專利名稱：一種生物醫(yī)學(xué)組織工程支架用多孔材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物材料技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于生物醫(yī)學(xué)組織工程支架材料的制
備領(lǐng)域，具體為一種組織工程支架用多 L材料的制備方法。
背景技術(shù)：
組織工程(Tissue Engineering)是近年來正在興起的一門新興醫(yī)學(xué)技術(shù)，它 是應(yīng)用生命科學(xué)與工程學(xué)的原理與技術(shù)，在正確認(rèn)識哺乳動(dòng)物的正常及病理兩種 狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)用于修復(fù)、維護(hù)、f腿人體各 種組織或器官損傷后的功能和形態(tài)的生物替代物，因而受到了人們的極大重視。 組織工程的核心是建立由細(xì)胞和生物材料構(gòu)成的三維空間復(fù)合體，其基本原理和 方法是將體外培養(yǎng)擴(kuò)增的正常組織細(xì)胞，吸附于一種生物相容性良好生物材料(支 架材茅豐scaffold)上形成復(fù)合物，將細(xì)胞-生物材料復(fù)合物植入機(jī)體組織和器官的 病損病分，細(xì)胞在生物材料載體上生長、增殖，從而達(dá)到修復(fù)倉怖的目的。
目前，組織工程支架材料主要包括高分子材料、生物陶瓷材茅斗、復(fù)合材料以 及正在開發(fā)的可降解鎂合金等金屬材料。組織工程用支架材料一般被制備成多孔 形態(tài)，以利于細(xì)胞的生長和組織液的流通。其中，制備多孑L金屬的方》跑括液 態(tài)成形工藝，如液態(tài)金屬直接發(fā)泡技術(shù)、固一氣共晶凝固法、粉末壓實(shí)體熔化技 術(shù)、精密鑄造方法、滲流鑄造法等；基于固態(tài)加工工藝制備多孑L金屬，如氣條 入技術(shù)、使用可發(fā)泡的粉末漿料、使用能形成空隙的支撐材料或空心球、禾傭金 屬空心球等；沉積技術(shù)，如電角對冗積技術(shù)、氣相沉積技術(shù)等。
目前的這些支架多孑L材料的制備方法中，部分存在如制備成賴高、工藝不 穩(wěn)定、造 L劑殘留、強(qiáng)度較低、孔徑不均勻等不足，造成目前的應(yīng)用不盡人意。 因此，如何進(jìn)一步降低成本，開發(fā)更穩(wěn)定、更具有可重復(fù)性和易控制性的工藝規(guī) 范，以得到性能優(yōu)良、質(zhì)量可控的多孑L支架材料，是繊其應(yīng)用的重要因素之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種生物醫(yī)學(xué)組織工程支架用多孔材料的制備方法，釆
3用機(jī)械加工的方^*制備多孔組織工程支架，解決傳統(tǒng)技術(shù)制備成本較高、工藝
不穩(wěn)定、造孔劑殘留、支架強(qiáng)度較低、以及難以制備i央狀多 L支架等缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種生物醫(yī)學(xué)組織工程支架用多孑L材料的制備方法，采用機(jī)械加工方式制備 多孔組織工程支架，機(jī)械加工方法為激光打孔技術(shù)或數(shù)控鉆孔技術(shù)。
本發(fā)明將激光加工技術(shù)應(yīng)用于多孔組織工程支架的制備領(lǐng)域，采用激光打孔 或數(shù)控鉆孔的方式將實(shí)體的高分子材料、陶瓷材料、金屬材料及其復(fù)合材料等加 工成多孔結(jié)構(gòu)。
激光加工是目前最先進(jìn)的加工技術(shù)之一，激光打孔技術(shù)是激光加工技術(shù)中的 一種，它主要利用高效激^X寸材料進(jìn)行加工，主要的設(shè)備包括電腦和激光加工器，
