[发明专利]一种蜂窝状聚合物基仿生多孔支架材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，尤其是纵行形貌组织缺损的组织工程技术再生修复领域；具体涉及一种蜂窝状聚合物基仿生多孔支架材料及其制备方法。

背景技术

组织工程，作为一种新的再生医学修复技术，临床应用前景十分诱人，因此受到世界各国科学工作者的重视。组织工程是通过在可生物降解的三维多孔生物材料中种植种子细胞，经体外或体内培养增殖、分化到一定程度后移植入体内待修复部位继续生长，从而实现组织或器官结构或功能再生修复的一类技术。该技术有望取代目前临床上缺损组织或器官修复所使用的自体/异体移植等方法，这些方法存在供体不足、传染病风险、免疫排斥反应等弊端。目前，组织工程技术在骨和皮肤等缺损组织的再生修复中取得了巨大进步，部分还进行了临床实验。然而，对于具有纵行形貌组织如周围神经、肌腱和韧带等的缺损或功能丧失的再生修复，由于它们具有特殊的形貌，即由大量平行排列的基膜管构成的蜂窝状结构，支架的仿生制备难度较大，其组织工程再生修复技术仍处于探索阶段。取得突破性进展的关键步骤之一是能否构建出最大程度仿生周围神经、肌腱和韧带等平行管状结构的蜂窝状多孔支架材料。

传统的组织工程多孔支架制备方法，如致孔剂法、发泡法、溶液浇注/漓滤法和经典相分离法等，由于不能制备取向孔结构，无法应用于具有纵行形貌组织的再生修复。目前，构建组织工程用蜂窝状多孔支架材料的主要技术有下面几种，其优缺点如下：(1)生物组织衍生法：采用适当的理化方法去除周围神经或骨骼肌等生物组织中的细胞以获得蜂窝状孔结构，其优点是具有仿真的孔结构和组成，但存在降解快、强度低、残留细胞碎屑和免疫原性等问题，且不宜保存和直接应用；(2)单向温度梯度冷冻干燥法：其通过对聚合物溶液施加一单向温度场实现冰的定向生长，经升华后形成平行排列的管状孔结构，优点是平均孔径可调范围大，为20～200μm，缺点是管孔间连通性差，孔形状不规则，孔径分布不均匀等；(3)金属细针模板法：通常以平行排列的金属丝/针阵列作为模具，结合相分离等方法，获得众多单轴取向的管孔，其优点是孔排列规整且为圆形，致命缺点是管孔孔径很难小于100μm且微管数量少，与自然周围神经等组织的基膜管孔径范围(10～100μm)不匹配；(4)聚合物纤维模板法：将可溶性纤维包埋于可交联的聚合物中，经交联固化、选择性溶解去除纤维后获得纵行通道的水凝胶，但该法纤维取向不可控和适用材料种类太少；(5)高压静电纺丝法：可得到微/纳米纤维复合的多孔支架，适用材料种类多，而且可通过定向电纺得到平行排列的纤维束，但所得多孔支架孔形貌和纤维间隙大小控制问题还未得到解决；(6)微/纳米图案化二维膜构建三维仿生支架：这种新技术可获得精准的图案尺寸，但由二维膜向三维多孔支架转变过程中，尚不能很好地解决层间连通性和保持图案形状。另外，快速成形技术近年来受到越来越多的重视，已尝试用于管状孔多孔支架的制备，但因其孔尺寸制备精度目前难以小于100μm而无法制备出仿生神经、肌腱和韧带等的多孔支架(SJ Hollister.Nat Mater，2005，4：518～524)。此外，还有将中空管和纵向排列纤维束结合的方法用于纵行形貌组织再生修复的，即在中空管内部构建纵向平行排列的纤维束，作为内部支架结构，相对于单纯的中空管而言，可以明显改善支架力学性能，但并不是真正意义上的仿生支架。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蜂窝状聚合物基仿生多孔支架材料及其制备方法，该方法以具有蜂窝状孔结构的植物组织为模板，通过建立可溶性多孔盐负模技术，将植物组织具有的蜂窝状孔结构转移至人工合成的生物高分子材料中，获得具有蜂窝状孔结构的仿生多孔支架，用于具有特殊定向组织形貌的周围神经、肌腱和韧带等组织缺损的组织工程再生修复。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)植物组织模板处理：以具有蜂窝状孔结构的、蜂窝状孔径为10～200微米的植物组织为模板经成型加工后用体积浓度为5％～10％的氨水浸泡12～24小时，浸泡期间进行缓慢搅拌，随后用蒸馏水洗涤至中性，冷冻干燥后备用；

2)真空碳化：将冷冻干燥后的植物组织模板置于真空炉中，以0.2～2℃/分钟的升温速度将炉温自室温升至400～650℃，保温2～6小时后随炉冷却至室温得到多孔碳体；

3)熔融渗盐：将多孔碳体包埋于粒径为200目的水溶性盐粉末中，并将其置于真空炉中，以2～5℃/分钟的升温速度自室温升至900～1300℃，保温2～6小时后随炉冷却至室温，得到多孔碳/水溶性盐复合物；