Page 71 - 《橡塑技术与装备》2022年3期
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理论与研究 张婷芳 等·组织工程支架材料及制备方法研究现状
般使用高分子聚合物来制备生物支架 ；材料包括天然 冷冻条件下使聚合物凝固，因此多孔结构在随后的干
材料和合成材料，天然材料有胶原蛋白、纤维蛋白、 燥阶段不会被破坏，制备的支架孔隙率大于 0.8，孔
明胶、聚羟基丁酸酯、多糖等 ；合成材料有聚酯、聚 径 60~150 mm。Healy [9] 等用冷冻法制备了可生物降
乳酸、聚酸酐等。 解的多孔聚乙醇酸支架，孔隙率为 91％ ~95％，孔径
而骨骼等较 “ 硬 ” 的组织受损时一般使用高分子 为 13~35 um（较大孔径大于 200 μm），比孔面积为
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聚合物、陶瓷、金属、复合材料来制备生物支架，在 58~102 m /g。这些支架在组织再生或修复器官等方面
使用高分子聚合物做 “ 硬 ” 组织支架时，由于高分子 得到应用。冷冻干燥技术的优点在于避免使用有毒的
聚合物的机械性能较低，需要添加增强体从而使高分 有机溶剂，但是需要消耗较多的能量并且准备时间较
子聚合物形成复合材料。常用的 “ 硬 ” 组织支架材料有： 长。
羟基磷灰石、磷酸三钙、偏磷酸钙、生物玻璃、复合 2.3 发泡法
材料、金属等 [4] 。 将包含聚合物、表面活性剂和催化剂的水溶液置
于反应器，搅拌器不断搅拌，使之加压升温，当反应
2 组织工程支架制备方法 器内气体饱和后，骤然降压，此时巨大的压差使混合
经过多年的快速发展，许多现有的技术被用于组 物表面开始发泡，而后降压、降温，使聚合物固化、
织工程支架的制备中。以下将简要介绍几种常用的组 结晶，形成多孔结构。Kim [10] 等利用气体发泡和颗粒
织工程支架的制备方法。 浸出结合的方法制备了聚乳酸 / 羟基磷灰石复合支架，
2.1 相分离技术 将大鼠颅骨成骨细胞培养于该聚合物支架上，并于 5
根据引起聚合物溶液相分离的因素，相分离技术 周和 8 周后对组织中钙含量进行定量分析，结果表明
可以分为热诱导相分离（TIPS）和非溶剂诱导相分离 细胞生长良好。发泡技术避免了溶剂的残留，但形成
（NIPS）。Gundula [6] 等利用热诱导相分离技术制备了 的孔很小且孔均在支架内部，阻碍细胞生长所需要营
孔径分别为 100 nm 和 200 nm 的聚乳酸（PLLA）支架， 养物质的传输。
将关节软骨细胞和鼻中软骨细胞固定于 PLLA 支架上， 2.4 颗粒浸出
分别培养 7 天和 14 天，进而研究细胞在支架上的附 颗 粒浸 出 总 是和 其 他技 术 联 合使 用， 例 如相 分
着能力、形态、体外细胞活性等，结果研究表明关节 离技术、发泡技术等。Kumar[11] 等使用纤维素或羟
软骨细胞和鼻中软骨细胞在该支架上生长状态良好。 甲基纤维素利用相分离技术和颗粒浸出技术，最后用
Kim [7] 等利用非溶剂诱导相分离的方法制备了具有多 高碘酸氧化成功制备出双脱氢纤维素（DAC）膜作
孔的聚己内酯（PCL）/ 羟基磷灰石（HA）复合骨 为一种潜在的组织工程支架，制备的支架孔隙率在
科支架，并研究了不同的 HA 的添加量（0%、10%、 87%~93% 之间。最后用人的皮肤呈纤维细胞评价了
15% 和 20%）（质量分数）对复合材料微观结构的影响， 该支架的生物活性，研究结果表明细胞在支架上附着
研究结果表明合成的该复合材料孔隙率较高、机械性 并扩散。颗粒浸出最大优点是制备的支架孔隙率和孔
能高，并且具有较好的生物相容性。热诱导相分离技 径可控。颗粒浸出的主要缺点是材料受限，后处理时
术主要由温度来调控，该方法可以获得大小可控的孔 间长，且存在溶剂残留风险 [4] 。
径以及孔隙率，但是只适用于热塑性材料 ；非溶剂诱 2.5 静电纺丝技术
导相分离只适用于没有溶剂的体系中，最终得到较大 近年来静电纺丝的研究越来越多地倾向于在组织
孔径和孔隙率的支架，缺点是在操作过程中用到了有 工程中使用。静电纺丝装置主要由四部分组成 ：高压
机溶剂。 电源、注射泵、喷丝头和收集器 [12] ( 如图 2 所示 )。静
2.2 冷冻干燥技术 电纺丝过程中，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷
冷冻干燥技术主要运用升华的原理。将聚合物溶 射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为
解在合适的溶剂中，控制温度至聚合物溶液的冰点， 圆锥形（即 “ 泰勒锥 ”），并从圆锥尖端延展得到纤
通过固体溶液的升华获得多孔支架。王 [8] 等利用冷冻 维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细
法制备了聚乳酸、聚乙醇酸、壳聚糖和海藻酸钠支架， 丝。Marques [13] 等利用静电纺丝技术制备了聚己内酯
在聚合物溶液的冷冻过程中产生了多孔结构，随后在 （PCL）软骨修复支架，这里将 PCL 与明胶混合，明
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