[发明专利]一种组织工程细胞培养支架的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种组织工程细胞培养支架。

背景技术

组织工程细胞培养支架是一种三维多孔开放式网状结构框架，它能引导细胞进行粘附、生长、增殖和分化等活动，使之最终形成所需的三维组织或器官。组织工程细胞培养支架起到模拟细胞外基质的作用，它不但为细胞的生长提供三维空间和代谢场所，而且影响细胞的生物学行为和培养效率，同时决定着植入后能否与机体很好的适应和结合，进而影响整个组织修复的效果。因此，组织工程细胞培养支架的制备是组织工程研究中最为关键的环节之一。

目前，使用高分子材料和生物活性陶瓷材料制备的组织工程细胞培养支架已经用于韧带、肌腱、皮肤、血管、人工脏器、骨和牙齿等人体软、硬组织及器官的修复。从当前的研究成果来看，这些材料制备的组织工程细胞培养支架还存在一些亟待解决的问题，如高分子材料很难达到力学性能与生物相容性的统一。生物活性陶瓷模量高脆性大且制备的细胞培养支架的孔径分布、孔隙形状和孔隙率等难以控制，这都限制了其在硬组织工程中的应用。

使用金属材料制备的组织工程细胞培养支架具有优良的力学性能，其不但可以进行细胞的体外三维培养，还可以植入体内用于骨、关节和牙齿等硬组织损伤的修复。目前，使用金属材料制备组织工程细胞培养支架的方法有：（1）粉末冶金法，是将金属粉末与造孔剂等发泡粉末按比例混合后，通过加压成型，烧结等手段制备而成。该方法的优点是结构组织均匀，孔径在一定范围内可调，缺点是孔隙率不高且工艺复杂、步骤繁琐。（2）气体发泡法，是在液态金属中吹入气体，冷却后形成多孔金属。此方法的优点是制备工艺简单，缺点是多孔金属结构组织的均匀性和孔隙率难以控制。（3）固-气相共晶凝固法，在金属凝固时气体作为共晶相中的一部分析出形成泡沫状多孔金属。（4）金属电沉积法，是以有机高分子发泡材料为骨架，进行电沉积后除去骨架形成多孔金属。此类材料孔径分布均匀，孔隙连通率高但强度受一定影响，且厚度受到工艺的限制。

对现有技术的文献检索发现，Yuejun Chen等人在《Journal of Materials Science:Materials in Medicine》（材料科学杂志-医学材料）期刊2011年22卷839-844页中报道了“Preparation and characterization of a novel porous titanium scaffold with 3D hierarchical porous structures”（具有三维分层多孔结构的新型多孔钛支架的制备及其性能表征），该文中采用粉末冶金法制备多孔钛支架，具体方法是：首先将纯钛粉、粘合剂、分散剂和发泡剂混合，充分搅拌形成浆料；其次，将浆料注入模具中，待其干燥后进行真空烧结；最后，对烧结后的样品进行酸-碱处理。这种方法工艺过程复杂，成本较高，且制备出的多孔钛支架的孔径分布不均匀，孔隙率难以得到较大提高。

综上所述，使用传统的制备多孔金属的方法来制备组织工程细胞培养支架，其难以达到优良的力学性能、均匀的孔径分布和连通性好的孔隙结构三者相统一，同时这些方法还存在制造工艺明显不足和生产成本较高等缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种金属纤维基组织工程细胞培养支架的制备方法，此类细胞培养支架具有优良的生物相容性、较高的孔隙率、可控的孔径尺寸和优良的力学性能，且制造工艺简单，生产效率高，成本低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1.采用金属纤维为原料，对其进行预处理，将预处理后的金属纤维压制成型得到细胞培养支架预制体；

2.将细胞培养支架预制体依次放入5-10%W/V的草酸水溶液、丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗10-30min；然后将细胞培养支架预制体放入真空干燥箱中，在60-80℃下恒温保持1-4h；

3.再将细胞培养支架预制体放入圆片式加压装置中，通过调整螺母拧紧压片使预制体厚度与压制成型后的厚度一致，然后将中间夹有细胞培养支架预制体的圆片式加压装置放入真空烧结炉内，真空或氩气保护下烧结，随炉冷却至室温；

所述金属纤维为不锈钢、钛或钛合金纤维；不锈钢纤维直径为6-500μm，钛或钛合金纤维直径为50-500μm；其中直径为6-20μm的金属纤维每500-3000根为一金属纤维束进行使用；

所述的预处理包括以下内容：

对于直径为6-20μm的金属纤维，将金属纤维束剪切成长度相等的短纤维束，其长度为10-80mm，由梳理机分散后成为单纤维，随机填充于圆桶形模具中；