專利名稱：基于超臨界流體技術的組織工程用三維支架制備方法
技術領域：
本發明涉及的是ー種基于超臨界流體技術的組織工程用三維支架制備方法。
背景技術：
組織工程的核心是建立由細胞和生物材料構成的三維空間復合體，其目前研究的主要內容集中在生物可降解支架材料、種子細胞、體外培養條件等方面，其中理想的三維支架的構建是組織工程化人工器官研究成功的前提條件。近年來，新型支架材料的研究趨勢呈單ー組分向多組分過渡，惰性材料向活性材料過渡。如何在原有研究的基礎上研獲理想的生物活性支架，已成為組織工程這ー重大課題的核心熱點和難點。理想的組織工程支架除具有良好的生物相容性、適宜的降解性和有效的表面活性夕卜，還要求具有合適體積、形狀的三維外部立體結構，以滿足組織缺損的修復和填充的需要，以及高孔隙率且內部連通的三維內部結構，以便為種子細胞增殖、長入支架材料以及養分交換和代謝產物的排出提供良好的空間和通道。至今已提出了多種制備組織工程用三維多孔支架的方法。比較典型的有澆鑄/粒子浙濾、相分離、纖維聯結、三維印刷、乳液冷凍干燥、熔融成型、氣體發泡等；以及在這些技術的基礎上發展的ー些復合方法，例如相分離/粒子浙濾、粒子浙濾/冷凍干燥、電紡絲/粒子浙濾/氣體發泡法等。盡管這些方法各有其特點和優越性，但其中有些問題仍然是制約其應用的關鍵。例如，有些方法涉及高溫，不利于制備過程中生物活性物質的引入；有些方法涉及有機溶劑，對其進行脫除，使殘留有機溶劑達到臨床應用可接受的范圍就成為ー 個難題；有些方法形成的孔隙率低，孔與孔之間相互貫通差；有些方法無法實現對孔徑的控制，孔結構及其強度較差；有些方法復雜，在實驗室完成ー個制備過程需很長時間，例如澆鑄/粒子浙濾法大約需要I周，有些方法無法用于制備多組分或復合活性支架，有些方法雖然可以用于多組分或復合活性支架制備，但エ藝過程會更加復雜。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種基于超臨界流體技術的組織工程用三維支架制備方法。本發明的技術方案如下—種基于超臨界流體技術的組織工程用三維支架制備方法，包括以下步驟第一步，將要制成多孔支架的聚合物，或兩種或兩種以上不同力學性能的聚合物組成的混合物，或聚合物與納微米活性物質組成的混合物溶于溶劑中制成一定濃度的溶液或懸浮液，該溶液或懸浮液與ScCO2充分接觸，由于ScCO2近乎液體的溶解能力和近乎氣體的擴散能力，一是ScCO2快速溶于溶液或懸浮液中而引起聚合物溶液或懸浮液發生相分離，溶液或懸浮液即被分離成相互成亞穩平衡的聚合物富相和聚合物貧相，同時，溶液或懸浮液中的溶劑也會快速溶解于ScCO2中，聚合物富相不斷發生玻璃化轉變而固化，形成多孔材料，聚合物貧相形成晶核并逐漸長大，充滿多孔材料中的空隙；第二步，循環通入CO2對多孔材料進行清洗和干燥，溶劑不斷進入ScCO2相被帶出系統，即可得到幾乎無溶劑殘留的單ー組分、或多組分，或復合活性組織工程用多孔支架。所述的制備方法，具體操作步驟為Al、稱取一定質量的干燥聚合物，或兩種或兩種以上不同力學性能的聚合物組成的混合物，或聚合物與納微米活性物質組成的混合物溶入溶劑中，制成質量百分比濃度5% -50%的溶液或懸浮液，待溶液或懸浮液制備完畢，靜置5-30min，排除溶液中的氣泡；A2、將靜置排完氣泡的溶液或懸浮液慢慢倒入深度為l-3cm的澆鑄容器中，然后將盛有溶液或懸浮液的澆鑄容器放入升至30-50°C的高壓釜中，密封高壓釜，緩慢通入ScCO2至壓カ為6-30MPa，關閉柱塞泵，關閉高壓釜的入口和出口閥門保壓；A3、保持上述壓カ30min-120min，澆鑄容器中的溶液或懸浮液聚合物富相不斷發生玻璃化轉變而固化，形成多孔材料，聚合物貧相形成晶核并逐漸長大，充滿多孔材料中的 空隙；A4、開啟高壓釜的ScCO2出口閥門，打開入ロ閥門，開啟柱塞泵，使ScCO2以2_40kg/h的循環流速流經高壓釜、一級分離釜、ニ級分離釜、質量流量計、單向閥，直至與0)2鋼瓶出來的ScCO2在混合器混合后再通入高壓釜干燥澆鑄容器中形成的多孔材料，以形成干燥的多孔支架；A5、繼續循環干燥30_120min至多孔支架干燥完全；A6、關閉柱塞泵，關閉高壓釜進出口閥門，緩慢對高壓釜泄壓，至壓カ為零，取出澆鑄容器，取出多孔支架。