專利名稱：殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔支架材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔支架材料的制備方法。
背景技術(shù)：
細(xì)胞外基質(zhì)(Extra Cellular Matrix, ECM)在組織再生中起著重要的作用，它不僅具有連接、支持、保水、抗壓及保護(hù)等物理學(xué)作用，對細(xì)胞的基本生命活動也發(fā)揮全方位的生物學(xué)作用，它影響細(xì)胞的存活、生長與死亡，決定細(xì)胞的形狀，控制細(xì)胞的分化，參與細(xì)胞的遷移等等，因此制備支架的主要目標(biāo)就是在暫時的三維空間中模擬自然ECM的功能， 使支架能夠引導(dǎo)每一個細(xì)胞反應(yīng)，包括細(xì)胞黏附、移動、分裂到表型選擇等。組織工程支架材料的選擇和制備是組織工程技術(shù)是否運用成功的關(guān)鍵。除了考慮材料的化學(xué)性質(zhì)外，材料的物理性質(zhì)如孔隙率、機(jī)械強(qiáng)度、孔之間的連通性以及用于細(xì)胞粘附的表面積等也起著重要的作用。組織工程用支架需要較高的孔隙率，且孔徑和支架的結(jié)構(gòu)在組織的培養(yǎng)中也起著關(guān)鍵的作用。致孔劑是形成孔徑大小、材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的決定因素，致孔劑相互粘結(jié)，是保證三維支架孔隙相互連通的基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)高孔隙率的主要途徑。Murphy等利用NaCl的吸潮性， 預(yù)先將作為致孔劑的NaCl粘結(jié)、干燥成型，再通過溶液澆注-顆粒浙析技術(shù)，制備出孔隙間相互連通、其孔隙間通道的尺寸由粘結(jié)條件控制的多孔三維細(xì)胞支架，但NaCl吸潮的過程中其粒徑、形態(tài)會發(fā)生改變，致使所形成的多孔支架孔隙大小不一，形狀不規(guī)則。Ma等人利用石蠟軟化融結(jié)性質(zhì)，將石蠟微球粘結(jié)成型，澆注聚乳酸的吡啶溶液后，用環(huán)(正)己烷浸取石蠟，獲得孔隙形態(tài)為球形，孔隙間相互連通、且通道尺寸可控的三維支架。但是，石蠟軟化融結(jié)的過程中會破壞石蠟微球的球形結(jié)構(gòu)，致使所形成的支架材料孔隙不規(guī)則，需要使用吡啶為溶劑且難以保證石蠟完全從支架中去除。曹誼林等人將粘結(jié)劑與離心技術(shù)結(jié)合， 探索和研究了控制大體積致孔劑粘結(jié)程度的新方法(稱為離心粘結(jié)技術(shù))，制備出了粘結(jié)程度可控、結(jié)構(gòu)均勻的大體積致孔劑粘結(jié)塊，并得到內(nèi)部結(jié)構(gòu)可控的大體積三維細(xì)胞支架。 但是粘結(jié)劑的大量加入和殘留可能會對支架的性能產(chǎn)生一定的影響。You N. X.以自制射流裝置制備聚己內(nèi)酯微球，弧形凹槽將微球密堆積，但其需在真空下操作，增加了實驗的難度。Tetsuo A.利用擠壓法對無定形NaCl和蔗糖進(jìn)行密堆積排列，方法簡單，容易操作，密堆積效果好，但是由于采用NaCl和蔗糖為致孔劑，為了實現(xiàn)致孔劑最大程度的密堆積，需要施加很大的擠壓力，這就會導(dǎo)致部分粒徑均一的致孔劑碎裂，浙濾后所形成的支架材料孔隙不規(guī)則，孔徑不均一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述制備方法的缺點，提供一種操作簡單， 孔徑均一、孔隙規(guī)則、孔隙率高的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料的制備方法。解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1、溶解殼聚糖和羥基磷灰石
