納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架的製備方法
2023-04-23 13:50:06 3
專利名稱：納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架的製備方法
技術領域：
本發明屬於生物醫學材料製備技術領域，涉及聚乙交酯-丙交酯微球支架的製備方法，具體涉及一種納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架的製備方法。
背景技術：
組織工程支架是組織工程的重要組成部分之一，它的作用主要是作為細胞及生物因子的載體以及為新組織提供支撐。骨組織工程支架材料不僅影響種子細胞的生物學特性和培養效率，而且決定移植後能否與受體很好地適應並結合在一起，從而發揮其修復骨缺損的作用。通常骨組織工程支架需具備以下性能(1)優良的降解性能與組織再生速度匹配的降解性能，且在缺損部位完全修復後能夠完全降解；(2)三維立體的多孔結構具有三維聯通的孔結構，提供足夠的空間滿足細胞的生長增殖，細胞外基質的沉澱以及必要的營養物質和氧氣的傳輸，血管的長入；(3)適當的機械性能及良好的可加工性能支架與修復組織的機械性能相匹配；(4)支架具備骨傳導性能，有利於引導骨組織的長入。骨組織工程支架製備技術國內外近年已有不少專利和文獻報導。如中國專利200610035107. 5公開的一種複合三維多孔骨組織工程支架材料及其製備方法和應用；中國專利201010140115.2公開的一種雙層仿生軟骨組織工程用支架製備方 法；Francis H . Shen 等[Francis H. Shen, Qing Zeng, Qing Lv. Osteogenic differentiation of adipose-derived stromal cells treated with GDF—5 cultured on a novel three-dimensional sintered microsphere matrix. The Spine Journal. 2006. 6. 615-623]報導的用生長分化因子_5處理的脂肪間充質幹細胞在新型三維微球支架上的成骨分化；以及 Jiang T 等[Tao JiangiWafaI. Abdel-Fattahj CatoT. Laurencina. In vitro evaluation of chitosan/poly (lactic acid-glycolic acid) sintered microsphere scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials. 2006. 27. 4894-4903]報導的骨組織工程用殼聚糖/PLGA微球支架。但目前這些研究針對的動物模型的骨缺損範圍基本都較小，而臨床骨缺損的範圍較大，勢必要求增大支架材料的尺寸，因此對支架材料的強度、孔隙率等將有更高的要求。聚乙交酯-丙交酯是商業上應用最廣範的生物高分子之一，也是最早經過美國食品藥品局(簡稱FDA)認證可用於人體的生物材料之一。磷酸鈣鹽是天然骨的主要無機成分，它們具有較高的壓縮強度、耐磨性和化學穩定性，並可在生物體內發生降解，被新生骨組織吸收和替代，是骨組織支架常使用的材料。但存在多孔體強度較差、加工困難、形成的支架孔隙率低、脆性大等缺點。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架的製備方法。本發明將具有良好生物降解性高分子生物材料聚乙交酯-丙交酯，與具有良好的生物相容性並可以增強和增韌有機相的無機磷酸鈣鹽複合，製備了一種納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架作為骨組織工程支架材料，在保證骨組織工程支架材料的強度和韌性的同時提高支架的生物相容性。本發明的製備方法工藝簡單，易於產業化。本發明目的通過以下技術方案實現
納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架的製備方法，包括以下步驟
(1)將聚乙交酯-丙交酯溶解於二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；
(2)將納米磷酸鈣加入到步驟(1)得到的聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，高速攪拌至均勻，得到納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯的均質混合液；
(3)將甲基纖維素加入去離子水中，加熱到5(T80°C，超聲至完全溶解，得到甲基纖維素溶液；
(4)將步驟(2)得到的納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯均質混合液緩慢地加入步驟(3) 得到的甲基纖維素溶液中，攪拌至完全固化，高速離心，去離子水洗滌3、次，冷凍乾燥，得到聚乙交酯-丙交酯微球；
(5)用脫模劑均勻地塗拭銅質模具的表面，將步驟(4)得到的聚乙交酯-丙交酯微球填充到銅質模具中，加熱到60 100°C後保溫2 幾，冷卻至室溫，從模具中取出，製得納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架。本發明步驟(1)中，所述聚乙交酯-丙交酯和二氯甲烷的質量體積比為0. Γ0. 3g/
mLo本發明步驟(2 )中，所述納米磷酸鈣和聚乙交酯-丙交酯的質量比為(0.廣0. 75 ) 1。本發明步驟(3)中，所述甲基纖維素和去離子水的質量體積比為2. 5^5g/L ；所述超聲的功率為10(T200W，時間為IH本發明步驟(4)中，所述納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯均質混合液和甲基纖維素溶液的體積比為(3 10):100。本發明步驟(5)中，所述脫模劑為聚乙二醇-200。本發明步驟(2)中，所述高速攪拌的轉速彡2000r/min，時間為20 40min。本發明步驟(4)中，所述攪拌的轉速為300 600r/min，時間為10 20h ；所述高速離心的轉速為150(T2500r/min，時間為5 IOmin ；所述冷凍乾燥的溫度為-45 _35°C，時間為45飛Oh。本發明與現有技術相比，具有以下優點及有益效果