本發明的有益效果如下I、本發明提出了超臨界C02(ScC02)-循環干燥過程用于組織工程用多孔支架的制備，為孔結構可控，孔隙率高，互通性好，幾乎無溶劑殘留的組織工程用多孔支架制備提供了一條新途徑。2、本發明中，當聚合物為ー種時，可制備單一成分的多孔支架，當將兩種聚合物以一定比例混合然后溶解入有機溶劑時即可得到不同孔結構和機械性能的多組分多孔支架。3、當將聚合物和活性物質以一定比例混合溶解入有機溶劑中形成溶液或懸浮液，利用該過程即可制備具有一定生物活性的復合組織工程用多孔支架。4、利用不同形狀和體積的澆鑄容器，即可得到具有不同體積、形狀的三維外部立體結構的多孔支架，滿足不同組織工程的需要。5、ScC02對支架的干燥過程中不會產生汽-液界面，可以快速而完全地干燥多孔材料而不會造成孔結構的坍塌，獲得的孔結構形態好、孔隙率高、互通性強；6、ScC02在臨界點附近其性質隨操作參數的變化極為敏感，通過調整操作參數即可簡單實現對孔結構的控制。7、超臨界流體既作為相分離誘導劑，又作為干燥劑，孔結構形成和干燥一歩完成，制備時間大大縮短，エ藝操作簡單。8、在高壓釜和一級分離釜之間設置ー微調穩壓背壓閥門，其對高壓即可起到穩壓作用，保證兩釜間一定的壓差，又能保證循環干燥和泄壓過程的平穩運行，易于實現對孔徑的控制。9、在高壓釜后設置了兩組分離釜用以分離ScCO2溶解的有機溶劑，經兩次分離的超臨界流體基本已不含有機溶劑，保證CO2和有機溶劑回收利用的同時，可得到幾乎完全干燥、無溶劑殘留的多孔支架。10、本發明即可用于結晶性聚合物，也可用于非定形態聚合物的多孔支架的制備。11、本發明可在較低溫度下進行，易于實現活性物質的引入。


圖I :超臨界流體誘導相分離-循環干燥過程流程示意圖；I、CO2鋼瓶；2、冷卻水箱；3、柱塞泵；4、混合器；5、浄化器；6、預熱器；7、高壓釜；
8、澆鑄容器；9、一級分離釜；10、ニ級分離釜；11、流量計；12、單向閥；13、微調穩壓背壓閥門。
具體實施例方式以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。如圖I所示，本發明提出了ー種新的組織工程用三維多孔支架制備方法，即超臨界CO2 (ScCO2,超臨界C02)-循環干燥過程。:第一歩，將要制成多孔支架的聚合物，或兩種或兩種以上不同力學性能的聚合物組成的混合物，或聚合物與納微米活性物質組成的混合物溶于溶劑中制成一定濃度的溶液或懸浮液，該溶液或懸浮液與ScCO2充分接觸，由于ScCO2近乎液體的溶解能力和近乎氣體的擴散能力，ー是ScCO2快速溶于溶液或懸浮液中而引起聚合物溶液或懸浮液發生相分離，溶液或懸浮液即被分離成相互成亞穩平衡的聚合物富相和聚合物貧相，同時，溶液或懸浮液中的溶劑也會快速溶解于ScCO2中，聚合物富相不斷發生玻璃化轉變而固化，形成多孔材料，聚合物貧相形成晶核并逐漸長大，充滿多孔材料中的空隙；第二步，循環通入CO2對多孔材料進行清洗和干燥，溶劑不斷進入ScCO2相被帶出系統，即可得到幾乎無溶劑殘留的單ー組分、或多組分，或復合活性組織工程用多孔支架。其具體操作步驟如下I、稱取一定質量的干燥聚合物(如聚乳酸、聚己內酷、聚こニ醇、聚こ醇酸等可降解聚合物，或將其根據不同要求以一定配比混合，具體配比可根據需要調節，如當將聚乳酸與聚こニ醇以I : I的混合比例溶入溶劑中時，得到的多孔支架其機械強度比純聚乳酸時低，可用于軟骨組織工程等)或聚合物與活性物質(如羥基磷灰石、磷酸三鈣等)融入溶劑中(溶劑如丙酮、こ醇、三氯甲烷、ニ氯甲烷等)制成質量百分比濃度5%-50%的溶液或懸浮液。待溶液制備完畢，靜置5-30min，排除溶液中的氣泡。2、將靜置排完氣泡的溶液或懸浮液慢慢倒入深度為l_3cm的澆鑄容器8中，然后將盛有溶液的澆鑄容器8放入升至30-50°C的高壓釜7中，密封高壓釜7，緩慢通入ScCO2至壓カ為6-30Mpa，關閉高壓釜7的入口和出ロ閥門保壓。3、保持上述壓カ30_120min，澆鑄容器中的溶液或懸浮液聚合物富相不斷發生玻璃化轉變而固化，形成多孔材料，聚合物貧相形成晶核并逐漸長大，充滿多孔材料中的空隙。