[发明专利]一种基于低温快速成型的组织工程支架及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物材料与组织工程技术领域，尤其涉及一种基于低温快速成型的组织工程支架及制备方法。

背景技术

传统的组织工程支架制备技术包含有:纤维粘接技术、溶液浅铸/颗粒滤出技术、气体发泡技术、相分离技术、乳液冷冻干燥技术等。但是这些传统技术都有共同的缺点：孔径不一致，孔隙的形状不规则，孔隙间的连通性不足，可重复性差。相比之下，作为快速成型技术的一种，3D打印技术制备的组织工程支架具有独特优势：支架个性化、孔径尺寸可调节、孔隙率可控、孔隙联通性好，并可设计孔的形状，以及构建复杂空间结构。此外，3D打印技术具有优良的可重复性和生产效率，尤其可根据需求模拟天然组织的结构。

熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)是目前制作组织工程支架较常用的方法。FDM是将低熔点丝状材料通过加热器的挤压头熔化成液体，使熔化的热塑材料丝通过喷头挤出，挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，挤出半流动的热塑材料沉积固化成精确的实际部件薄层，覆盖于已建造的零件之上，并在1/10s内迅速凝固，每完成一层成型，工作台便下降一层高度，喷头再进行下一层截面的扫描喷丝，如此反复逐层沉积，直到最后一层，这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。采用该技术构建组织工程支架首先要解决材料问题，因材料加工时要经过熔融挤压程序且材料必须为丝状，熔融沉积制造工艺几乎不能使用天然的聚合物，也不适于部分粘度大的合成物。同时，材料在堆积凝固过程中会阻碍微孔的形成，而微孔是促进细胞吸附的重要因素之一。

目前熔融沉积成型技术通常采用聚己内酯(polycaprolactone，PCL)作为原料来制备组织工程支架。PCL是一种常用的具有生物相容性和生物可降解性的高分子材料，其可塑性强且生物力学强度高，但是因为不易于降解，因此不适合用于组织工程骨或者软骨的构建。聚乳酸-羟基乙酸共聚物(glycolic acid，PLGA)因其具有良好的生物可降解性、生物相容性等，己被美国食品药品管理局FDA广泛的应用于生物医学领域。但是，现有技术中通常采用电纺丝技术制备PLGA三维支架，而熔融沉积打印PLGA支架的成功率很低。这是由于纯PLGA材料在高温熔融(例如150～220℃)后粘度较大，容易堵塞打印喷嘴，且PLGA的结晶度低，打印出的纤维不易成型，容易发生塌陷和向两侧弥散，使临近纤维之间产生粘连导致孔径闭合，例如孔径通常小于100μm。如果为了避免粘连而减小纤维直径，则打印出的纤维强度不够，不能成行。如果增大纤维直径，例如300～600μm，也不能有效避免粘连现象，还容易因为塌陷而出现极小的孔径。为了避免上述情况，只能在设计时考虑增加纤维间距，因此熔融沉积成型采用高温打印出的PLGA支架的孔径通常大于500μm。即使能够用尽可能细的纤维，打印出尽可能合理的孔径300μm，但是其重复性很低，而且材料的脆性大，生物力学强度低，无法满足软骨支架的修复要求。

综上所述，现有技术中熔融沉积成型在高温下打印的纯PLGA支架存在孔径尺寸过大(>500μm)或者过小(<100μm)的缺陷，不易于准确控制3D打印PLGA支架的微观结构，且缺少内部微孔，不适于细胞在支架上的吸附和增殖。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有熔融沉积成型的纯PLGA支架孔径过大或过小且形态不规则的缺陷，提供一种复合赋形剂的基于低温快速成型的组织工程支架及制备方法。

本发明第一方面，提供了一种基于低温快速成型的组织工程支架的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚乳酸-羟基乙酸共聚物与有机溶剂以1:6～1:8的质量比混合，配置PLGA溶液；

(2)在所述PLGA溶液中加入氯化钠颗粒得到打印浆料，其中氯化钠颗粒与PLGA的质量比为1:2～2:1；

(3)将所述打印浆料置入熔融沉积成型三维打印机的喷头内，并在20～30℃温度及100～300kPa的气压下准备打印；

(4)将纤维直径设置为200～300μm，纤维间距设置为300～350μm，以3～6mm/s的速度打印出含有氯化钠颗粒的支架本体；

(5)去除含有氯化钠颗粒的支架本体中的有机溶剂；

(6)将含有氯化钠颗粒的支架本体置入水中浸泡，待氯化钠溶出后干燥得到所述基于低温快速成型的组织工程支架。

在根据本发明所述的基于低温快速成型的组织工程支架的制备方法中，所述制备方法还包括在步骤(6)之后执行的以下步骤(7)：