聚己内酯—壳聚糖网络/羟基磷灰石复合多孔支架材料的制备方法

摘要

本发明公开一种聚己内酯－壳聚糖网络/羟基磷灰石复合多孔支架材料的制备方法。其特征在于聚己内酯和冰醋酸混合制成聚己内酯冰醋酸溶液，加入壳聚糖粉末，倒入NaOH溶液中，固化成型后烘干，制得聚己内酯－壳聚糖多孔支架材料备用；纳米级羟基磷灰石加入到聚乙烯醇水溶液中，制成羟基磷灰石/聚乙烯醇浆料；将备用的聚己内酯－壳聚糖多孔支架材料放入离心管中，倒入羟基磷灰石/聚乙烯醇浆料进行3～5次注浆填充。本发明制备的支架材料不仅具有良好的生物学性能，而且力学性能良好，孔隙率具有可调控性，是性能优良的骨组织工程支架材料，可用于临床上各种骨缺陷的修复。

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚己内酯-壳聚糖网络/羟基磷灰石复合多孔支架材料的制备方法，属于生物医学工程领域。

背景技术

组织工程学为骨缺陷的修复提供了新的方法和思路，三维支架材料，即细胞外基质替代物，是骨组织工程研究的关键之一。骨支架材料既可以诱导周围组织向骨的转变，又可以作为移植骨细胞的载体，应该具有良好的生物相容性、骨传导性、骨诱导性以及良好的机械性能。而现有的单一材料很难满足骨组织工程对支架材料的要求，基于仿生的概念——自然骨是由纳米磷灰石和高分子胶原纤维构成的无机/有机复合材料，纳米磷灰石和高分子相结合制成的复合支架材料引起了人们广泛的关注。Kikuchi M等人(Biomaterials，22(2003)：1705-1711)在仿生条件下通过自组织机理制备了羟基磷灰石/胶原复合材料；李玉宝等人制备了纳米磷灰石/聚酰胺复合支架材料(ZL03135262.6)；姚康德等人制备了壳聚糖-明胶/磷酸钙复合支架材料(ZL00136757.9)；聚乳酸/纳米羟基磷灰石多孔支架材料也被多数学者采用(Acta Biomaterials，1(2005)：653-662；Biomaterials，25(2004)：4749-4757)。但是这些复合材料都还有其不足之处，改善和控制羟基磷灰石在支架中的分散状况是研究的重点。

多孔性对于支架材料是非常重要的，因为它能使细胞迁移或增殖。目前国内外用于制备多孔支架材料的方法主要有溶剂浇铸/粒子沥滤法、气体发泡法、相分离/乳化法、冷冻干燥法等。溶剂浇铸/粒子沥滤法(CN1316464)，一般采用一定粒径大小的NaCl颗粒，材料成型后再去除NaCl颗粒得到多孔结构，但这种方法工序复杂，NaCl颗粒也不能去除干净。热致诱导相分离法得到的孔径一般较小，不能满足组织工程的需要。调节粗化时间，可在一定程度上增大孔径(CN1272383)。气体发泡法，采用连续挤出设备制备多孔高分子复合支架，但是此法制备的材料表面孔洞易封闭。相分离/乳化法要使用有机溶剂，溶剂的清除通常都比较困难，从而使材料在组织培养时会对细胞有些毒性，影响组织细胞在体内形成新组织的能力。冷冻干燥法虽然避免了有机溶剂的使用，但是它只适合水溶性材料的制备。因此，寻求一种新的制备多孔支架材料的方法，避免有毒有机溶剂的使用，又可用于非水溶性组织工程支架材料的制备是目前组织工程研究的重要任务之一。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的是提供一种聚己内酯-壳聚糖网络/羟基磷灰石复合多孔支架材料的制备方法。本发明的特征是：(1)聚己内酯和冰醋酸混合制成聚己内酯冰醋酸溶液，加入壳聚糖粉末，倒入NaOH溶液中，固化成型后烘干，制得聚己内酯-壳聚糖多孔支架材料备用；(2)纳米级羟基磷灰石加入到聚乙烯醇水溶液中，制成羟基磷灰石/聚乙烯醇浆料；(3)将备用的聚己内酯-壳聚糖多孔支架材料放入离心管中，倒入羟基磷灰石/聚乙烯醇浆料进行注浆填充。

具体特征包括如下步骤：

1)将聚己内酯溶于冰醋酸，搅拌溶解，制成质量分数为5～10％的聚己内酯冰醋酸溶液。

2)称取一定量的壳聚糖粉末，加入聚己内酯冰醋酸溶液中，加入少量水，水的用量是聚己内酯冰醋酸溶液质量的0.5～2％，磁力搅拌直至得到均匀溶液，制成聚己内酯-壳聚糖的冰醋酸溶液。聚己内酯-壳聚糖冰醋酸溶液中壳聚糖的质量分数控制在5～20％。

3)将聚己内酯-壳聚糖的冰醋酸溶液倒入盛有质量分数为40％的NaOH溶液的烧杯中，静置24小时，让其固化成型。然后用蒸馏水漂洗10次，并浸泡24小时，40℃烘干，制得聚己内酯-壳聚糖多孔支架材料。