4、開啟高壓釜7的ScCO2出口閥門，打開入口閥門，同時開啟柱塞泵3，使ScCO2以2-40kg/h的循環流速流經高壓爸7、ー級分離爸9、ニ級分離爸10、質量流量計11、單向閥12，直至與CO2鋼瓶I出來的ScCO2在混合器4混合后再通入高壓釜7干燥澆鑄容器8中形成的多孔材料，以形成干燥的多孔支架。5、繼續循環干燥30_120min至多孔支架干燥完全。6、關閉柱塞泵3，關閉高壓釜進出ロ閥門，緩慢對高壓釜泄壓，至壓カ為零，取出澆鑄容器8，取出多孔支架。整個過程用時l_4h，孔隙率達到85%以上，配置溶液用聚合物的種類不同、或混合物成分不同可得到不同力學性能的多孔支架。
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種基于超臨界流體技術的組織工程用三維支架制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一歩，將要制成多孔支架的聚合物，或兩種或兩種以上不同力學性能的聚合物組成的混合物，或聚合物與納微米活性物質組成的混合物溶于溶劑中制成一定濃度的溶液或懸浮液，該溶液或懸浮液與ScCO2充分接觸，由于ScCO2近乎液體的溶解能力和近乎氣體的擴散能力，ー是ScCO2快速溶于溶液或懸浮液中而引起聚合物溶液或懸浮液發生相分離，溶液或懸浮液即被分離成相互成亞穩平衡的聚合物富相和聚合物貧相，同時，溶液或懸浮液中的溶劑也會快速溶解于ScCO2中，聚合物富相不斷發生玻璃化轉變而固化，形成多孔材料，聚合物貧相形成晶核并逐漸長大，充滿多孔材料中的空隙；第二步，循環通入CO2對多孔材料進行清洗和干燥，溶劑不斷進入ScCO2相被帶出系統，即可得到幾乎無溶劑殘留的單ー組分、或多組分，或復合活性組織工程用多孔支架。
2.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于，具體操作步驟為 Al、稱取一定質量的干燥聚合物、或兩種或兩種以上不同力學性能的聚合物組成的混合物，或聚合物與納微米活性物質組成的混合物溶入溶劑中，制成質量百分比濃度5% -50%的溶液或懸浮液，待溶液或懸浮液制備完畢，靜置5-30min，排除其中的氣泡； A2、將靜置排完氣泡的溶液或懸浮液慢慢倒入深度為l-3cm的澆鑄容器中，然后將盛有溶液或懸浮液的澆鑄容器放入升至30-50°C的高壓釜中，密封高壓釜，緩慢通入ScCO2至壓カ為6-30MPa，關閉高壓釜的入口和出口閥門保壓； A3、保持上述壓カ30-120min，澆鑄容器中的溶液或懸浮液聚合物富相不斷發生玻璃化轉變而固化，形成多孔材料，聚合物貧相形成晶核并逐漸長大，充滿多孔材料中的空隙； A4、開啟高壓釜的ScCO2出口閥門，打開入ロ閥門，開啟柱塞泵，使ScCO2以2-40kg/h的循環流速流經高壓釜、一級分離釜、ニ級分離釜、質量流量計、單向閥，直至與CO2鋼瓶出來的ScCO2在混合器混合后再通入高壓釜干燥澆鑄容器中形成的多孔材料，以形成干燥的多孔支架； A5、繼續循環干燥30-120min至多孔支架干燥完全； A6、關閉柱塞泵，關閉高壓釜進出口閥門，緩慢對高壓釜泄壓，至壓カ為零，取出澆鑄容器，取出多孔支架。
全文摘要
本發明公開了一種基于超臨界流體技術的組織工程用三維支架制備方法，包括以下步驟將要制成多孔支架的聚合物溶于溶劑中制成一定濃度的溶液或懸浮液，該溶液或懸浮液與ScCO2充分接觸，ScCO2快速溶于溶液或懸浮液中而引起聚合物溶液或懸浮液發生相分離，溶液或懸浮液即被分離成相互成亞穩平衡的聚合物富相和聚合物貧相，同時，溶液或懸浮液中的溶劑也會快速溶解于ScCO2中，聚合物富相不斷發生玻璃化轉變而固化，形成多孔材料，聚合物貧相形成晶核并逐漸長大，充滿多孔材料中的空隙；循環通入CO2對多孔材料進行清洗和干燥，溶劑不斷進入ScCO2相被帶出系統，即可得到幾乎無溶劑殘留的單一組分、或多組分，或復合活性組織工程用多孔支架。
文檔編號A61F2/02GK102697579SQ20121010024
公開日2012年10月3日 申請日期2012年4月9日 優先權日2012年4月9日
發明者崔海亭, 楊文玲, 蔣靜智 申請人:河北科技大學