[发明专利]一种孔径可控的天然高分子基3D多孔复合支架的制备方法

说明书

本发明提供了一种孔径可控的天然高分子基3D多孔复合支架的制备方法。该方法首先制备氨基化明胶，结合两次去溶剂法制得氨基化明胶纳米颗粒，并以该颗粒作为Pickering高内相乳液的稳定剂，将氨基化明胶、双醛淀粉溶于去离子水中构成乳液的连续相，有机溶剂为分散相，经均质乳化处理形成水包油型的Pickering高内相乳液，再通过分子间的共价交联反应，使得乳液连续相得以固定，最后通过溶剂挥发去除分散相而获得一种孔径可控的3D多孔复合支架。本发明采用Pickering乳液模板法，以氨基化明胶纳米颗粒为稳定剂，以天然高分子为基材，解决了目前多孔支架孔径不可控、材料难降解以及降解产物毒害组织细胞的问题。本发明制备的多孔支架在组织工程领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及生物医学组织工程复合材料领域，具体是一种孔径可控的天然高分子基3D多孔复合支架的制备方法。

背景技术

再生医学和组织工程学的提出与发展，在临床上为人体受损组织的修复和治疗带来新的希望。受损组织细胞本身由于不具备在三维空间独立生长的能力，难以形成特定的组织。因此，需借助组织工程支架在人体受损部位作为一种临时的支撑框架体系，来维持细胞的粘附、迁移与分化。在实际临床应用中，理想的细胞支架材料应具有良好的生物相容性，对生物体没有毒性，不会引起炎症或致畸反应。材料还应具备适当的生物降解性，使得材料能够随着细胞的生长逐渐降解、消失，同时降解产生的小分子也应是对生物体无毒无害的。为了能给细胞提供获取营养、气体交换、废物排出的环境，同时也要让细胞增殖分化为某种特定的组织，支架材料应该具有一定的孔隙率和力学强度，并且利于加工成型。

支架材料的孔隙大小会影响组织或器官的生成：过大的孔不利于细胞的粘附，过小的孔不利于细胞的迁移和繁殖，而且不同细胞生长所需的最适孔径大小也不同，例如支架孔径在20 µm左右有利于成纤维细胞的生长，20~150 µm利于皮肤组织细胞的生长，而100~250 µm的孔径利于骨和软骨细胞的生长，其中骨细胞正常生长的孔径范围为100~135 µm，因此应对支架材料的孔径进行严格控制。然而，目前制备多孔材料的方法，如溶剂浇铸法、发泡法、相分离法、致孔剂法等，虽然可以制备出高度多孔的支架材料，但材料孔径难以控制、相邻孔间连通性差以及材料在组织内降解缓慢，限制了材料在组织工程学领域的应用。

近来，以高内相乳液（high internal phase emulsions, HIPE）为模板来制备具有优良性能的多孔支架材料成为一种独特的制备技术。高内相乳液是一类内相体积分数高于74%的乳液，通过以内相为模板，引发外相聚合固化，通过简单的溶剂蒸发去除模板，即可制备出具有相互连通的孔道结构、孔隙率高以及密度低的大孔支架材料。传统的高内相乳液的稳定剂多为小分子的表面活性剂，在制备乳液时不仅用量大、毒副作用高，而且不可重复利用以及稳定性差，非常不利于在生物医学材料领域的应用。因此，近年以两亲性的固体纳米粒子和微米粒子取代表面活性剂来稳定乳液引起关注，这类以固体粒子稳定的高内相乳液称为Pickering乳液。与传统稳定高内相乳液的表面活性剂相比，固体粒子作为乳液稳定剂不仅用量少、可避免表面活性剂的细胞毒性，且具有不可逆的界面粒子自组装性能、稳定性高以及优异的力学性能等优点。因此，使用无毒安全的固体粒子作为稳定剂来稳定乳液，不仅可赋予支架材料良好的生物相容性和极低的细胞毒性等特性，也可增强多孔支架的机械性能，非常适用于生物医学材料领域。

目前，用于医药级Pickering乳液的稳定剂多是以天然高分子为基材，通过疏水改性而获得的固体颗粒，主要有：多糖类固体粒子、蛋白质类固体粒子、脂肪类固体粒子以及复合固体粒子。其中多糖类固体粒子主要包括：纤维素纳米晶体、甲壳素纳米晶体、淀粉纳米晶体以及壳聚糖纳米晶体等；蛋白质类固体粒子主要包括牛血清蛋白纳米粒子和明胶纳米粒子等。在制备多孔材料方面，上述提到的几类粒子一般仅仅作为Pickering乳液的稳定剂，而未参与到连续相的固定反应中，在材料处理后期可能被水洗而除去，既造成原料的浪费，又不能对材料的机械性能起到辅助作用，使得该类固体颗粒的应用价值受限。