[发明专利]一种多级可控通孔结构的纳米复合生物支架及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多级可控通孔结构的纳米复合生物支架及其制备方法与应用。该制备方法结合油包水型Pickering高内相乳液模板法与3D打印技术，Pickering乳液模板以含生物可降解聚酯和疏水改性二氧化硅纳米粒子的有机溶液为油相，去离子水为水相，油水两相混合乳化形成水包油型Pickering乳液，通过3D打印技术将乳液打印成型，自然干燥，得到多级可控通孔结构的纳米复合生物支架。本发明制备方法操作简单，制备条件温和，对设备要求较低，适于工业化生产，可通过改变乳液制备条件方便快捷地调节多孔支架的孔结构，并通过编写不同的打印程序，对支架结构进行调控，实现孔结构的设计与实现的统一。

技术领域

本发明属于生物医药材料领域，具体涉及一种多级可控通孔结构的纳米复合生物支架及其制备方法与应用。

背景技术

骨组织工程在损伤及病变骨的修复中是受到广泛应用与关注的途径之一。在体内植入进行修复之前，干细胞通常被接种在具有3D连通孔结构且在生物体内可自行降解的具有良好生物相容性的支架上。在应用中，由于3D生物支架将充当人造细胞外基质，因此制备得到的3D生物支架应与天然细胞外基质相仿。首先，用于制备3D生物支架的原料需具有良好生物相容性，并且能于体内以适当的速度自行降解。第二，产物支架在结构上需具备连通的多级孔结构，其中包括维持支架结构稳定，促进细胞粘附和增殖，运输营养物质的大孔(直径几百微米)；促进血管化，促进代谢废物的运输的中孔(直径几十微米)以及影响细胞基因表达等行为的小孔(直径几微米及以下)。另外，合格的生物支架还必须具备足够支撑细胞培养过程中的物理负荷的力学性能。此外，由于在细胞接种以及支架植入初期经常会引起局部炎症反应。因此，3D生物支架还应该具备药物载体的功能。

由于其良好的生物相容性和易加工性能，合成生物可降解聚酯，尤其是左旋聚乳酸(PLLA)和聚己内酯(PCL)被广泛用于3D生物支架的制备。然而，纯PLLA与纯PCL体系的机械性能较差，限制了其在生物医学领域的应用。通过将PCL，PLLA以及具有生物活性的无机纳米粒子进行结合，可有效提高体系的力学性能。

Pickering高内相乳液模板法与3D打印技术是近年来受到广泛关注的制备3D生物支架的简易方法。其中，Pickering高内相乳液模板法是指：以内相体积高于74%的固体粒子为稳定剂的乳液为模板，通过溶剂挥发制备得到3D生物多孔支架的方法。Pickering高内相乳液模板法简单易操作，但是通常制备得到的支架只具有中孔及小孔结构(Acs Appl.Mater. Interfaces, 2014, 19: 17166-17175; J. Control. Release 2015, E127-E127)，因此不能为细胞黏附提供充足的空间。3D打印技术作为新兴的制备生物支架的技术，可以实现对支架孔结构的精准调控，但制备微米(及以下)级的孔结构对机械的精密度以及编程的难度提出了更高的要求，因此大大提高制备了成本。不难看出，Pickering高内相乳液模板法与3D打印技术进行结合，为3D生物支架的制备提供了一种行之有效且经济简便的方法。

然而，3D打印对Pickering乳液的粘度有较高的要求，而大部分固体粒子稳定的Pickering乳液粘度均较小，如疏水改性羟基磷灰石纳米粒子稳定的Pickering高内相乳液，由于其粘度达不到3D打印的要求(J.Mech.Behav. Biomed., 2014, 88-99)，因而限制了其进一步的发展。疏水改性二氧化硅粒子由于其良好的机械性能及良好的生物相容性也受到了广泛关注。并且，由疏水改性二氧化硅粒子稳定的Pickering高内相乳液粘度较高，可以达到3D打印技术的要求，因此为Pickering高内相乳液模板法与3D打印技术的结合奠定了坚实的基础。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具备多级可控通孔结构的纳米复合生物支架，该类纳米复合生物支架可用作组织工程支架，用于组织的修复和再生。