[发明专利]基于超临界流体技术的组织工程用三维支架制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种基于超临界流体技术的组织工程用三维支架制备方法。

背景技术

组织工程的核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体，其目前研究的主要内容集中在生物可降解支架材料、种子细胞、体外培养条件等方面，其中理想的三维支架的构建是组织工程化人工器官研究成功的前提条件。近年来，新型支架材料的研究趋势呈单一组分向多组分过渡，惰性材料向活性材料过渡。如何在原有研究的基础上研获理想的生物活性支架，已成为组织工程这一重大课题的核心热点和难点。

理想的组织工程支架除具有良好的生物相容性、适宜的降解性和有效的表面活性外，还要求具有合适体积、形状的三维外部立体结构，以满足组织缺损的修复和填充的需要，以及高孔隙率且内部连通的三维内部结构，以便为种子细胞增殖、长入支架材料以及养分交换和代谢产物的排出提供良好的空间和通道。

至今已提出了多种制备组织工程用三维多孔支架的方法。比较典型的有：浇铸/粒子沥滤、相分离、纤维联结、三维印刷、乳液冷冻干燥、熔融成型、气体发泡等；以及在这些技术的基础上发展的一些复合方法，例如相分离/粒子沥滤、粒子沥滤/冷冻干燥、电纺丝/粒子沥滤/气体发泡法等。尽管这些方法各有其特点和优越性，但其中有些问题仍然是制约其应用的关键。例如，有些方法涉及高温，不利于制备过程中生物活性物质的引入；有些方法涉及有机溶剂，对其进行脱除，使残留有机溶剂达到临床应用可接受的范围就成为一个难题；有些方法形成的孔隙率低，孔与孔之间相互贯通差；有些方法无法实现对孔径的控制，孔结构及其强度较差；有些方法复杂，在实验室完成一个制备过程需很长时间，例如浇铸/粒子沥滤法大约需要1周，有些方法无法用于制备多组分或复合活性支架，有些方法虽然可以用于多组分或复合活性支架制备，但工艺过程会更加复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于超临界流体技术的组织工程用三维支架制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于超临界流体技术的组织工程用三维支架制备方法，包括以下步骤：第一步，将要制成多孔支架的聚合物，或两种或两种以上不同力学性能的聚合物组成的混合物，或聚合物与纳微米活性物质组成的混合物溶于溶剂中制成一定浓度的溶液或悬浮液，该溶液或悬浮液与ScCO₂充分接触，由于ScCO₂近乎液体的溶解能力和近乎气体的扩散能力，一是ScCO₂快速溶于溶液或悬浮液中而引起聚合物溶液或悬浮液发生相分离，溶液或悬浮液即被分离成相互成亚稳平衡的聚合物富相和聚合物贫相，同时，溶液或悬浮液中的溶剂也会快速溶解于ScCO₂中，聚合物富相不断发生玻璃化转变而固化，形成多孔材料，聚合物贫相形成晶核并逐渐长大，充满多孔材料中的空隙；第二步，循环通入CO₂对多孔材料进行清洗和干燥，溶剂不断进入ScCO₂相被带出系统，即可得到几乎无溶剂残留的单一组分、或多组分，或复合活性组织工程用多孔支架。

所述的制备方法，具体操作步骤为：

A1、称取一定质量的干燥聚合物，或两种或两种以上不同力学性能的聚合物组成的混合物，或聚合物与纳微米活性物质组成的混合物溶入溶剂中，制成质量百分比浓度5％-50％的溶液或悬浮液，待溶液或悬浮液制备完毕，静置5-30min，排除溶液中的气泡；

A2、将静置排完气泡的溶液或悬浮液慢慢倒入深度为1-3cm的浇铸容器中，然后将盛有溶液或悬浮液的浇铸容器放入升至30-50℃的高压釜中，密封高压釜，缓慢通入ScCO₂至压力为6-30MPa，关闭柱塞泵，关闭高压釜的入口和出口阀门保压；

A3、保持上述压力30min-120min，浇铸容器中的溶液或悬浮液聚合物富相不断发生玻璃化转变而固化，形成多孔材料，聚合物贫相形成晶核并逐渐长大，充满多孔材料中的空隙；

A4、开启高压釜的ScCO₂出口阀门，打开入口阀门，开启柱塞泵，使ScCO₂以2-40kg/h的循环流速流经高压釜、一级分离釜、二级分离釜、质量流量计、单向阀，直至与CO₂钢瓶出来的ScCO₂在混合器混合后再通入高压釜干燥浇铸容器中形成的多孔材料，以形成干燥的多孔支架；

A5、继续循环干燥30-120min至多孔支架干燥完全；