以20g/L的乙酸水溶液為溶劑溶解殼聚糖、羥基磷灰石，殼聚糖與羥基磷灰石的質(zhì)量比為1 0.05 0.3，攪拌4 8小時，離心去氣泡，得到殼聚糖與羥基磷灰石的混合液。2、制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料以SiO2微球為致孔劑，將SiO2微球加入帶針頭的注射器中，用杵擠壓、夯實SiO2微球，SiO2微球的加入量為注射器容積的0. 125 0. 25，加入步驟1得到的殼聚糖與羥基磷灰石的混合液，混合液的加入量為S^2微球體積的0. 5 1，推動注射器的活塞柄，使混合液流過緊密排列的SiO2微球，將注射器置于真空干燥箱中干燥，從注射器中取出粘結(jié)塊，用刀切去粘結(jié)塊上、下表面層，將切去上、下表面層的粘結(jié)塊置于0. 05g/mL的NaOH水溶液中煮沸2 4小時，用水沖洗至中性，在冰箱中-5 -50°C預(yù)凍12 M小時，冷凍干燥，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料。本發(fā)明的制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料步驟2中，SiO2微球的粒徑為100 150 μ m。上述的SiA 微球(Spherical 140SL-II-PREP)由日本半井公司(NACALAI TESQUE, INC, KYOTO, TAPAN)生產(chǎn)，再經(jīng)80目和100目標(biāo)準(zhǔn)篩篩分。本發(fā)明的溶解殼聚糖和羥基磷灰石步驟1中，優(yōu)選殼聚糖與羥基磷灰石的質(zhì)量比為1 0.1 0.2，最佳選擇殼聚糖與羥基磷灰石按質(zhì)量比為1 0.2。本發(fā)明的制備殼聚糖/羥基磷灰石三維復(fù)合多孔支架材料步驟2中，SiO2微球的加入量最佳為注射器容積的0. 25，殼聚糖與羥基磷灰石的混合液的加入量與SiO2微球的體積相同。本發(fā)明的制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料步驟2中，最佳將切去上、下表面層的粘結(jié)塊置于0. 05g/mL的NaOH水溶液中煮沸3小時。本發(fā)明的制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料步驟2中，最佳選擇在冰箱中-20°C預(yù)凍M小時。本發(fā)明以溶劑澆注-粒子浙濾技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合擠壓法，采用粒徑均一、表面多孔的高純度S^2微球為致孔劑，可通過改變S^2微球的尺寸來調(diào)節(jié)多孔支架材料的孔隙大小，制備出不同孔徑的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架。與傳統(tǒng)的使用粘結(jié)劑將致孔劑密堆積排列的方法相比，本發(fā)明方法簡單，操作方便，致孔劑密堆積效果好，制備出的多孔支架無粘結(jié)劑殘留，通透性好，孔徑均一，孔隙率最高可達(dá)到90. 94%、壓縮強(qiáng)度為 818kPa，遠(yuǎn)高于純殼聚糖多孔支架。試驗結(jié)果表明，該支架具有良好的體外和體內(nèi)生物相容性。


圖1是實施例1制備的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔支架的掃描電鏡圖。圖2是實施例2制備的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔支架的掃描電鏡圖。圖3是空白組術(shù)后7天肌肉組織HE染色圖。
圖4是空白組術(shù)后14天肌肉組織HE染色圖。圖5是空白組術(shù)后28天肌肉組織HE染色圖。圖6是試驗組術(shù)后7天植入部位臨近肌肉組織HE染色圖。
圖7是試驗組術(shù)后14天植入部位臨近肌肉組織HE染色圖。圖8是試驗組術(shù)后21天植入部位臨近肌肉組織HE染色圖。圖9是空白組術(shù)后7天撕裂肌肉組織的HE染色圖。圖10是空白組術(shù)后14天撕裂肌肉組織的HE染色圖。圖11是空白組術(shù)后21天撕裂肌肉組織的HE染色圖。圖12是試驗組術(shù)后7天植入部位撕裂肌肉組織的HE染色圖。圖13是試驗組術(shù)后14天植入部位撕裂肌肉組織的HE染色圖。圖14是試驗組術(shù)后21天植入部位撕裂肌肉組織的HE染色圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。實施例11、溶解殼聚糖和羥基磷灰石將Ig殼聚糖(脫乙酰度為80% 95% )、0· Ig羥基磷灰石溶解于IOOmL 20g/L 的乙酸水溶液中，攪拌6小時，離心去氣泡，得到殼聚糖與羥基磷灰石的混合液。2、制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料以SW2微球為致孔劑，將粒徑為100 150 μ m的SW2微球加入20mL帶針頭的注射器中，用杵擠壓、夯實SiO2微球，直至其在注射器中的位置不發(fā)生改變?yōu)橹梗琒iO2微球的加入量為注射器容積的0. 25，再向注射器中加入殼聚糖與羥基磷灰石的混合液，混合液的加入量與SiA微球的體積相同，推動注射器的活塞柄，使混合液流過緊密排列的SiA微球，將注射器置于真空干燥箱中60°C干燥M小時，從注射器中取出粘結(jié)塊，用刀切去粘結(jié)塊上、下表面層，將切去上、下表面層的粘結(jié)塊置于0. 