表面的微 孔中粘附生長，同時降解速率可控，使材料的力學性能衰變速率與組織的愈合速率相匹配， 有利于組織工程細胞與支架的復合培養，可以用作神經或血管等組織工程細胞支架。
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1 將分子量為10萬的PGA，分子量為10萬的PLA的切片(GA/LA的質量比為75/25) 與粒徑為50 ii m的成孔劑碳酸鈣按重量百分比為95% : 5%的比例均勻混合，真空干燥24 小時后進行熔融紡絲，拉伸，然后將制備所得的纖維浸入濃度為6%鹽酸中去除成孔劑，期 間每6小時更換一次鹽酸溶液，24小時后取出纖維，真空干燥后得到表面均勻分布且有直 徑為50 60 ii m微孔的多孔纖維。
實施例2 將分子量為12萬的PGA，分子量為12萬的PLA的切片(GA/LA的質量比為90/10) 與粒徑為20iim的成孔劑碳酸鈣按重量百分比為98X : 2%的比例均勻混合，真空干燥24 小時后進行熔融紡絲，拉伸，然后將制備所得的纖維浸入濃度為6%鹽酸中去除成孔劑，期
5間每6小時更換一次鹽酸溶液，24小時后取出纖維，真空干燥后得到表面均勻分布有直徑 為20 35 ii m微孔的多孔纖維。
實施例3 將分子量為10萬的PGA，分子量為10萬的PD0的切片(PGA與PD0的重量比為 50/50)與粒徑為80 ii m的成孔劑PVP重量百分比為99% : 1 %的比例均勻混合，真空干燥 24小時后進行熔融紡絲，拉伸，然后將制備所得的纖維浸入蒸餾水中去除成孔劑，期間每6 小時更換一次蒸餾水，24小時后取出纖維，真空干燥后得到表面均勻分布有直徑為80 100iim微孔的多孔纖維。
實施例4將PGLA(GA/LA質量比為75/25)的切片與粒徑為10 y m的成孔劑PVP重量百分比 為93% : 7%的比例均勻混合，真空干燥24小時后進行熔融紡絲，拉伸，然后將制備所得的 纖維浸入蒸餾水中去除成孔劑，期間每6小時更換一次蒸餾水，24小時后取出纖維，真空干 燥后得到表面均勻分布有直徑為10 15iim微孔的多孔纖維。
實施例5 將分子量為10萬的PGA，分子量為10萬的PLA的切片分別與粒徑為10 y m的成孔 劑PVP重量百分比為98% : 2%的比例均勻混合，真空干燥24小時后進行熔融紡絲，拉伸， 然后將制備所得的纖維浸入蒸餾水中去除成孔劑，期間每6小時更換一次蒸餾水，24小時 后取出纖維，真空干燥后得到表面均勻分布有直徑為10 15iim微孔的多孔纖維。選取4 根PGA多孔長絲和2根PLA多孔長絲在6錠立式錠子編織機上進行編織，變換齒輪30齒，編 織工藝角54. 5° ，制得4PGA/2PLA的編織線，該編織線的直徑0. 18mm，斷裂強力1276. 2cN， 摩擦系數O. 72。
實施例6 將分子量為15萬的PGA，分子量為15萬的PLA的切片分別與粒徑為10 y m的成孔 劑PVP重量百分比為98 % : 2 %的比例均勻混合，真空干燥24小時后進行熔融紡絲，拉伸， 然后將制備所得的纖維浸入蒸餾水中去除成孔劑，期間每6小時更換一次蒸餾水，24小時 后取出纖維，真空干燥后得到表面均勻分布有直徑為10 15iim微孔的多孔纖維。選取2 根PGA多孔長絲和4根PLA多孔長絲在6錠立式錠子編織機上進行編織，變換齒輪30齒，編 織工藝角54. 5° ，制得2PGA/4PLA的編織線，該編織線的直徑0. 22mm，斷裂強力1061. lcN， 摩擦系數O. 72。
權利要求
一種組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法，包括將生物可降解聚合物與成孔劑按重量百分比為90～99％∶1～10％均勻混合，真空干燥21-48h，進行熔融紡絲，拉伸，之后浸入鹽酸或蒸餾水中，去除成孔劑，真空干燥后得到表面均勻分布有直徑為10～100μm微孔的多孔纖維。
2. 根據權利要求1所述的一種組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法， 其特征在于所述的生物可降解聚合物為聚羥基乙酸PGA、聚乳酸PLA、聚對二氧環己酮PD0 的單聚合物中的兩種或三種的混合。
3. 根據權利要求1所述的一種組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法， 其特征在于所述的生物可降解聚合物為聚羥基乙酸PGA、聚乳酸PLA或聚對二氧環己酮 PD0的共聚物。
4. 根據權利要求1所述的一種組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法， 其特征在于所述的生物可降解聚合物為聚羥基乙酸PGA、聚乳酸PLA、聚對二氧環己酮PD0 的聚合物中的兩種或三種的混合。
5. 根據權利要求4所述的一種組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法， 其特征在于所述的PGA的分子量為10 15萬，PLA的分子量為10 15萬，PD0的分子 量為10 15萬。
6. 根據權利要求4所述的一種組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法， 其特征在于所述的生物可降解聚合物為GA/LA的質量比1 99/99 1的PGLA。
7. 根據權利要求1所述的一種組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法， 其特征在于所述的成孔劑為碳酸鈣或聚乙烯吡咯烷酮PVP，粒徑為10 80 ii m。
8. 根據權利要求1所述的一種組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法， 其特征在于所述的鹽酸的濃度為6%。
全文摘要
本發明涉及一種組織工程支架用降解速率可控的多孔纖維的制備方法，包括將生物可降解聚合物與成孔劑均勻混合，真空干燥，進行熔融紡絲，拉伸，之后浸入鹽酸或蒸餾水中，去除成孔劑，真空干燥后得到表面均勻分布有直徑為10～100μm微孔的多孔纖維。本發明的制備方法簡單，適合于工業化生產；所得纖維的微孔直徑與細胞大小相匹配，使細胞易于在纖維表面的微孔中粘附生長，同時降解速率可控。
文檔編號D01F1/08GK101781815SQ20101010486
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月3日 優先權日2010年2月3日
發明者唐乃杰, 張佩華, 張蓉, 楊慶, 沈新元, 王文祖, 郯志清, 陳南梁, 陳思詩 申請人:東華大學