CN100450555C - 壳聚糖－明胶－聚乳酸共混物三维多孔支架的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种壳聚糖或/和明胶-聚乳酸共混物三维多孔支架的制备方法，属于组织工程支架制备技术。该方法过程包括：将聚乳酸溶于二氯甲烷、三氯甲烷或四氢呋喃中，加入壳聚糖或明胶或二者的共混物、多聚磷酸钠以及氯化钠或氯化钾搅拌均匀，浇铸到模具中成型，真空干燥后再置于醋酸溶液或醋酸与多聚磷酸钠的混合液中数天。取出后置于去离子水中洗去致孔剂，干燥后得到支架。本发明的特征在于聚乳酸-壳聚糖-明胶共混三维多孔支架的成型过程伴随着壳聚糖或明胶交联反应的发生，形成半互穿网络体系，三者混合均匀，相畴尺度小，体系结构稳定，具有优异的力学性能。支架制备工艺简单，孔径及孔隙率可调，能够很好地满足组织工程支架材料的要求。

Description

壳聚糖-明胶-聚乳酸共混物三维多孔支架的制备方法

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖-明胶-聚乳酸共混物三维多孔支架的制备方法，属于组织工程支架制备技术。

背景技术

聚乳酸是一种广泛应用于组织工程支架材料的合成高分子材料，具有良好的生物相容性、可降解性、容易成型等优点，但是也有亲水性差，细胞黏附和增殖能力差的缺点。壳聚糖和明胶都是很有价值的天然高聚物，有着良好的生物相容性和安全性，广泛地应用于生物医学领域。但当其用于承重组织修复时，其力学性能常满足不了要求。因此，将两种材料复合而制备新型支架材料，可以充分利用聚乳酸优异的力学性能及壳聚糖或/和明胶的生物相容性，成为组织工程学与材料科学共同的研究热点。

目前壳聚糖与聚乳酸通过物理共混而制备三维多孔支架的方法主要有熔融共混法和溶液共混法。熔融共混法是先将壳聚糖、聚乳酸以及致孔剂粉末混合均匀，而后在高温下熔融热压成型，冷却后洗脱致孔剂而得到共混支架。这种制备方法工序简单，条件易于控制，但缺点是成型温度较高，不可避免地伴随着聚乳酸的热降解反应发生。而壳聚糖由于分子间强烈的氢键作用，在一般的热压成型温度范围内，其物理聚集状态不会发生变化。所以通过熔融共混制得的壳聚糖-聚乳酸复合支架材料，壳聚糖在体系中的分散状况取决于其自身的起始状态。由于壳聚糖与聚乳酸二者的界面相容性较差，复合体系容易出现宏观相分离，而使支架的力学性能下降。溶液共混法是将壳聚糖和聚乳酸分别溶于稀酸溶液和有机溶剂中，充分混合两种溶液，干燥成型后洗脱致孔剂得到共混支架。这种制备方法的主要缺点是共混液不易保持稳定，干燥后结构不均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种壳聚糖-明胶-聚乳酸共混物三维多孔支架的制备方法，以此方法所制备三维组织多孔支架具有孔径大小可控，力学性能良好的特点。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种壳聚糖-明胶-聚乳酸共混物三维多孔支架的制备方法，其特征在于包括以下过程：

(1)将选自聚L-乳酸、聚DL-乳酸和聚D-乳酸之一的聚乳酸溶于二氯甲烷、三氯甲烷或四氢呋喃中，配制成质量浓度为5％～8％的溶液。

(2)在步骤(1)制得的澄清溶液中，按聚乳酸质量与壳聚糖和明胶二者总质量比为10∶1～10∶5的比例加入壳聚糖和明胶，其中壳聚糖与明胶质量比为1∶2，搅拌至混合均匀。

(3)在步骤(2)制得的壳聚糖-明胶-聚乳酸混合体系中，按壳聚糖和明胶及聚乳酸三者总质量与交联剂质量比为1∶2或1∶4，加入粒径为20～500微米的多聚磷酸钠，并按壳聚糖和明胶及聚乳酸三者总质量与致孔剂质量比为1∶2或1∶4或1∶8，加入粒径为50～1000微米的氯化钠或氯化钾。

(4)将步骤(3)制得的混合体系搅拌均匀，然后浇铸到模具中成型1～3天；将成型后的固态物从模具中取出，放入真空干燥箱，在室温、0.06～0.1MPa的真空度下干燥24～48小时。

(5)取出固态物，将其置于质量浓度为1％～5％的醋酸溶液中，或将其置于质量浓度为1％～5％的醋酸与质量浓度为3％～5％的多聚磷酸钠溶液的混合液中，在37℃的条件下，恒温轻柔振荡48～96小时；再将其置于去离子水中，每隔24小时更换一次去离子水，直到在洗涤后的去离子水中检测不到致孔剂的存在为止，得到湿态支架。

