[发明专利]泡沫炭生物支架及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种组织工程生物材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种生物支架及其制备方法和应用。

背景技术

组织工程学是运用工程科学与生命科学的基本原理和方法，研究和开发生物替代物，进而恢复、维持和改进人体组织功能的一门新兴学科，属于多学科、交叉学科领域，其研究主要包括三个方面：种子细胞、生物材料支架和生长因子。近年来，随着细胞生物学、分子生物学、信息学以及计算机科学的进展，寻找理想的细胞外支架材料成为现阶段的研究热点。

组织工程支架材料组成的空间结构为细胞提供了获取营养、气体交换和新陈代谢的场所，有利于建立细胞与生物材料的三维空间复合体，是组织工程研究及其临床应用的关键之一。理想的组织工程支架材料具有以下特点：(1)无毒性，良好的生物组织相容性，且其材料本身及降解产物不引起机体的免疫排斥反应；(2)有一定孔隙率，良好的表面活性，能够维持生长其上的细胞形态和表型，并能增进细胞的黏附和增殖，诱导组织再生；(3)具有生物可降解性及降解可调节性，一定的可塑性和机械强度，以保证三维空间的稳定及体系力学性能的动态平衡；(4)可以作为基因和生物因子的载体，更好地调节细胞在支架材料上的生长。

目前，组织工程中用作细胞支架的生物材料主要是一些天然高分子、天然无机物和合成高分子。其中，天然高分子有甲壳素、壳聚糖、海藻酸盐胶原蛋白等；天然无机物主要有羟基磷灰石、珊瑚礁、纤维蛋白等；合成高分子包括脂肪族聚酯、聚酸酐、聚醚类等。大量的研究表明，天然生物支架材料一般都无毒、亲水、生物相容性好，但其成本相对较高，不易加工且重复性差；因而组织工程中应用较普遍的是合成高分子生物支架，如聚己内酯(PCL)、聚己交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)及其共聚物己交酯-丙交酯(PLGA)等，此类材料具有一定的机械强度，性能可控，且通过一系列的表面改性能够提高生物活性，是目前应用最广泛的生物支架材料。

尽管对天然生物材料(如胶原及壳聚糖等)和人工合成可降解材料(如聚乳酸、聚羟基乙酸及其复合物等)已经进行了不少研究，但生物支架材料存在的种种技术问题(如细胞贴附性、可降解调控性、生物活性等)依然没有很好的得到解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种机械强度高、开孔率高、密度低、对生物体无毒性、生物相容性好的泡沫炭生物支架，还相应提供一种该泡沫炭生物支架的制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种泡沫炭生物支架，所述泡沫炭生物支架由多孔状有机泡沫和附着于该有机泡沫孔壁表面的酚醛树脂作为前驱体经碳化而成。

在上述泡沫炭生物支架中，所述的有机泡沫优选为聚氨酯泡沫。

在上述泡沫炭生物支架中，所述泡沫炭生物支架的孔径范围优选在150微米～500微米，开孔率优选为70％～90％。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种泡沫炭生物支架的制备方法，包括以下步骤：

(1)多孔支架模板成形：先根据产品所需的形状和尺寸，用有机泡沫加工成形得到多孔支架模板；

(2)浸渍：将所述多孔支架模板置于酚醛树脂的乙醇溶液中浸渍(浸渍后基体质量增大约30％～40％)；其中酚醛树脂的乙醇溶液也可以用酚醛树脂的其他溶液代替，特别是可以用酚醛树脂和其他易挥发溶剂制成的溶液代替；

(3)干燥：将浸渍后的多孔支架模板进行干燥，以使得其中的乙醇充分挥发；

(4)固化：用微波对干燥后的多孔支架模板进行加热，再对多孔支架模板进行鼓风干燥，使渗透进多孔支架模板中的酚醛树脂进一步固化；

(5)深度固化：重复上述步骤(2)～(4)的操作3～6次，获得生物支架前驱体；

(6)碳化烧成：在隔绝空气的状态下，对深度固化后得到的生物支架前驱体进行碳化烧成，得到泡沫炭生物支架。

上述工艺的基本原理是以聚氨酯泡沫为模板，孔径可以为1毫米～2毫米，以酚醛树脂(或选择残碳率较高的其他树脂)为前驱体，经过干燥、固化及最后的碳化烧成，得到本发明的泡沫炭生物支架。

上述的泡沫炭生物支架的制备方法中，所述酚醛树脂的乙醇溶液优选是指用甲阶酚醛树脂溶于无水乙醇中后得到的体积浓度为40％～60％的溶液。

上述的泡沫炭生物支架的制备方法中，所述有机泡沫优选为聚氨酯泡沫。

上述的泡沫炭生物支架的制备方法中，所述干燥过程中的干燥温度优选控制在80℃～120℃，干燥时间优选为15分钟～30分钟。