05g/mL的NaOH水溶液中煮沸3小時， 用水沖洗至中性，在冰箱中-20°C預(yù)凍12 M小時，用液氮預(yù)凍30分鐘，-50°C冷凍干燥 24小時，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料。所制備的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料采用QUanta200環(huán)境掃描電子顯微鏡進(jìn)行形貌表征，結(jié)果見圖1，并按照下述方法測試支架材料的孔隙率和壓縮強(qiáng)度將比重瓶裝滿乙醇稱重巧；將重Ws的樣品浸入乙醇中，真空脫氣，乙醇充盈于多孔支架中，再加滿乙醇稱重W2 ；取出浸滿乙醇的樣品，剩余的乙醇與比重瓶稱重w3。按下式計算支架孔隙率ε ε = Vp/ (Vp+Vs) = (W2-W3-Ws) / (W1-W3)將支架材料制成直徑為12mm、高IOmm的圓柱體試樣，在溫度為25°C，采用動態(tài)粘彈譜儀按照GB/T1041-1992，以IN/分鐘的變化速率在1 13N斜坡力的作用下，測其應(yīng)變?yōu)?5%的應(yīng)力值。在測試過程中，試樣在變形小于25%之前斷裂，斷裂強(qiáng)度即為壓縮強(qiáng)度； 試樣在變形25%還沒有斷裂，變形25%時的強(qiáng)度即為壓縮強(qiáng)度。每組取5個樣品，取測試結(jié)果的平均值。實驗結(jié)果表明，該復(fù)合多孔支架的孔是開放的，孔與孔之間連通性較好，孔隙呈規(guī)則的圓孔，平均孔徑為125 μ m，孔隙率為90. 94%，壓縮強(qiáng)度為794kPa。實施例2在實施例1的配制殼聚糖/羥基磷灰石混合液步驟1中，將Ig殼聚糖(脫乙酰度為80% 95% )、0. 2g羥基磷灰石溶解于IOOmL 20g/L的乙酸水溶液中，攪拌6小時，離心去氣泡。其他步驟與實施例1相同，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔支架材料。按照試驗1的方法進(jìn)行形貌表征和孔隙率、壓縮強(qiáng)度測試，實驗結(jié)果表明該復(fù)合多孔支架的孔是開放的，孔與孔之間連通性較好，平均孔徑為117 μ m(見圖2)，孔隙率為 91. 97%，壓縮強(qiáng)度為818kPa。實施例3本實施例的溶解殼聚糖和羥基磷灰石步驟1中，將Ig殼聚糖(脫乙酰度為80 % 95% )、0. 05g羥基磷灰石溶解于IOOmL 20g/L的乙酸水溶液中，攪拌4小時，離心去氣泡。 其他步驟與實施例1相同，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔支架材料。實施例4本實施例的溶解殼聚糖和羥基磷灰石步驟1中，將Ig殼聚糖(脫乙酰度為80 % 95% )、0. 3g羥基磷灰石溶解于IOOmL 20g/L的乙酸水溶液中，攪拌8小時，離心去氣泡。其他步驟與實施例1相同，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔支架材料。實施例5在實施例1 4的制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料步驟2中，將粒徑為100 150 μ m的SiA微球加入20mL帶針頭的注射器中，用杵擠壓、夯實SW2微球， 直至其在注射器中的位置不發(fā)生改變?yōu)橹?，SiO2微球的加入量為注射器容積的0. 125，該步驟的其他步驟與實施例1相同。其他步驟與相應(yīng)實施例相同，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料。實施例6在實施例1 4的制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料步驟2中，將粒徑為100 150 μ m的SiA微球加入20mL帶針頭的注射器中，用杵擠壓、夯實SW2微球， 直至其在注射器中的位置不發(fā)生改變?yōu)橹梗琒iO2微球的加入量為注射器容積的0. 2，該步驟的其他步驟與實施例1相同。其他步驟與相應(yīng)實施例相同，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料。實施例7在實施例1 6的制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料步驟2中，向注射器中加入殼聚糖與羥基磷灰石的混合液，混合液的加入量為SiO2微球體積的0. 5，該步驟的其他步驟與相應(yīng)實施例相同。