[發(fā)明專利]一種組織工程細(xì)胞培養(yǎng)支架的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310390103.9
• 申請(qǐng)日: 2013-08-30
• 公開（公告）號(hào): CN103433493A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹大川;李大為;何進(jìn);王鵬燕;何鳳利;陳瑞卿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F5/10
• 分類號(hào): B22F5/10;B22F3/16;A61L27/04;A61L27/06;A61L27/56
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種組織工程細(xì)胞培養(yǎng)支架。

背景技術(shù)

組織工程細(xì)胞培養(yǎng)支架是一種三維多孔開放式網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)框架，它能引導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)行粘附、生長(zhǎng)、增殖和分化等活動(dòng)，使之最終形成所需的三維組織或器官。組織工程細(xì)胞培養(yǎng)支架起到模擬細(xì)胞外基質(zhì)的作用，它不但為細(xì)胞的生長(zhǎng)提供三維空間和代謝場(chǎng)所，而且影響細(xì)胞的生物學(xué)行為和培養(yǎng)效率，同時(shí)決定著植入后能否與機(jī)體很好的適應(yīng)和結(jié)合，進(jìn)而影響整個(gè)組織修復(fù)的效果。因此，組織工程細(xì)胞培養(yǎng)支架的制備是組織工程研究中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。

目前，使用高分子材料和生物活性陶瓷材料制備的組織工程細(xì)胞培養(yǎng)支架已經(jīng)用于韌帶、肌腱、皮膚、血管、人工臟器、骨和牙齒等人體軟、硬組織及器官的修復(fù)。從當(dāng)前的研究成果來看，這些材料制備的組織工程細(xì)胞培養(yǎng)支架還存在一些亟待解決的問題，如高分子材料很難達(dá)到力學(xué)性能與生物相容性的統(tǒng)一。生物活性陶瓷模量高脆性大且制備的細(xì)胞培養(yǎng)支架的孔徑分布、孔隙形狀和孔隙率等難以控制，這都限制了其在硬組織工程中的應(yīng)用。

使用金屬材料制備的組織工程細(xì)胞培養(yǎng)支架具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其不但可以進(jìn)行細(xì)胞的體外三維培養(yǎng)，還可以植入體內(nèi)用于骨、關(guān)節(jié)和牙齒等硬組織損傷的修復(fù)。目前，使用金屬材料制備組織工程細(xì)胞培養(yǎng)支架的方法有：（1）粉末冶金法，是將金屬粉末與造孔劑等發(fā)泡粉末按比例混合后，通過加壓成型，燒結(jié)等手段制備而成。該方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)組織均勻，孔徑在一定范圍內(nèi)可調(diào)，缺點(diǎn)是孔隙率不高且工藝復(fù)雜、步驟繁瑣。（2）氣體發(fā)泡法，是在液態(tài)金屬中吹入氣體，冷卻后形成多孔金屬。此方法的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是多孔金屬結(jié)構(gòu)組織的均勻性和孔隙率難以控制。（3）固-氣相共晶凝固法，在金屬凝固時(shí)氣體作為共晶相中的一部分析出形成泡沫狀多孔金屬。（4）金屬電沉積法，是以有機(jī)高分子發(fā)泡材料為骨架，進(jìn)行電沉積后除去骨架形成多孔金屬。此類材料孔徑分布均勻，孔隙連通率高但強(qiáng)度受一定影響，且厚度受到工藝的限制。

對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Yuejun?Chen等人在《Journal?of?Materials?Science:Materials?in?Medicine》（材料科學(xué)雜志-醫(yī)學(xué)材料）期刊2011年22卷839-844頁(yè)中報(bào)道了“Preparation?and?characterization?of?a?novel?porous?titanium?scaffold?with?3D?hierarchical?porous?structures”（具有三維分層多孔結(jié)構(gòu)的新型多孔鈦支架的制備及其性能表征），該文中采用粉末冶金法制備多孔鈦支架，具體方法是：首先將純鈦粉、粘合劑、分散劑和發(fā)泡劑混合，充分?jǐn)嚢栊纬蓾{料；其次，將漿料注入模具中，待其干燥后進(jìn)行真空燒結(jié)；最后，對(duì)燒結(jié)后的樣品進(jìn)行酸-堿處理。這種方法工藝過程復(fù)雜，成本較高，且制備出的多孔鈦支架的孔徑分布不均勻，孔隙率難以得到較大提高。

綜上所述，使用傳統(tǒng)的制備多孔金屬的方法來制備組織工程細(xì)胞培養(yǎng)支架，其難以達(dá)到優(yōu)良的力學(xué)性能、均勻的孔徑分布和連通性好的孔隙結(jié)構(gòu)三者相統(tǒng)一，同時(shí)這些方法還存在制造工藝明顯不足和生產(chǎn)成本較高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種金屬纖維基組織工程細(xì)胞培養(yǎng)支架的制備方法，此類細(xì)胞培養(yǎng)支架具有優(yōu)良的生物相容性、較高的孔隙率、可控的孔徑尺寸和優(yōu)良的力學(xué)性能，且制造工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，成本低。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

1.采用金屬纖維為原料，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，將預(yù)處理后的金屬纖維壓制成型得到細(xì)胞培養(yǎng)支架預(yù)制體；

2.將細(xì)胞培養(yǎng)支架預(yù)制體依次放入5-10%W/V的草酸水溶液、丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗10-30min；然后將細(xì)胞培養(yǎng)支架預(yù)制體放入真空干燥箱中，在60-80℃下恒溫保持1-4h；

3.再將細(xì)胞培養(yǎng)支架預(yù)制體放入圓片式加壓裝置中，通過調(diào)整螺母擰緊壓片使預(yù)制體厚度與壓制成型后的厚度一致，然后將中間夾有細(xì)胞培養(yǎng)支架預(yù)制體的圓片式加壓裝置放入真空燒結(jié)爐內(nèi)，真空或氬氣保護(hù)下燒結(jié)，隨爐冷卻至室溫；

所述金屬纖維為不銹鋼、鈦或鈦合金纖維；不銹鋼纖維直徑為6-500μm，鈦或鈦合金纖維直徑為50-500μm；其中直徑為6-20μm的金屬纖維每500-3000根為一金屬纖維束進(jìn)行使用；

所述的預(yù)處理包括以下內(nèi)容：

對(duì)于直徑為6-20μm的金屬纖維，將金屬纖維束剪切成長(zhǎng)度相等的短纖維束，其長(zhǎng)度為10-80mm，由梳理機(jī)分散后成為單纖維，隨機(jī)填充于圓桶形模具中；