(1)製備的微球支架強度高、孔隙率高，抗壓強度好；
(2)製備的微球支架具有三維連通的孔結構，有利於細胞黏附增殖；
(3)製備的微球支架作為骨組織工程支架，具有良好的生物相容性和降解性；
(4)製備工藝簡單，對設備要求較低，實驗原料價格低廉，利於產業化。
圖1為本發明實施例1製備的納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球的掃描電鏡(簡稱SEM)圖。圖2為本發明實施例2製備的納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球表面的能譜(簡稱=EDS)圖譜。圖3為本發明實施例2製備的納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球的SEM圖。圖4為本發明實施例2製備的納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架的 SEM 圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步解釋說明，但是本發明要求保護的範圍並不限於此。實施例1
將Ig聚乙交酯-丙交酯溶解於IOmL 二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；將0. Ig納米磷酸鈣緩慢加入到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，以2000r/min 高速攪拌40min至均勻，得到納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯的均質混合液；將0. 625g甲基纖維素溶於250mL去離子水中，加熱到50°C使之溶脹，IOOff超聲分散Ih至完全溶解，得到甲基纖維素溶液；將IOmL納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯均質混合液緩慢地加入250mL 甲基纖維素溶液中，以200r/min的速度攪拌20h至完全固化，1500r/min速度離心lOmin， 用去離子水洗滌3次，-45°C冷凍乾燥45h，得到聚乙交酯-丙交酯微球；用聚乙二醇-200 (簡稱PEG)均勻地塗抹銅質模具的表面，將聚乙交酯-丙交酯微球填充到模具中，加熱到 60°C後保溫7h，冷卻至室溫，從模具中取出，製得納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架。由圖1可以看出，實施例1製備的納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球的表面粗糙，且呈點片狀顆粒分布。有利於在微球表面黏附。由圖2可以看出，實施例1製備的納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球的表面元素主要有P、Ca、O、C等，表明圖1中看到的點片狀顆粒主要的成分是磷酸鈣。由圖3可以看出，實施例1製備的納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球的球形度好，且表面比較粗糙，有利於細胞的黏附。實施例2
將3g聚乙交酯-丙交酯溶解於IOmL 二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；將2. 25g納米磷酸鈣緩慢加入到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，以3000r/min 高速攪拌30min至均勻，得到納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯的均質混合液；將0. 5g甲基纖維素溶於IOOmL去離子水中，加熱到80°C使之溶脹，200W超聲分散池至完全溶解，得到甲基纖維素溶液；將IOmL納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯均質混合液緩慢地加入IOOmL甲基纖維素溶液中，以600r/min的速度攪拌IOh至完全固化，2500r/min速度離心5min，用去離子水洗滌4次，_35°C冷凍乾燥50h，得到聚乙交酯-丙交酯微球；用PEG均勻地塗抹銅質模具的表面，將聚乙交酯-丙交酯微球填充到模具中，加熱到100°C後保溫池，冷卻至室溫， 從模具中取出，製得納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架。由圖4可以看出，實施例2製備的納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架中，微球之間是粘結在一起的，但是其間又有聯通的孔隙且孔結構均，也可以看出微球表面不是完全光滑的。從而使支架具有良好的力學性能，其粗糙的表面和聯通的孔隙有利於細胞的黏附和向內部增殖。
採用美國hstron 5567型萬能實驗機測定微球支架的機械性能，經測定，其抗壓強度和抗壓模量分別為7.46MPa和M3. 04 士沘.3 IMPa。實施例3