其他步驟與相應(yīng)實施例相同，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料。實施例8在實施例1 6的制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料步驟2中，向注射器中加入殼聚糖與羥基磷灰石的混合液，混合液的加入量為S^2微球體積的0. 75，該步驟的其他步驟與相應(yīng)實施例相同。其他步驟與相應(yīng)實施例相同，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料。實施例9在實施例1 8的制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料步驟2中，將切去上、下表面層的粘結(jié)塊置于0. 05g/mL的NaOH水溶液中煮沸2小時，用水沖洗至中性， 在冰箱中_5°C預(yù)凍M小時，用液氮預(yù)凍30分鐘，_50°C冷凍干燥M小時，該步驟的其他步驟與相應(yīng)實施例相同。其他步驟與相應(yīng)實施例相同，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料。實施例10在實施例1 8的制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料步驟2中，將切去上、下表面層的粘結(jié)塊置于0. 05g/mL的NaOH水溶液中煮沸4小時，用水沖洗至中性， 在冰箱中_50°C預(yù)凍12小時，用液氮預(yù)凍30分鐘，-50°C冷凍干燥M小時，該步驟的其他步驟與相應(yīng)實施例相同。其他步驟與相應(yīng)實施例相同，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料。為了證明本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人對本發(fā)明實施例1和實施例2制備的殼聚糖 /羥基磷灰石三維多孔支架材料進(jìn)行了各種實驗室研究試驗，各種試驗情況如下實驗材料第3代骨肉瘤細(xì)胞購于中國典型培養(yǎng)物保藏中心(武漢)；健康雄性 SD大鼠，體重200 220g，購于西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院實驗動物中心(西安)；Dulbecco’ s Modified Eagle Medium(DMEM)細(xì)胞培養(yǎng)液、四甲基偶氮唑鹽(MTT)、二甲亞砜，購于美國 Sigma-Aldrich公司；白細(xì)胞介素1 β試劑盒、白細(xì)胞介素6試劑盒、白細(xì)胞介素10試劑盒、 腫瘤壞死因子TNF-α試劑盒，由美國R&D公司生產(chǎn)。實驗儀器=Zenyth 3100酶標(biāo)儀，由奧地利Anthos公司生產(chǎn)；Q800DMA動態(tài)粘彈譜儀、由美國TA公司生產(chǎn)；RM2U6組織切片機(jī)由德國LEICA公司生產(chǎn)。1、多孔支架的體外活性實驗將直徑為14mm、厚度為2mm的截面片狀支架用6tlCo輻照消毒后，用含10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)液浸濕，然后置于M孔板內(nèi)，每孔1片支架；將第3代骨肉瘤細(xì)胞加入含 10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)液中，得到細(xì)胞濃度為3X IO8個/L的細(xì)胞懸液，每片支架上均勻滴加100 μ L細(xì)胞懸液，靜置4小時后再沿孔壁緩慢加入含10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)液， 每孔加1. 5mL ；將M孔板置于37°C、5% C02、95%相對濕度的(X)2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。實驗分為受試材料組、陰性對照組(空白組)、陽性對照組(含0. 64%苯酚的DMEM 培養(yǎng)液)。將受試材料組(實施例1制備的殼聚糖/羥基磷灰石多孔支架材料)分別在(X)2 培養(yǎng)箱中培養(yǎng)M、48、72小時(分別做三組平行實驗)，吸棄培養(yǎng)基，用PBS緩沖溶液清洗受試材料3次，置于新的培養(yǎng)板中，每孔1片支架，每孔加入ImL DMEM細(xì)胞培養(yǎng)液和40 μ L 5mg/mL的MTT水溶液，37°C孵育4小時，吸棄上清液，每孔加入420 μ L 二甲基亞砜，振蕩10 分鐘，每孔吸取150 μ L至96孔板，用酶聯(lián)免疫檢測儀檢測其在490nm波長處的吸光度值 OD (測得的吸光度值OD與細(xì)胞增殖數(shù)成正比)，每個時間點每組平行測定5孔計算均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差。