[发明专利]一种具有高度有序互连多孔结构的高分子聚合物/羟基磷灰石复合支架及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种具有高度有序互连多孔结构的高分子聚合物/羟基磷灰石复合支架及其制备方法与应用。具体制备方法：将高分子聚合物微球置于平衡振动台上振动，之后进行加热使微球熔融粘结，得到高分子聚合物微球模板；冷却融化后的高分子聚合物微球模板，并浸泡于高分子聚合物/羟基磷灰石混合溶液中；并在电场下进行凝胶固化处理；并使用有机溶剂去除高分子聚合物微球模板得到复合支架；将所述复合支架中有机溶剂使用乙醇进行置换，再通过水置换复合支架中的乙醇，最后冷冻干燥得到所述有序高分子聚合物/羟基磷灰石复合支架。可以获得大面积高质量的坚固均匀、高度有序并且孔径互连的三维结构，并且该支架适用于灌流培养系统，具有进一步临床应用的潜力。

技术领域

本发明属于生物医药材料技术领域，尤其是指一种具有高度有序互连多孔结构的高分子聚合物/羟基磷灰石复合支架及其制备方法与应用。

背景技术

组织工程三维支架材料在骨组织工程研究中占据着十分重要的作用，可以在骨组织再生过程中模拟细胞外基质，为细胞提供合适的生长环境和机械支撑。高分子聚合物生物相容性良好、加工成型简单，已被广泛应用于制备骨组织工程支架。羟基磷灰石(HA)作为骨组织中主要的无机成分，将其与高分子聚合物结合形成复合材料，既可以增强复合材料体系的力学性能，又可赋予其生物活性，增强其骨再生能力。在不同类型的复合多孔支架中，大孔(100μm)往往更有利于细胞长入和成骨分化，支架所具备的坚固均匀、互连多孔的结构对于引导细胞粘附和渗透至关重要，可为细胞粘附和增殖提供相对稳定的生长环境。另一方面，细胞在多孔支架上的培养方式是骨组织工程中的关键步骤，在生物体内，许多细胞都暴露于由生物流体系统所产生的流体剪切应力中，这些机械力对细胞的生长、形态具有重要影响。然而传统的静态细胞培养模式限制了营养物质的扩散和流动，细胞的生长只能存在于细胞表面，不利于进一步增殖。在体外的生物反应器中，支架处于动态灌流培养模式，可通过调节流速，模拟类似于体内的流体剪切力环境，实现体外长期动态3D细胞培养，并维持细胞功能性。如内皮细胞的培养，适当的剪切力有利于促进其规范化的排布；干细胞培养则需要低剪切力环境避免刺激其分化。动态培养过程更加促进营养物质和废物的进入和输出，这就要求复合支架具有相互连接、坚固有序并且均匀的多孔网络，才能确保物质的有效扩散，为进一步细胞增殖和分化等生长提供良好的条件。

近年来，研究者们已开发了多种制造技术用于制备三维复合支架材料，如冷冻干燥法、粒子沥滤法以及3D打印法。冷冻干燥法中冰晶的生长具有随机性，获得的多孔结构通常是无序的，孔径连通性较差。粒子沥滤法是利用致孔剂形成多孔支架，基于粒子沥滤法，研究者们开发了通过紧密堆积的单分散微球晶格组成的模板来制造传统的反蛋白石支架，但在微球的排列上，目前的旋涂法、对流法等自组装技术只适用于二维纳米小颗粒的组装，三维微米大颗粒的排列易出现多层堆积或缺损现象，大面积高质量的进行较大微球的三维排列仍然不易实现。同时，传统的反蛋白石法在填充过程中易出现填充不完整，导致形成的支架多孔结构易坍塌，影响支架结构的完整性，无法构建大面积有序互连的多孔结构。近年来发展起来的3D打印技术可通精确快速地制造任意复杂形状的3D结构体，但该方法成本相对较高，并非每个实验室都拥有如此精密的仪器。因此，常规方法难以制备坚固均匀、高度有序且孔径互连的多孔支架，新兴的3D打印技术也不是每个实验室都可以提供，为了解决这一难题，采用电场诱导反蛋白石法制备一种具有高度有序互连多孔结构的高分子聚合物/羟基磷灰石复合支架是一种可行的策略。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有高度有序互连多孔结构的高分子聚合物/羟基磷灰石复合支架的制备方法。本发明在任何常规材料实验室都可以做到的电场诱导反蛋白石法制备高分子聚合物/羟基磷灰石

(HA)复合支架的方案，可以获得坚固均匀、高度有序并且孔径互连的三维结构，并且该支架适用于动态灌流培养系统，具有进一步临床应用的潜力。

本发明的第一个目的在于提供一种具有高度有序互连多孔结构的高分子聚合物/羟基磷灰石复合支架的制备方法，包括以下步骤：