[发明专利]一种具有多级孔隙结构的热固性弹性体组织工程支架的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有多级孔隙结构的热固性弹性体组织工程支架的制备方法，包括：(1)将热固性材料与填充材料混合，得到混合材料；利用CAD软件构建立方体网状结构的模型，然后在3D打印机的加热腔内加入混合材料，通过3D打印得到初始支架；(2)将步骤(1)中的初始支架进行热交联或光交联，得到热固性弹性体组织工程支架；最后去除填充材料，即得。本发明解决了热塑性FDM直接打印热固性材料根本问题，所制备的组织工程支架在结构上具有精确可控的多级孔隙结构，方法简单、快捷、适用于多种生物材料，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于组织工程支架领域，特别涉及一种具有多级孔隙结构的热固性弹性体组织工程支架的制备方法。

背景技术

组织、器官的损伤是严重威胁人类健康的重大疾病之一，传统上主要是通过临床器官移植等手段来进行治疗。20世纪80年代生物工程的先驱者Yuan-Cheng Fung教授首先开创了组织工程这一术语，其目的是体内或体外生成可替代性的具有三维结构的组织或器官，以修复、再生受损害或失去的人体组织、器官，从而突破现有临床医学手段对受损组织或器官治疗的限制，包括捐赠器官的数量有限、异体排异性反应、潜在病毒的传染、自体“以创伤修复创伤”的二次伤害等。组织工程技术由于能成功的地使受损组织修复再生以达到治疗病患的目的，在过去二十年里得到了更为广泛的关注。

组织工程支架能够起到模拟天然细胞外基质的功能，提供适合细胞生长分化的微观环境。理想的组织工程支架应该具备以下几个基本特点：(1)具有合适的物理表面形态和生物化学性质，以促进细胞的增殖和分化；(2)具有开放性、相互连通的微孔结构，以促进细胞营养物质扩散和代谢产物的释放；(3)具有一定的机械强度，以提供组织生长支撑作用；(4)具有良好的生物相容性，保证对细胞无毒副作用和对人体无免疫原性；(5)具有可控的生物降解性，要求降解速率和组织再生的速率相匹配，组织再生的同时生物支架逐渐降解最终被代谢排出体外。然而目前能够真正应用于临床的还非常有限，其中的原因很多，一个重要的因素就是生物材料和人体组织之间的力学性质不匹配，人体的很多组织和器官比如心血管、肺、膀胱等都是具有良好弹性，同时处于持续的力学刺激的环境中。因此具有良好生物相容性和降解性，能在一定程度上模拟上述天然组织的力学性质的生物弹性体应运而生，这些生物弹性体能够将周围的力学刺激传递给新生组织，能够从循环反复的形变中恢复，适用于细胞的动态体外培养和植入到人体动态的力学环境中，植入后不会对周围的组织产生力学损伤。正是由于这诸多特点，生物弹性体已经迅速成为组织工程中一类重要的生物材料，同时在其它相关的生物医学领域也得到了应用。

一个理想的生物弹性体要满足诸多的要求，除了具有优良的力学性能，还要求有良好的生物相容性和生物降解性，同时要能够较好地结合生物活性分子，具有良好的加工性。目前满足这些条件的生物弹性体还较少，真正获得应用的更为有限，主要还是以聚乳酸[poly(lactic acid),PLA]，聚乙醇酸[poly(glycolic acid),PGA]，和聚己内酯[polycaprolactone(PCL)]及其共聚物和衍生物为主。在新发展起来的生物弹性体中，聚癸二酸甘油酯[Poly(glycerol sebacate),PGS]是一个突出的代表。PGS生物弹性体于10多年前，由Wang等首先报道，是最早被引入组织工程领域的生物弹性体之一，它的出现带动了其它热固性生物弹性体的发展。而PGS本身也由于其诸多优良的特性，例如有良好的体内降解性能，由外到内逐渐侵蚀，缓慢均匀地降解，使材料在较长时间内保持原有的几何形态和力学性能直至被新生组织代替，从而能保证由其制备的组织工程支架等生物医用植入体在整个降解过程中，能保持良好的完整性，持续发挥应有的作用。因此PGS获得持续广泛的研究，并显示出了良好的应用前景。随着PGS研究的深入，人们也认识到其还存在一些缺陷，限制了其进一步应用，其中一个突出的问题是其需要高温高真空的剧烈交联条件，一般只能通过模具法和刻蚀法成型，使其加工方法和应用受到了很大限制。