(6)将湿态支架取出放入真空干燥箱中，15～60℃干燥24～48小时，得到三维多孔支架。

本发明的特征在于壳聚糖和明胶与聚乳酸共混三维多孔支架的成型过程中，伴随着壳聚糖及明胶的交联反应发生，因而最终形成的是壳聚糖或/和明胶-聚乳酸的半互穿网络体系，优点是三者之间混合均匀，相畴尺度小。由于互穿网络体系的形成，共混体系结构稳定，具有优异的力学性能。支架制备过程工艺简单，孔径及孔隙率可调，支架的亲疏水性及降解速率可在较宽范围内得到控制，能够很好地满足实用组织工程支架材料的要求。

本发明所采用的材料具有良好的生物相容性和可降解性，而且材料来源广泛，成本低廉。通过先将壳聚糖和致孔剂粉末混合在聚乳酸溶液中，后将壳聚糖溶解并化学交联的方法，制备的壳聚糖和明胶与聚乳酸的复合体系，可以极大地稳定壳聚糖和明胶与聚乳酸的共混结构。可以通过调节共混液浓度、共混物比例以及交联度等因素控制多孔支架的微结构，制备出具有适宜孔径和孔隙率的三维多孔支架，且孔的连通性较强，孔径大小可控。本发明制备的多孔支架可以广泛地用于皮肤、软骨、骨等多种组织或器官的重建或修复。与熔融共混法制备的支架相比，因为本方法制备的支架较好的解决了壳聚糖与聚乳酸的相容性差的问题，改善了支架的力学性能，避免了聚乳酸的热降解缺失。而相对于溶液共混法，则是较好地改善了共混液不易稳定，支架结构不均匀的缺点，从而改善支架的力学性能。

附图说明

图1为按照实施例5的制备方法制备的支架的SEM照片。

具体实施方式

实施例1：

将1.8182g聚DL-乳酸加入16ml三氯甲烷中，搅拌使其溶解。待溶解完全后加入0.0606g壳聚糖和0.1212g明胶，混合均匀。加入4g多聚磷酸钠和4g氯化钠，搅拌均匀，其中多聚磷酸钠和氯化钠的粒径范围在50～200微米之间。至三氯甲烷挥发至体系呈粘稠状时，将混合体系浇铸到预设好的经疏水化处理的玻璃模具中成型。将成型后的固体从模具中取出，放入真空干燥箱，在室温、0.1MPa下进一步干燥48小时。取出固体，将其置于质量浓度为2％醋酸溶液中，在37℃的条件下，恒温轻柔振荡96小时。取出固体并将其置于去离子水中，反复清洗20次后，洗涤后的去离子水中检测不到氯化钠的存在，得到湿态支架。将湿态支架取出放入真空干燥箱中40℃干燥48小时，得到三维多孔支架。得到的支架用比重瓶测得孔隙率为70.27％，拉力机测得拉伸强度为0.7750MPa，孔径范围为20～500微米。

实施例2：

将0.6667g聚L-乳酸加入9ml二氯甲烷中，搅拌使其溶解。待溶解完全后加入0.1111g壳聚糖和0.2222g明胶，混合均匀。加入4g多聚磷酸钠和4g氯化钾，搅拌均匀，其中多聚磷酸钠和氯化钾的粒径范围在50～200微米之间。至二氯甲烷挥发至体系呈粘稠状时，将混合体系浇铸到预设好的经疏水化处理的玻璃模具中成型。将成型后的固体从模具中取出，放入真空干燥箱，在室温、0.1MPa下进一步干燥24小时。取出固体，将其置于质量浓度为1％醋酸和质量浓度为5％多聚磷酸钠溶液中，在37℃的条件下，恒温轻柔振荡48小时。取出固体并将其置于去离子水中，每隔12小时换水一次，反复清洗10次后，洗涤后的去离子水中检测不到氯化钾的存在，得到湿态支架。将湿态支架取出放入真空干燥箱中15℃干燥48小时，得到三维多孔支架。得到的支架用比重瓶测得孔隙率为78.86％，拉力机测得拉伸强度为0.4503MPa，孔径范围为20～500微米。

实施例3：

将0.7692g聚DL-乳酸加入8ml三氯甲烷中，搅拌使其溶解。待溶解完全后加入0.2308g壳聚糖，混合均匀。加入2g多聚磷酸钠和2g氯化钠，搅拌均匀，其中多聚磷酸钠和氯化钠的粒径范围在50～200微米之间。至三氯甲烷挥发至体系呈粘稠状时，将混合体系浇铸到预设好的经疏水化处理的玻璃模具中成型。将成型后的固体从模具中取出，放入真空干燥箱，在室温、0.06MPa下进一步干燥24小时。取出固体，将其置于质量浓度为2％醋酸和质量浓度为4％多聚磷酸钠溶液中，在37℃的条件下，恒温轻柔振荡48小时。取出固体并将其置于去离子水中，每隔12小时换水一次，反复清洗10次后，洗涤后的去离子水中检测不到氯化钠的存在，得到湿态支架。将湿态支架取出放入真空干燥箱中40℃干燥48小时，得到三维多孔支架。得到的支架用比重瓶测得孔隙率为74.624％，拉力机测得拉伸强度为0.5563MPa，孔径范围为20～500微米。

