[發明專利]一種力學性能可控的聚乙烯醇軟骨支架的制備方法

有效

• 申請號: 201610031634.2
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105664241B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 汪焰恩;魏慶華;李欣培;楊明明;柴衛紅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: A61L27/16
• 分類號: A61L27/16;A61L27/52;A61L27/50;G06F19/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明提出一種力學性能可控的聚乙烯醇軟骨支架的制備方法，該方法利用分子動力學的數值計算方法，通過對PVA水凝膠體系進行建模，從微觀分子相互作用的層面對體系進行分子動力學平衡計算，并獲得水凝膠體系的微觀靜態力學性能參數。進而可以對材料的性質進行預測，結合理論計算結果與實際需求，調整PVA與去離子水的質量比，最終尋找到符合彈性模量要求的質量比，從而為軟骨支架的制備提供可靠的工藝參數，可快速簡便地獲得具有特定彈性模量的軟骨支架，大大縮短了軟骨支架材料的研發周期。

技術領域

本發明涉及一種PVA軟骨支架的制備方法。涉及以分子動力學為計算理論，通過數值仿真計算聚乙烯醇(PVA)共混水凝膠基體材料的微觀力學，從而實現對PVA軟骨支架力學性能的可控。

背景技術

由于疾病、衰老、事故和戰爭等導致的軟骨缺損常見于媒體和臨床病例中，特別是對于體育運動員來說，軟骨缺損極有可能導致其過早結束自己的運動員生涯，嚴重的更可能對其以后的正常生活造成影響。因此軟骨修復問題刻不容緩，解決軟骨缺損這一問題最有效的方法是對缺損軟骨位進行人工替代。但軟骨的再生是面臨的一大難題，目前臨床上主要用骨膜、不可降解或者可降解的生物材料來修復，但是這些治療方法都有其固有的缺陷。如降解產物對機體的不良反應，不可降解的材料引起機體的排異反應和遠期效果不好等。當今應用的多是利用高分子材料支架傳遞軟骨細胞修復軟骨缺損，但是醫用高分子材料昂貴且其降解產物對組織有破壞性，所以，生物組織工程中對軟骨支架的制備一般是采用水凝膠材料。而聚乙烯醇(PVA)水凝膠的使用最為廣泛，因為PVA水凝膠除了具備一般水凝膠的性能外，特別具有毒性低、機械性能優良(高彈性模量和高的機械強度)、吸水量高和生物相容性好等優點，作為醫療代用材料具有潛在的應用前景。很多科研人員對PVA類水凝膠進行了較為深入的研究，并取得了豐碩的成果。

臨床上使用的軟骨支架必須滿足一定的力學性能，因為軟骨一般分布在人體的關節部位，承載著一定的負荷，而不同的關節部位對對軟骨的力學性能要求不一樣。此外，不同的病患在同一關節部位對軟骨支架的力學性能要求也不一樣。理想的軟骨支架其力學性能必須與病患的個體特異性相匹配，這就對我們的制造工藝提出了挑戰。如何制備出具有特定力學性能的軟骨支架成為了軟骨支架制備工藝的難題，傳統的方法只能是通過不斷地實驗嘗試，而后對樣品進行測試才能制備出具有特定力學性能的軟骨支架，這一過程不僅成本較高，而且開發周期較長，不利于病患軟骨的修復、治療。

發明內容

為了克服傳統制備工藝中軟骨支架力學性能不可控的問題，本發明提出一種力學性能可控的聚乙烯醇軟骨支架的制備方法，利用分子動力學的數值計算方法，通過對PVA水凝膠體系進行建模，從微觀分子相互作用的層面對體系進行分子動力學平衡計算，并獲得水凝膠體系的微觀靜態力學性能參數。進而可以對材料的性質進行預測，為軟骨支架的制備提供可靠的工藝參數，可快速簡便地獲得根據個體差異定制具有不同機械強度的軟骨支架基體材料，大大縮短了軟骨支架材料的研發周期，為病患快速制備力學性能相匹配的軟骨支架。

本發明的技術方案為：

所述一種力學性能可控的聚乙烯醇軟骨支架的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：通過分子動力學模擬仿真軟件分別構建聚乙烯醇高分子鏈模型和水分子模型，將構建的聚乙烯醇高分子鏈與水分子按M:N的質量之比構建聚乙烯醇水凝膠體系的無定型晶胞模型；

步驟2：在分子動力學模擬仿真軟件中建立適用于步驟1所得聚乙烯醇水凝膠體系的無定型晶胞模型的力場環境；并在力場環境下對聚乙烯醇水凝膠體系的無定型晶胞模型進行分子動力學仿真；待聚乙烯醇水凝膠體系平衡后，再對聚乙烯醇水凝膠平衡軌跡進行靜態力學性能分析，得到聚乙烯醇水凝膠體系的力學性能；