CN101781815B

CN101781815B - 组织工程支架用降解速率可控的多孔纤维的制备方法

Info

Publication number: CN101781815B
Application number: CN 201010104863
Authority: CN
Inventors: 张佩华; 郯志清; 陈南梁; 沈新元; 杨庆; 王文祖; 陈思诗; 唐乃杰; 张蓉
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: CN101781815A

Abstract

本发明涉及一种组织工程支架用降解速率可控的多孔纤维的制备方法，包括：将生物可降解聚合物与成孔剂均匀混合，真空干燥，进行熔融纺丝，拉伸，之后浸入盐酸或蒸馏水中，去除成孔剂，真空干燥后得到表面均匀分布有直径为10～100μm微孔的多孔纤维。本发明的制备方法简单，适合于工业化生产；所得纤维的微孔直径与细胞大小相匹配，使细胞易于在纤维表面的微孔中粘附生长，同时降解速率可控。

Description

组织工程支架用降解速率可控的多孔纤维的制备方法

技术领域

本发明属多孔纤维的制备领域，特别是涉及一种组织工程支架用降解速率可控的多孔纤维的制备方法。

背景技术

迄今为止，在生物医用高分子材料领域中得以实现临床应用的主要为聚酯类材料，如聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚对二氧环己酮(PDO)等。因此，脂肪族聚酯在体内植入材料及组织工程等领域得到了越来越广泛的应用。为了控制脂肪族聚酯的生物降解性能，可以通过改变聚合物结构组成及形态来制备不同生物降解速率的新型生物医用高分子材料，可显著改善脂肪族聚合物的降解及热力学等物理化学性能。至今还没有一个单一的生物材料可以满足组织工程对支架材料的所有需求，这就要综合现有生物材料的优点，将其有机地融合在一起，才能制备出具有生物相容性，能引导组织细胞成长，能支持组织内生长和保证体内降解速率可控等性能的组织工程支架。

PGA、PLA、PDO的降解时间分别为60天，220天和182天，PGA的降解时间很快，这对其应用有很大的影响，通过分子量及分子量分布来调节其降解速度有很大的局限性，因此通过共混或共聚的方法改变PGA的结晶度和亲水性，从而达到控制PGA类复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间，也可以通过调节各嵌段成分之比例来控制降解行为。Li S.M.等分别对PLA和PGA、PCL的共聚物及均聚物的体内降解性质作了***的研究，发现可以通过调节丙交酯(LA)、乙交酯(GA)和己内酯(CL)的比例来调节降解速度。【LiSM，VertM.The Encyclopedia of Controlled DrugDelivery.Mathiowitz E.ed，John Wiley & Sons，New York，1999】。将GA与LA共聚，通过调节LA和GA的进料比，可对PLGA的降解性质进行调控。PGLA(LA/GA＝10/90、25/75、50/50、75/25)的降解时间分别为90，100，120，180。

在共混方面，PLA由于具有疏水性而影响其生物相容性及降解性能，故研究较多。在PLA完全生物降解共混体系中，PLA通过与聚3-羟基丁酸酯(PHB)、PCL、聚氧乙烯(PEO)、淀粉等共混，能改变复合材料的机械性能、加工性能和降解速度。但未见关于PGA与PLA或PDO共混复合物的报道。

组织工程复合支架除了单纯使用可降解纤维，还可以把纤维编织成一定的形状结构来使用，纤维编织法制备的支架常用在组织工程的肌腱、软骨、血管和神经修复等方面。金懿明等采用PDO纤维经编血管外支架，结果表明PDO支架结构稳定并具有较好的压缩回复性能，体外降解试验表明其在8周内保持较为稳定的降解速率和较好的力学性能。【金懿明，王文祖.经编结构血管外支架的体外降解性能.中国组织工程研究与临床康复，2008，12(27)：5248-5252】。单一成分的可降解纤维织物通常不能满足组织修复对力学支撑和降解时间的要求，吴双全等采用不同组分比例的聚乳酸、聚羟基乙酸长丝编织制备4种编织线，发现在降解过程中，随着编织线中PGA纤维成分比例的增大，编织线的降解速度也不断加快，编织线质量损失率增大，强力逐渐降低。【吴双全，张佩华，郭正.不同比例PGA/PLA编织线的体外降解性能.东华大学学报(自然科学版)，2009，35(3)：274-303】。袁晓燕等公开发明了一种多组分杂化三维编织肌腱支架材料的制备方法，以聚乙交酯、聚丙交酯或它们各含一定比例的共聚物脂肪族聚酯纤维为材料，以1×1四步圆形三维编织法编织成柱辫形绳装三维编织肌腱支架材料，具有抗张强度好、降解速度可调控、细胞亲和性好的优点。【袁晓燕等.多组分杂化三维编织肌腱支架材料的制备方法(CN 1194774C)】。