实施例4：

将0.7692g聚L-乳酸加入6.45ml四氢呋喃中，搅拌使其溶解。待溶解完全后分别加入0.0769g壳聚糖与0.1539g明胶，混合均匀。加入2g多聚磷酸钠和2g氯化钠，，搅拌均匀，其中多聚磷酸钠和氯化钠的粒径范围在50～500微米之间。至四氢呋喃挥发至体系呈粘稠状时，将混合体系浇铸到预设好的经疏水化处理的玻璃模具中成型。将成型后的固体从模具中取出，放入真空干燥箱，在室温、0.1MPa下进一步干燥24小时。取出固体，将其置于质量浓度为2％醋酸溶液中，在37℃的条件下，恒温轻柔振荡48小时。取出固体并将其置于去离子水中，每隔12小时换水一次，反复清洗12次后，洗涤后的去离子水中检测不到氯化钠的存在，得到湿态支架。将湿态支架取出放入真空干燥箱中40℃干燥48小时，得到三维多孔支架。所得支架用比重瓶测得的孔隙率为73.181％，拉力机测得拉伸强度为0.5563MPa，孔径范围为20～500微米。

实施例5：

将0.7692g聚D-乳酸加入8ml三氯甲烷中，搅拌使其溶解。待溶解完全后分别加入0.0769g壳聚糖与0.1539g明胶，混合均匀。加入2g多聚磷酸钠和8g氯化钠，搅拌均匀，其中多聚磷酸钠和氯化钠的粒径范围在50～200微米之间。至三氯甲烷挥发至体系呈粘稠状时，将混合体系浇铸到预设好的经疏水化处理的玻璃模具中成型。将成型后的固体从模具中取出，放入真空干燥箱，在室温、0.08MPa下进一步干燥24小时。取出固体，将其置于质量浓度为5％醋酸和质量浓度为3％多聚磷酸钠溶液中，在37℃的条件下，恒温轻柔振荡48小时。取出固体并将其置于去离子水中，每隔12小时换水一次，反复清洗15次后，洗涤后的去离子水中检测不到氯化钠的存在，得到湿态支架。将湿态支架取出放入真空干燥箱中60℃干燥24小时，得到三维多孔支架。所得支架用比重瓶测得的孔隙率为77.908％，拉力机测得拉伸强度为0.1944MPa，孔径范围为20～500微米。见图1。

Claims (1)

1.一种壳聚糖-明胶-聚乳酸共混物三维多孔支架的制备方法，其特征在于包括以下过程：

(1)将选自聚L-乳酸、聚DL-乳酸和聚D-乳酸之一的聚乳酸溶于二氯甲烷、三氯甲烷或四氢呋喃中，配制成质量浓度为5％～8％的溶液；

(2)在步骤(1)制得的澄清溶液中，按聚乳酸质量与壳聚糖和明胶二者总质量比为10∶1～10∶5的比例加入壳聚糖和明胶，其中壳聚糖与明胶质量比为1∶2，搅拌至混合均匀；

(3)在步骤(2)制得的壳聚糖-明胶-聚乳酸混合体系中，按壳聚糖和明胶及聚乳酸三者总质量与交联剂质量比为1∶2或1∶4，加入粒径为20～500微米的多聚磷酸钠，并按壳聚糖和明胶及聚乳酸三者总质量与致孔剂质量比为1∶2或1∶4或1∶8，加入粒径为50～1000微米的氯化钠或氯化钾；

(4)将步骤(3)制得的混合体系搅拌均匀，然后浇铸到模具中成型1～3天；将成型后的固态物从模具中取出，放入真空干燥箱，在室温、0.06～0.1MPa的真空度下干燥24～48小时；

(5)取出固态物，将其置于质量浓度为1％～5％的醋酸溶液中，或将其置于质量浓度为1％～5％的醋酸与质量浓度为3％～5％的多聚磷酸钠溶液的混合液中，在37℃的条件下，恒温轻柔振荡48～96小时；再将其置于去离子水中，每隔24小时更换一次去离子水，直到在洗涤后的去离子水中检测不到致孔剂的存在为止，得到湿态支架；

(6)将湿态支架取出放入真空干燥箱中，15～60℃干燥24～48小时，得到三维多孔支架。

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