4)称取一定量的纳米级羟基磷灰石(可直接购买或采用目前已有报道的方法制备得到)，加入到质量分数为10％的聚乙烯醇水溶液中，超声振荡，制成质量分数为5～10％的羟基磷灰石/聚乙烯醇浆料。

5)将制备得到的聚己内酯-壳聚糖多孔支架材料放入直径约4cm的离心管中，倒入羟基磷灰石/聚乙烯醇浆料对多孔支架材料进行注浆填充。以4000～10000rpm的速度离心分离3～10分钟，取出于40℃恒温鼓风干燥箱中干燥。如此反复填充3～5次，得到聚己内酯-壳聚糖/羟基磷灰石复合多孔支架材料。

本发明所用的主要原料来源为：聚己内酯，分子量80000：日本大塞潞(Daicel)化学公司；聚乙烯醇(PVA-1750)，国药集团化学试剂有限公司；壳聚糖(食品级)，济南海德贝海洋生物工程有限公司生产，脱乙酰度为85％。

本发明操作简单，已现有技术相比，具有如下的优点：

1)聚己内酯-壳聚糖的冰醋酸溶液加入NaOH溶液中时，聚己内酯迅速析出，即在水中为聚合物——贫相。相对而言，在水溶液中的壳聚糖为聚合物--富相，于是两个聚合物出现相分离。但壳聚糖为富相的存在是十分短暂的(壳聚糖在pH值大于6时析出)，因此相分离后便很快从NaOH溶液中析出，呈现溶胀的凝胶状态，占据了一定的体积。当材料干燥后，溶胀的壳聚糖脱水收缩，其原来占有的体积形成了孔隙，且孔隙之间相互连通，相当于聚己内酯纤维对壳聚糖溶胀体系进行了“切割”。孔隙是由许多聚己内酯和壳聚糖的纤维相互交织而形成的，纤维不仅相互交织形成大孔，孔径在300～800μm，如图1所示，而且在纤维内部包含有更加复杂的二级微孔结构，纤维上微孔直径为10～40μm，如图2所示。复合材料有较高的孔隙率，达60-85％，孔隙率可通过壳聚糖组分的含量调控。

2)聚乙烯醇分子结构含有亲水基和疏水基两种基团，与纳米羟基磷灰石颗粒有着极好的相容性，羟基磷灰石中Ca²⁺与聚乙烯醇分子产生牢固的键合，能有效改善纳米羟基磷灰石的分散状况。羟基磷灰石通过聚乙烯醇和聚己内酯形成牢固结合，羟基磷灰石颗粒与聚己内酯的复合，可补充聚己内酯降解引起的pH值的下降，有助于防止无菌性炎症的发生。

3)填充羟基磷灰石/聚乙烯醇浆料后，抗压性能大幅提高，并可延缓聚合物降解时间，改善聚合物的力学性能，能得到具有良好生物学性能，又能满足力学性能要求的多孔支架材料。

附图及附图说明

图1为本发明具体实施例1所制得聚己内酯-壳聚糖/羟基磷灰石复合多孔支架材料的照片图。

图2为本发明具体实施例1所制得聚己内酯-壳聚糖/羟基磷灰石复合多孔支架材料的微观形貌图。

具体实施方式

实施例1

配制质量分数为10％聚己内酯冰醋酸溶液，取该溶液30g，加入0.75g壳聚糖粉末，滴入0.6ml水，磁力搅拌直至得到均匀溶液。然后将该溶液在搅拌下缓慢倒入盛有30g 40％NaOH溶液的100ml烧杯中，静置24小时成型。成型后取出用蒸馏水漂洗10次，并浸泡24小时，40℃烘干制得聚己内酯-壳聚糖多孔支架材料。

配制50ml质量分数为10％聚乙烯醇水溶液，加入纳米羟基磷灰石粉末5g，超声振荡制成羟基磷灰石/聚乙烯醇浆料。

将聚己内酯-壳聚糖多孔支架材料放入直径约4cm的离心管中，倒入羟基磷灰石/聚乙烯醇浆料。以4000rpm离心分离4分钟，取出于40℃恒温鼓风干燥箱中干燥。如此反复填充3次，得到聚己内酯-壳聚糖/羟基磷灰石复合多孔支架材料。经测定其孔径在300～800μm，孔隙率为80.25％，抗压强度为25.7MPa。

实施例2

配制质量分数为5％聚己内酯冰醋酸溶液，取该溶液30g，加入0.16g壳聚糖粉末，滴入0.15ml水，磁力搅拌直至得到均匀溶液。然后将该溶液在搅拌下缓慢倒入盛有30g 40％NaOH溶液的100ml烧杯中，静置24小时成型。成型后取出用蒸馏水漂洗10次，并浸泡24小时，40℃烘干制得聚己内酯-壳聚糖多孔支架材料。

配制50ml质量分数为10％聚乙烯醇水溶液，加入纳米羟基磷灰石粉末2.5g，超声振荡制成羟基磷灰石/聚乙烯醇浆料。

将聚己内酯-壳聚糖多孔支架材料放入直径约4cm的离心管中，倒入羟基磷灰石/聚乙烯醇浆料。以10000rpm离心分离5分钟，取出于40℃恒温鼓风干燥箱中干燥。如此反复填充5次，得到聚己内酯-壳聚糖/羟基磷灰石复合多孔支架材料。经测定其孔径在300～500μm，孔隙率为65.13％，抗压强度为12.5MPa。