多孔纤维具有通过使用一些传统的相分离方法而制造的结构。这些方法通常包括将聚合物树脂与稀释剂或增塑剂混合，在一种液体介质中对聚合物溶液进行冷却以引起相分离，然后冲洗掉稀释剂从而留下一种交联多孔结构；在聚酯的纺丝熔体中加入一定量的无机粒子纺丝成形，拉伸后经碱减量除掉无机粒子，在纤维表面留下微孔，利用微孔的毛细管作用，可以改善纤维的吸湿性和获得凉爽的手感。

一种多微孔聚酯纤维，其特征在于由常规树脂与水溶性改性聚合树脂组成，按70～50％∶30～50％比例均匀共混，并在熔融纺丝后溶解掉8～12％的水溶性改性聚合树脂，其表面和内部均匀分布有大量直径约为0.5～2μm孔径的微孔。【钱建华等.一种多微孔聚酯纤维及制备方法(CN 101144206A)】。一种微孔泡沫纤维，当形成纤维用的聚合物在挤出机中熔化和混合时，将超临界流体引入挤出机，然后熔体和气体的单向溶液通过纺丝组件的喷丝头挤出来形成微孔，微孔长度与直径比大于1、单丝直径大于5μm，微孔直径小于10μm。【崔荣百等.微孔泡沫纤维及其制备方法(CN 1304652C)】。杨恩宁等以碳酸钙为成孔剂，通过与聚丙烯相混合拉伸成中空纤维，用盐酸进行后处理，混在中空纤维中的碳酸钙溶出后就形成多孔。【杨恩宁，郭静.CaCO₃/聚丙烯共混制备多孔聚丙烯纤维的研究.合成纤维，2006，2：25-27】。

目前国内尚未有采用PGA、PLA、PDO的单聚合物或共聚物或聚合物的混合，来制备组织工程支架用多孔纤维与织物。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种组织工程支架用降解速率可控的多孔纤维的制备方法，该方法简单，成本低，适合于工业化生产；所得纤维的微孔直径与细胞大小相匹配，使细胞易于在纤维表面的微孔中粘附生长，同时降解速率可控。

本发明的一种组织工程支架用降解速率可控的多孔纤维的制备方法，包括：

将生物可降解聚合物与成孔剂按重量百分比为90～99％∶1～10％均匀混合，真空干燥21-48h，进行熔融纺丝，拉伸，之后浸入盐酸或蒸馏水中，去除成孔剂，真空干燥后得到表面均匀分布有直径为10～100μm微孔的多孔纤维。

所述的生物可降解聚合物为聚羟基乙酸PGA、聚乳酸PLA、聚对二氧环己酮PDO的单聚合物中的两种或三种的混合。

所述的生物可降解聚合物为聚羟基乙酸PGA、聚乳酸PLA或聚对二氧环己酮PDO的共聚物。

所述的生物可降解聚合物为聚羟基乙酸PGA、聚乳酸PLA、聚对二氧环己酮PDO的聚合物中的两种或三种的混合。

所述的PGA的分子量为10～15万，PLA的分子量为10～15万，PDO的分子量为10～15万。

所述的生物可降解聚合物为GA/LA的质量比1～99/99～1的PGLA。

所述的成孔剂为碳酸钙或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)颗粒，粒径为10～80μm。

所述的盐酸的浓度为6％。

所述的多孔纤维经过编织得到多孔纤维织物，编织方式为同一种纤维编织或不同比例纤维交织。

多孔纤维织物为线状、管状或平面状的形式。

本发明根据组织工程修复的对象不同，选用不同重量比例的PGA、PLA和PDO纤维进行混编，使纤维支架的降解时间与细胞的生长速度相匹配，促进组织的修复。

组织工程细胞与支架复合要求支架材料与细胞具有良好的相容性，能有利于细胞在支架上的贴附生长。一般情况下，通过熔融纺丝制备得到的纤维表面是比较致密光滑的，为了改善细胞在可降解纤维上面的贴壁情况，可以在纤维表面制备与细胞大小相符合的微孔，使细胞能落在这些微孔中，不易剥离支架，同时能加大纤维表面的粗糙程度，提高细胞与支架材料的亲和性。

细胞的直径范围是10～100μm，为了在纤维表面上制备得到这一孔径范围的微孔，用水溶性改性聚合物树脂溶出的方法和引入超临界流体制孔的方法得到的微孔直径过小，不能使细胞落在微孔中，且不易控制孔径的大小，因此选用已知直径的颗粒作为成孔剂，通过与可降解聚合物共混制备纤维，最后溶出成孔剂制备一定直径的微孔，这种方法简单易行，不会对环境造成污染，而且原料成本低，重复性好。