按下式計算相對增殖率RGR并評價材料的細(xì)胞毒性RGR = 0Dtest/0Dcontast X 100%式中RGR為細(xì)胞毒性實驗相對增殖率(％ ) ；ODtest為試驗組吸光值；0D。。ntast為陰性對照組吸光值。表1是不同的RGR所對應(yīng)的細(xì)胞毒性等級。表1相對增值率與細(xì)胞毒性分級的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料的制備方法，其特征在于由下述步驟組成(1)溶解殼聚糖和羥基磷灰石以20g/L的乙酸水溶液為溶劑溶解殼聚糖、羥基磷灰石，殼聚糖與羥基磷灰石的質(zhì)量比為1 0.05 0.3，攪拌4 8小時，離心去氣泡，得到殼聚糖與羥基磷灰石的混合液；(2)制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料以SiO2微球為致孔劑，將S^2微球加入帶針頭的注射器中，用杵擠壓、夯實S^2微球， SiO2微球的加入量為注射器容積的0. 125 0. 25，加入步驟(1)得到的殼聚糖與羥基磷灰石的混合液，混合液的加入量為SiO2微球體積的0. 5 1，推動注射器的活塞柄，使混合液流過緊密排列的SiO2微球，將注射器置于真空干燥箱中干燥，從注射器中取出粘結(jié)塊，用刀切去粘結(jié)塊上、下表面層，將切去上、下表面層的粘結(jié)塊置于0. 05g/mL的NaOH水溶液中煮沸2 4小時，用水沖洗至中性，在冰箱中-5 -50°C預(yù)凍12 M小時，冷凍干燥，制備成殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料的制備方法，其特征在于所述的SW2微球的粒徑為100 150 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料的制備方法， 其特征在于在溶解殼聚糖和羥基磷灰石步驟(1)中，殼聚糖與羥基磷灰石的質(zhì)量比為 1 0. 1 0. 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料的制備方法， 其特征在于在溶解殼聚糖和羥基磷灰石步驟(1)中，殼聚糖與羥基磷灰石按質(zhì)量比為 1 0. 2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料的制備方法，其特征在于在制備殼聚糖/羥基磷灰石三維復(fù)合多孔支架材料步驟( 中，SiO2微球的加入量為注射器容積的0. 25，殼聚糖與羥基磷灰石的混合液的加入量與SiA微球的體積相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料的制備方法，其特征在于在制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料步驟O)中，將切去上、下表面層的粘結(jié)塊置于0. 05g/mL的NaOH水溶液中煮沸3小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料的制備方法，其特征在于在制備殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料步驟( 中，所述的預(yù)凍是在冰箱中-20°C預(yù)凍M小時。
全文摘要
一種殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架材料的制備方法，以溶劑澆注-粒子瀝濾技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合擠壓法，采用粒徑均一、表面多孔的高純度SiO2微球為致孔劑，可通過改變SiO2微球的尺寸來調(diào)節(jié)多孔支架材料的孔隙大小，制備出不同孔徑的殼聚糖/羥基磷灰石三維多孔復(fù)合支架。與傳統(tǒng)的使用粘結(jié)劑將致孔劑密堆積排列的方法相比，本發(fā)明方法簡單，操作方便，致孔劑密堆積效果好，制備出的多孔支架無粘結(jié)劑殘留，通透性好，孔徑均一，孔隙率和壓縮強(qiáng)度高于純殼聚糖多孔支架。試驗結(jié)果表明，該支架具有良好的體外和體內(nèi)生物相容性。
文檔編號A61L27/20GK102266590SQ20111019955
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者張志琪, 牟朝麗, 王金磊, 祁小妮 申請人:陜西師范大學(xué)