[發(fā)明專利]泡沫炭生物支架及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010586384.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102008747A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海蓉;夏磊磊;周征
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): A61L27/08
• 分類號(hào): A61L27/08;A61L27/56;C12N5/071
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所 43008
• 代理人: 趙洪;楊斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種組織工程生物材料及其制備方法和應(yīng)用，尤其涉及一種生物支架及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

大規(guī)模動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是組織工程、基因工程的基礎(chǔ)，大量的生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、體外藥理學(xué)試驗(yàn)也離不開(kāi)體外細(xì)胞培養(yǎng)。目前國(guó)際上通用的二維平面細(xì)胞體外培養(yǎng)方式，獲得細(xì)胞為平面單層細(xì)胞，細(xì)胞生命狀態(tài)與在真實(shí)人體內(nèi)的三維立體結(jié)構(gòu)完全不同，細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互空間位置、信號(hào)傳導(dǎo)與增殖調(diào)控和體內(nèi)環(huán)境有很大區(qū)別，生命活動(dòng)將異于正常的細(xì)胞狀態(tài)并可能導(dǎo)致細(xì)胞組織的退變。因此，為實(shí)現(xiàn)未來(lái)具有突破性的高密度的細(xì)胞培養(yǎng)方式，使細(xì)胞可以在三維空間上與鄰近細(xì)胞相互接觸、傳導(dǎo)信號(hào)，更加真實(shí)地模擬人體內(nèi)的細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)，細(xì)胞培養(yǎng)方式必須采用三維培養(yǎng)。但是因?yàn)槿狈γ?xì)血管等傳質(zhì)通道，體外細(xì)胞三維培養(yǎng)必然會(huì)遇到多層細(xì)胞間的傳質(zhì)難題——多層細(xì)胞間的氧氣、養(yǎng)分、生長(zhǎng)因子及代謝產(chǎn)物無(wú)法輸送，細(xì)胞生長(zhǎng)到一定厚度后即因其無(wú)法與外界進(jìn)行物質(zhì)交換而死亡。為克服傳質(zhì)難題實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的大規(guī)模三維培養(yǎng)，細(xì)胞需要一個(gè)“模板”——三維支架材料，該“模板”能指導(dǎo)細(xì)胞黏附增殖形成三維立體空間分布，并利用支架材料上三維連通孔網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行氧氣、養(yǎng)分、生長(zhǎng)因子的輸入及代謝產(chǎn)物的輸出。

目前被廣泛研究的三維支架材料，如聚己交酯(PGA)、聚左旋乳酸(PLLA)、聚右旋乳酸(PDLA)、生物活性陶瓷等，具備高比表面積、三維連通孔網(wǎng)絡(luò)與生物相容性，多用于體內(nèi)小范圍組織缺損修復(fù)，但是由于這些支架材料的可降解性、可吸收性及抗壓強(qiáng)度不高，難以真正用作體外細(xì)胞高密度、長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)的支架材料。而在大規(guī)模動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，三維支架材料不僅需要合適的三維結(jié)構(gòu)與良好的生物相容性，以能夠使細(xì)胞正常地黏附增殖，還必須具有良好的化學(xué)、力學(xué)穩(wěn)定性，以保證細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持正常。因此，迫切需要研發(fā)一種生物相容性良好的非降解多孔材料作為體外細(xì)胞培養(yǎng)的支架材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種開(kāi)孔率高、密度低、對(duì)生物體無(wú)毒性、生物相容性好并能在體外細(xì)胞長(zhǎng)期培養(yǎng)中保持機(jī)械性能穩(wěn)定的泡沫炭生物支架，還相應(yīng)提供一種該泡沫炭生物支架的制備方法和應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種泡沫炭生物支架，所述泡沫炭生物支架是由酚醛樹(shù)脂形成的前驅(qū)體經(jīng)碳化而成，所述前驅(qū)體是酚醛樹(shù)脂在常壓下經(jīng)發(fā)泡固化后形成。

在上述的泡沫炭生物支架中，其優(yōu)選具有三維的連通孔結(jié)構(gòu)。在這種具有三維連通孔結(jié)構(gòu)的泡沫炭生物支架中，所述連通孔的孔徑范圍優(yōu)選為50微米～500微米，開(kāi)孔率優(yōu)選為70％～90％(開(kāi)孔率是指泡沫炭生物支架中氣泡所占體積與泡沫炭生物支架的總體積之比)。

作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種泡沫炭生物支架的制備方法，包括以下步驟：

(1)配料：取用酚醛樹(shù)脂，并向其中分別添加酚醛樹(shù)脂質(zhì)量20％～30％的發(fā)泡劑、0.1％～0.5％的乳化劑及0.5％～0.9％的填料，混合均勻得樹(shù)脂混合物；

(2)發(fā)泡固化：向所述樹(shù)脂混合物中加入所述酚醛樹(shù)脂質(zhì)量15％～20％的固化劑，混合均勻后立即置于水浴中發(fā)泡(常壓發(fā)泡)，再在水浴中進(jìn)行預(yù)固化，得到預(yù)固化體；

(3)干燥固化：將所述預(yù)固化體進(jìn)行干燥以進(jìn)一步固化，獲得泡沫炭前驅(qū)體；

(4)碳化燒成：隔絕空氣狀態(tài)下，對(duì)所述泡沫炭前驅(qū)體進(jìn)行碳化燒成，得到泡沫炭生物支架。

上述的泡沫炭生物支架的制備方法中，所述發(fā)泡劑優(yōu)選為正戊烷；所述乳化劑優(yōu)選為十六烷基苯磺硫酸鈉；所述填料優(yōu)選為石墨粉；所述固化劑優(yōu)選為質(zhì)量濃度15％～25％的稀硫酸。

上述的泡沫炭生物支架的制備方法中，所述水浴的溫度優(yōu)選控制在60℃～70℃，在所述水浴中發(fā)泡時(shí)一般攪拌5～10分鐘，所述預(yù)固化的時(shí)間在30分鐘以上。

上述的泡沫炭生物支架的制備方法中，所述干燥時(shí)的溫度優(yōu)選控制在100℃～150℃，干燥時(shí)間優(yōu)選在24小時(shí)以上。

上述的泡沫炭生物支架的制備方法中，所述碳化燒成時(shí)的溫度優(yōu)選控制在800℃～1000℃，保溫時(shí)間優(yōu)選在3小時(shí)以上(升溫時(shí)間未計(jì)算在所述保溫時(shí)間內(nèi))。

作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的泡沫炭生物支架在體外細(xì)胞培養(yǎng)上的應(yīng)用，應(yīng)用時(shí)針對(duì)不同細(xì)胞種類的需求將植有細(xì)胞的泡沫炭生物支架置于靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的循環(huán)培養(yǎng)體系中培養(yǎng)。