將2. 5g聚乙交酯-丙交酯溶解於12mL 二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；將1. 5g納米磷酸鈣緩慢加入到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，以4000r/min 高速攪拌20min至均勻，得到納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯的均質混合液；將2g甲基纖維素溶於500mL去離子水中，加熱到60°C使之溶脹，150W超聲分散1. 5h至完全溶解，得到甲基纖維素溶液；將12mL納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯均質混合液緩慢地加入200mL甲基纖維素溶液中，以400r/min的速度攪拌1 至完全固化，2000r/min速度離心7min，用去離子水洗滌3次，_40°C冷凍乾燥48h，得到聚乙交酯-丙交酯微球；用PEG均勻地塗抹銅質模具的表面，將聚乙交酯-丙交酯微球填充到模具中，加熱到80°C後保溫4h，冷卻至室溫， 從模具中取出，製得納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架。實施例4
將Ig聚乙交酯-丙交酯溶解於5mL 二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；將0. 4g納米磷酸鈣緩慢加入到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，以3500r/min高速攪拌25min至均勻，得到納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯的均質混合液；將0. 3g甲基纖維素溶於IOOmL去離子水中，加熱到70°C使之溶脹，150W超聲分散池至完全溶解，得到甲基纖維素溶液；將5mL納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯均質混合液緩慢地加入IOOmL甲基纖維素溶液中，以300r/min的速度攪拌1 至完全固化，2000r/min速度離心8min，用去離子水洗滌4次，_40°C冷凍乾燥45h，得到聚乙交酯-丙交酯微球；用PEG均勻地塗抹銅質模具的表面，將聚乙交酯-丙交酯微球填充到模具中，加熱到70°C後保溫證，冷卻至室溫，從模具中取出，製得納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架。
權利要求
1.納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)將聚乙交酯-丙交酯溶解於二氯甲烷中，得到聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液；(2)將納米磷酸鈣加入到步驟(1)得到的聚乙交酯-丙交酯的二氯甲烷溶液中，高速攪拌至均勻，得到納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯的均質混合液；(3)將甲基纖維素加入去離子水中，加熱到5(T80°C，超聲至完全溶解，得到甲基纖維素溶液；(4)將步驟(2)得到的納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯均質混合液緩慢地加入步驟(3) 得到的甲基纖維素溶液中，攪拌至完全固化，高速離心，去離子水洗滌，冷凍乾燥，得到聚乙交酯-丙交酯微球；(5)用脫模劑均勻地塗拭銅質模具的表面，將步驟(4)得到的聚乙交酯-丙交酯微球填充到銅質模具中，加熱到60 100°C後保溫2 幾，冷卻至室溫，從模具中取出，製得納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，步驟(1)中，所述聚乙交酯-丙交酯和二氯甲烷的質量體積比為0. Γ0. 3g/mL。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述納米磷酸鈣和聚乙交酯-丙交酯的質量比為(0. Γ0. 75) :1。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，步驟(3)中，所述甲基纖維素和去離子水的質量體積比為2. 5 5g/L ；所述超聲的功率為10(T200W，時間為廣池。
5.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於，步驟(4)中，所述納米磷酸鈣與聚乙交酯-丙交酯均質混合液和甲基纖維素溶液的體積比為(Γιο) :100。
6.根據權利要求廣5之一所述的製備方法，其特徵在於，步驟(5)中，所述脫模劑為聚乙二醇-200。
7.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述高速攪拌的轉速彡 2000r/min,時間為 20 40min。
8.根據權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，步驟(4)中，所述攪拌的轉速為 200 600r/min，時間為10 20h ；所述高速離心的轉速為150(T2500r/min，時間為 5 IOmin ；所述冷凍乾燥的溫度為-45 _35°C，時間45飛Oh。
全文摘要
本發明公開了一種納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架的製備方法，包括以下步驟將聚乙交酯-丙交酯溶於二氯甲烷中，向其中加入納米磷酸鈣，高速攪拌，得到均質混合液，再加入甲基纖維素溶液，攪拌至完全固化，高速離心，洗滌，冷凍乾燥，得到聚乙交酯-丙交酯微球；將聚乙交酯-丙交酯微球填充到預先用脫模劑處理的模具中，加熱並保溫，冷卻後製得納米磷酸鈣增強型聚乙交酯-丙交酯微球支架。本發明的工藝簡單可行，製備的微球支架具有一定孔徑和空隙率，具有三維連通的多孔結構，且孔結構均勻，抗壓強度好，具有良好的生物相容性及降解性，可用於骨組織的缺損修復和重建。
文檔編號A61L27/18GK102319451SQ201110243418
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月24日 優先權日2011年8月24日
發明者魏坤, 魏欣苗 申請人:華南理工大學