[发明专利]一种基于微孔发泡注射成型制备无皮层发泡材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发泡材料的制备方法，具体的说，涉及一种基于微孔发泡注射 成型制备无皮层发泡材料的方法，属于一种批量化生产无皮层多孔支架的新方 法，适用于组织工程支架领域。

背景技术

多孔支架的制备是组织工程学研究领域中的重要研究内容之一，它主要是 起到细胞外基质的作用，引导细胞在其上生长进而生成新的目标组织或器官， 起到替代或修复病损器官或组织的目的。

微孔注射成型方法由传统的注射成型工艺发展而来，其基本原理是聚合物 熔体与超临界流体通过螺杆的转动充分混合形成均相体系，在注射过程中这一 均相体系被注入模具型腔，均相体系中的超临界流体由于压强的降低而转变为 气体在聚合物熔体中形成气泡核并膨胀生长使材料充满整个模具型腔，最终通 过冷却定型获得内部具有泡孔结构的发泡制品。该方法成型周期短、自动化程 度高、制品的几何外形可控且成型精度高，具有其他支架制备方法无法比拟的 优势。然而通过该方法制备的发泡材料却存在着泡孔间连通性差、获得制品有 未发泡皮层结构的缺陷，这就使得细胞无法向支架内部迁移，且不利于营养物 质和代谢废物的传输。因此，怎样提高发泡制品的泡孔连通性、消除制品的皮 层结构是微孔注射成型制备组织工程支架中面临的难题。

Wintermantel等采用微孔注射成型法制备了孔隙率为70％，泡孔尺寸为184～1102μm的热塑性聚氨酯(TPU)多孔材料；他们还使用超临界二氧化碳作为发泡剂，通过精确地调控工艺参数及二氧化碳含量使TPU泡孔在发泡过程中破裂，从而制备了通孔率为71％的多孔支架。然而，在调节工艺参数来提高支架通孔率的同时难以实现支架泡孔尺寸及泡孔密度的调控；而且能够通过工艺调控来获得高泡孔连通性的材料十分有限technologyforinjectionmolding:Aprocessingmethodforpolyether-urethanescaffolds,JournalofMaterialsScience,2005,40(17):4613-4618；SupercriticalCO2ininjectionmoldingcanproduceopenporouspolyurenthanescaffolds-aparameterstudy,JournalofCellularPlastics,2012,48(2):141-159.]。在基于微孔注射成型的研究中，在聚乳酸(PLA)或TPU基体中添加水溶性致孔剂，经过注射发泡及粒子沥滤能够有效提高支架的孔隙率及泡孔连通性。然而，采用微孔注射发泡成型制备出的发泡材料具有明显的皮层结构，该皮层结构的产生不利于发泡材料在组织工程领域的应用。目前，对于怎样消除该皮层结构的研究极少，有部分研究报道了通过调节工艺参数来控制制备聚合物发泡材料的皮层厚度，一般来说，提高模具温度、提高注射温度和增加注射速率有助于减小发泡样品皮层厚度[ControllingMorphologyofInjectionMoldedStructuralFoamsbyMoldDesignandProcessingParameter,JournalofCellularPlastics,2007,43(4-5):3`3-330；Theeffectofinjectionmoldingconditionsonthemorphologyofpolymerstructuralfoams,PolymerEngineeringandScience,2009,49(5):949-959.]Huagen等使用水作为发泡剂、NaCl颗粒作为致孔剂制备了PU组织工程支架[ANovelProcessingMethodforInjection-MoldedPolyether-UrethaneScaffolds.Part1:Processing,JournalofBiomedicalMaterialsResearch,PartB,2006,77B(1):65-72.]；世界专利号为WO2009/155066公开了一种利用活性炭作为吸水材料，研究了其对聚苯乙烯挤出发泡行为的影响；Chen等发现水的加入在挤出发泡过程中可以进一步降低淀粉/CO2体系的粘度，从而促进发泡[RheologyandExpansionofStrach-Water-CO2MixtureswithControlledGelatinizationbySupercriticalFluidExtrusion,InternationalJournalofFoodProperties,2006,9(4):863-876]。

发明内容