有益效果

(1)本发明的制备方法简单，成本低，适合于工业化生产；

(2)本发明所得纤维的微孔直径与细胞大小相匹配，使细胞易于在纤维表面的微孔中粘附生长，同时降解速率可控，使材料的力学性能衰变速率与组织的愈合速率相匹配，有利于组织工程细胞与支架的复合培养，可以用作神经或血管等组织工程细胞支架。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将分子量为10万的PGA，分子量为10万的PLA的切片(GA/LA的质量比为75/25)与粒径为50μm的成孔剂碳酸钙按重量百分比为95％∶5％的比例均匀混合，真空干燥24小时后进行熔融纺丝，拉伸，然后将制备所得的纤维浸入浓度为6％盐酸中去除成孔剂，期间每6小时更换一次盐酸溶液，24小时后取出纤维，真空干燥后得到表面均匀分布且有直径为50～60μm微孔的多孔纤维。

实施例2

将分子量为12万的PGA，分子量为12万的PLA的切片(GA/LA的质量比为90/10)与粒径为20μm的成孔剂碳酸钙按重量百分比为98％∶2％的比例均匀混合，真空干燥24小时后进行熔融纺丝，拉伸，然后将制备所得的纤维浸入浓度为6％盐酸中去除成孔剂，期间每6小时更换一次盐酸溶液，24小时后取出纤维，真空干燥后得到表面均匀分布有直径为20～35μm微孔的多孔纤维。

实施例3

将分子量为10万的PGA，分子量为10万的PDO的切片(PGA与PDO的重量比为50/50)与粒径为80μm的成孔剂PVP重量百分比为99％∶1％的比例均匀混合，真空干燥24小时后进行熔融纺丝，拉伸，然后将制备所得的纤维浸入蒸馏水中去除成孔剂，期间每6小时更换一次蒸馏水，24小时后取出纤维，真空干燥后得到表面均匀分布有直径为80～100μm微孔的多孔纤维。

实施例4

将PGLA(GA/LA质量比为75/25)的切片与粒径为10μm的成孔剂PVP重量百分比为93％∶7％的比例均匀混合，真空干燥24小时后进行熔融纺丝，拉伸，然后将制备所得的纤维浸入蒸馏水中去除成孔剂，期间每6小时更换一次蒸馏水，24小时后取出纤维，真空干燥后得到表面均匀分布有直径为10～15μm微孔的多孔纤维。

实施例5

将分子量为10万的PGA，分子量为10万的PLA的切片分别与粒径为10μm的成孔剂PVP重量百分比为98％∶2％的比例均匀混合，真空干燥24小时后进行熔融纺丝，拉伸，然后将制备所得的纤维浸入蒸馏水中去除成孔剂，期间每6小时更换一次蒸馏水，24小时后取出纤维，真空干燥后得到表面均匀分布有直径为10～15μm微孔的多孔纤维。选取4根PGA多孔长丝和2根PLA多孔长丝在6锭立式锭子编织机上进行编织，变换齿轮30齿，编织工艺角54.5°，制得4PGA/2PLA的编织线，该编织线的直径0.18mm，断裂强力1276.2cN，摩擦系数0.72。

实施例6

将分子量为15万的PGA，分子量为15万的PLA的切片分别与粒径为10μm的成孔剂PVP重量百分比为98％∶2％的比例均匀混合，真空干燥24小时后进行熔融纺丝，拉伸，然后将制备所得的纤维浸入蒸馏水中去除成孔剂，期间每6小时更换一次蒸馏水，24小时后取出纤维，真空干燥后得到表面均匀分布有直径为10～15μm微孔的多孔纤维。选取2根PGA多孔长丝和4根PLA多孔长丝在6锭立式锭子编织机上进行编织，变换齿轮30齿，编织工艺角54.5°，制得2PGA/4PLA的编织线，该编织线的直径0.22mm，断裂强力1061.1cN，摩擦系数0.72。

Claims

1.一种组织工程支架用降解速率可控的多孔纤维的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

将生物可降解聚合物与成孔剂按重量百分比为90～99%：1～10%均匀混合，真空干燥21-48h，进行熔融纺丝，拉伸，之后浸入盐酸或蒸馏水中，去除成孔剂，真空干燥后得到表面均匀分布有直径为10～100μm微孔的多孔纤维；

其中，成孔剂为碳酸钙或聚乙烯吡咯烷酮PVP，粒径为10～80μm；

生物可降解聚合物为聚羟基乙酸PGA、聚乳酸PLA、聚对二氧环己酮PDO的单聚合物中的两种或三种的混合；聚羟基乙酸PGA、聚乳酸PLA或聚对二氧环己酮PDO的共聚物；聚羟基乙酸PGA、聚乳酸PLA、聚对二氧环己酮PDO的聚合物中的两种或三种的混合；PGA的分子量为10～15万，PLA的分子量为10～15万，PDO的分子量为10～15万。

2.根据权利要求1所述的一种组织工程支架用降解速率可控的多孔纤维的制备方法，其特征在于：所述的生物可降解聚合物为GA/LA的质量比1～99/99～1的PGLA。

3.根据权利要求1所述的一种组织工程支架用降解速率可控的多孔纤维的制备方法，其特征在于：所述的盐酸的浓度为6%。