[发明专利]一种多尺度生物支架及其制造方法与应用

说明书

本发明提供一种多尺度生物支架及其制造方法与应用，其中生物支架包括交错设置的若干轴向纤维和若干周向纤维，所述轴向纤维的直径为2～20μm，所述周向纤维的直径为50μm～2mm，且相邻周向纤维之间的排列间距大于相邻轴向纤维之间的排列间距。上述制造方法采用3D打印、静电纺丝、浇注成型或前述任一方法与卷膜工艺结合。上述应用为上述多尺度生物支架在制造组织工程支架中的应用。本发明的生物支架兼顾了比表面积以及孔隙大小，很好的模拟了体内定向组织，细胞负载在该种支架上可以展现出定向生长的状态，并很好得实现功能化，有利于进一步引用于组织工程修复。

技术领域

本发明属于生物制造与设计技术领域，具体涉及一种多尺度生物支架及其制造方法与应用。

背景技术

近年来，组织工程理念用于组织修复越来越引起人们的关注，其有效性也得到越来多研究的验证。组织工程方法在于将支架，细胞以及相关的细胞因子营养物质，载体外进行混合或者预培养，在实现一定组织功能之后移植进入体内，进行快速修复。因此，组织工程支架的设计对于最终的修复效果，以及预培养组织的功能实现至关重要。

在人体组织中，有很多定向的纤维组织，例如神经系统中的神经纤维，肌肉组织中的肌肉纤维，心肌组织中的定向心肌纤维，都是细胞依附定向纤维生长的情景。因此，具有定向纤维结构的组织工程仿生支架的设计以及制造一直是生物制造领域的重点问题。理想组织工程支架的特点包括支架结构很好模拟体内环境，孔隙大小适合营养渗透以及细胞迁移，与此同时比表面积尽可能大，从而能负载尽可能多的细胞。

目前现存的仿生定向支架设计往往存在孔隙大小与比表面积矛盾的局面，很多设计中，整体支架由纳米孔和纳米纤维组成，虽然营养渗透没问题，但是过小的孔径不利于细胞的迁移。另一部分设计中，整体支架都由几百微米的孔和几百微米的纤维组成，与体内的环境以及细胞尺寸相差甚远，且其比表面积也大大降低。此外，支架在体内长期植入，其形态保持和力学支撑对于给组织长入和细胞的渗透同样重要。目前大部分的组织工程支架设计无法同时满足上述要求。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种多尺度生物支架，具有适宜的孔径和比表面积，能够很好地模拟人体组织微环境，并能够在人体内长期维持形貌，达到较好的组织修复效果。

本发明提供了一种多尺度生物支架的制造方法，该方法突破了传统组织工程支架无法很好模拟人体组织微环境(尺度与细胞尺度相差甚远)，无法兼顾合适孔径以及合适的比表面积，以及在体内无法长期维持形貌提供力学支撑的限制。最终将其用于负载不同细胞，细胞会在该支架上展现出沿轴向定向生长的形态。

一种多尺度生物支架，包括交错设置的若干轴向纤维和若干周向纤维，所述轴向纤维的直径为2～20μm，所述周向纤维的直径为50μm～2mm，且相邻周向纤维之间的排列间距大于相邻轴向纤维之间的排列间距。

上述生物支架中，轴向纤维用于模拟人体组织中普遍存在的定向纤维结构，如神经纤维，胶原纤维，肌纤维等等；周向纤维用于为整个生物支架提供力学支撑，从而长期维持生物支架的形貌。

上述生物支架中，沿生物支架周向排列的轴向细纤维(即轴向纤维)，其排列间距较小，排列较密，纤维直径在两微米至二十微米之间。周向粗纤维(即周向纤维)的直径可在五十微米至几毫米，其排列间距较大。整体上，在同一结构中，轴向细纤维的排列间距要小于周向粗纤维。

上述生物支架剔除了传统组织工程学支架无法兼顾比表面积以及空隙大小的问题，很好的模拟了体内定向组织，细胞负载在该种支架上可以展现出定向生长的状态，并很好得实现功能化，有利于进一步引用与组织工程修复。

作为优选，所述轴向纤维的直径为5～15μm，所述周向纤维的直径为50μm～500μm；作为进一步优选，所述轴向纤维的直径为5μm、8μm、10μm、12μm、15μm等，所述周向纤维的直径为50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm等。