[發(fā)明專利]一種組織工程用三維多孔支架的制備方法及設備

有效

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• 申請日: 2010-06-28
• 公開（公告）號: CN101884574A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 徐安平;汪建明;朱東彬;曲云霞
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: A61F2/82
• 分類號: A61F2/82;A61L27/22;A61L27/20;A61L27/18;A61L27/56
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學工程和先進制造技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種組織工程用三維多孔支架的制備方法及設備。

背景技術(shù)

近年來，隨著細胞生物學、分子生物學及生物材料學研究的突飛猛進，組織工程作為一門新興的交叉學科在其研究和應用方面也取得了很大的進展。組織工程學的基本原理和方法是將在體外培養(yǎng)、擴增的正常組織細胞種植到具有良好生物相容性且在體內(nèi)可逐步降解吸收的組織工程多孔支架上，形成細胞-支架復合物，細胞在支架上增殖、分化，然后將此復合物植入機體組織病損部位，在體內(nèi)繼續(xù)增殖并分泌細胞外基質(zhì)，伴隨著材料的逐步降解，形成新的與自身功能和形態(tài)相適應的組織或器官，從而達到修復病損組織或器官的目的。這種方法將使組織器官缺損的治療從器官移植進入器官制造的新時代。

組織工程的關(guān)鍵技術(shù)之一在于將生物材料制成具有特定形狀和孔結(jié)構(gòu)的支架。支架的作用是引導周圍組織細胞的遷移及生長(組織傳導性)，或為種植于支架多孔結(jié)構(gòu)中細胞的生長提供一個適宜基質(zhì)，保證細胞的黏附、增值、分化功能及遷移。為了滿足細胞的這些要求，選擇合適的材料制備支架非常重要，但同時也應注意支架加工過程可能對其適應性產(chǎn)生的影響。

在組織工程中應用更多的是與特定組織或器官先匹配的具有復雜形狀的三維多孔支架，因而研究開發(fā)具有復雜形狀的三維多孔支架的制備技術(shù)是組織工程研究中迫切需要解決的關(guān)鍵問題之一。組織工程支架中孔隙位置、孔徑大小的控制及孔隙率的高低也是多孔支架研究中的關(guān)鍵問題。

在現(xiàn)有的支架制備方法中，纖維黏接法的纖維比表面積大，可制備成不同形狀的相互黏連的纖維網(wǎng)絡，用于組織再生如血管、腸的管狀支架，但若支架的三維形狀較復雜時，該技術(shù)并不能解決問題。利用溶劑灌制和粒子瀝濾技術(shù)可制得孔隙率近93％，且孔隙相通的多孔支架。孔隙率可通過改變鹽用量而調(diào)節(jié)，孔徑大小也可以通過改變鹽顆粒尺寸而實現(xiàn)與孔隙率無關(guān)的控制。但該方法只能用于薄的晶片與膜材(厚度＜2mm)支架，不能直接構(gòu)筑三維支架，而且不能控制孔隙的位置。粒子致孔法簡單、適用性廣、孔隙率和孔尺寸易獨立調(diào)節(jié)，是一個通用的方法，也得到了廣泛應用，但該方法在致孔時往往需要用到有機溶劑，支架中殘留的有機溶劑在體外會產(chǎn)生毒性效應，并在體內(nèi)誘發(fā)炎癥反應。氣體發(fā)泡法可避免在制備支架時使用有機溶劑，該方法與粒子瀝濾技術(shù)相結(jié)合，則可制得相連的開孔結(jié)構(gòu)的多孔支架，但該方法的不足之處是支架中的孔隙不可控。

生物微膠囊，多以溶劑蒸發(fā)法、相分離法、界面沉積法和噴霧干燥法等物理化學法，以及聚合法、乳化法等化學方法制備。用上述方法制備的微膠囊，通常需要在高溫條件下或使用反應劇烈的破壞性有機溶劑，所制備的微膠囊粒徑分布寬，很難滿足生物支架中保持生物物質(zhì)活性的要求，需要篩分過濾。靜電法是通過電場中離子型物質(zhì)之間的反應制備微膠囊的，雖然制造過程比較溫和，但生產(chǎn)規(guī)模小，且生產(chǎn)的微膠囊粒徑往往在200μm以上，不能滿足實際使用要求。國內(nèi)外有關(guān)微米級尺寸的微膠囊制造技術(shù)鮮有報道，Bnenedetti等利用超臨界物體技術(shù)制得粒徑小于20μm的微膠囊，但超臨界物體技術(shù)對實驗儀器、實驗環(huán)境及流體的性質(zhì)要求苛刻，無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。中國科學院大連化學物理研究所生物醫(yī)學材料工程組制作的包細胞海藻酸鈉微膠囊，其平均直徑在240μm左右，粒徑同樣較大，不能滿足實際使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種組織工程用三維多孔支架的制備方法及設備，該制備方法及設備所制備的三維多孔支架具有與缺損組織或器官同樣復雜的外形結(jié)構(gòu)，并且支架的孔隙可控，沒有污染，適于工業(yè)化實施；該設備適用于本發(fā)明制備方法，結(jié)構(gòu)簡單。便于工業(yè)化制造。

本發(fā)明解決所述制備方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設計一種組織工程用三維多孔支架的制備方法，該制備方法基于三維噴墨打印方法與生物微膠囊點種方法，采用如下步驟：

(1)首先由三維CAD軟件設計出支架的形貌，然后根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求，將支架按一定厚度切片分層，得到支架每一層的二維截面信息；

(2)在CAD軟件的控制下，三維噴墨打印噴頭沿X軸和Y軸方向運行，完成支架第一層截面信息所設定的打印運動，并按照該截面信息噴射液態(tài)聚合物，使液態(tài)聚合物直接或在紫外燈的照射下粘結(jié)成支架的第一層片；在計算機的控制下，生物微膠囊制備噴嘴在支架的第一層片上點種微膠囊顆粒，使微膠囊顆粒堆積形成支架設計要求的孔隙，同時使堆積的微膠囊顆粒作為支架的下一層支撐；所述的液態(tài)聚合物包括粘結(jié)性的生物可降解型高分子聚合物或光固化生物可降解型高分子聚合物；