在利用多種圖形處理軟件(CAD、 coreldraw等)進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)之后，將圖形傳輸 到激光加工器，激光加工器就可以根據(jù)所設(shè)計(jì)的圖形結(jié)構(gòu)在材料表面進(jìn)行打孔， 并按照設(shè)計(jì)的要求調(diào)整參數(shù)，控制多孔結(jié)構(gòu)的孔徑及 L隙率等。
數(shù)控鉆 L技術(shù)也是目Itf^常用的加工技術(shù)之一，本發(fā)明中主要利用其制備多 孔金屬組織工程支架，通過數(shù)控技術(shù)對鉆艇動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制，按照預(yù)先 設(shè)計(jì)鉆孔要求進(jìn)行精確鉆孔，并可根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)所打 L徑的大小。數(shù)控系統(tǒng)
包括數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動(dòng)器及進(jìn)纟雜置等部分。
戶誠多孑L組織工程支架用來為體外培養(yǎng)的細(xì)胞提供載體及三維的生長空間，
細(xì)胞在其，行粘附、生長及分化。其多孔結(jié)構(gòu)有利于細(xì)胞的生長并為其營養(yǎng)及
代謝產(chǎn)物提供輸Mit，其特點(diǎn)為fflit孔，孔隙率為5—99%，孑L徑為50—900,。 戶腿高分子材料包括聚乳酸、聚氨酯、硅橡膠、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸
酯、聚酸酐、聚經(jīng)基羧酸、聚乙醇酸等。戶，陶瓷材料包括磷酸韓、磷酸三,丐、 氧化鋁、氧化鋅、碳化硅、生物玻璃、羥基磷灰石等。所述金屬材料包括 其合金，鈦及其合金，艦其合金、鋅及其合金、微記憶合金等。所述復(fù)合材 料為上述兩種或多種材料的復(fù)合。
本發(fā)明采用機(jī)械加工方式制備多孔組織工程支架材料，其特點(diǎn)為
1. 范圍廣泛可以制備多種金屬材料，其中激光打孔技術(shù)還可制備多 L高分 子材料、陶瓷材料及復(fù)合材料等，適用范圍廣泛。
2. 安全可靠激光打 L技術(shù)采用非接觸式加工，不會(huì)對材料造成機(jī)械擠壓或 機(jī)械應(yīng)力，保證材料具有良好的力學(xué)性能。3. 精確細(xì)致孔的位置可人為設(shè)計(jì)和控制，加工精度可達(dá)到0.1mm。
4. 效果一致保證同一批次的加工效果完全一致。
5. 高速十娥可立即根據(jù)電l織出的圖樣進(jìn)行高速加工，禾聘過程簡單。
6. 成本低廉不受加工數(shù)量的限制，可較充分利用原材料。
7. 更理想的力學(xué)性能孑L壁更加光滑，實(shí)體材料部分仍保持其致密性，缺陷少。
8. 可對孔內(nèi)部進(jìn)行表面處理為了提高多孔金屬作為組織工程支架時(shí)的生物 相容性性能，對多孔金屬進(jìn)行表面處理，受到了大家的青睞。采用機(jī)械加工方式 所制備多孔結(jié)構(gòu)，M率高，表面處理時(shí)，孔結(jié)構(gòu)不易堵塞，使提高孔內(nèi)金屬表 面的生物相容性成為可能。


圖l.采用激光打 L技術(shù)制備的多孔鎂組織工程支架圖片。
圖2.表面處理后多 L局部結(jié)構(gòu)圖片。
圖3.采用數(shù)控鉆 L技術(shù)制備的多 L鎂組織工程支架圖片。
具體實(shí)肺式
實(shí)施例i.
采用激光鉆孔技術(shù)制備如圖l所示多孔鎂組織工程支架，其尺寸為
8x8x8mm3，孔徑為500pm，孔隙率為48%。圖2所示，該多孔結(jié)構(gòu)中可以經(jīng)過 表面處理，表面處理涂層已長入多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部。 實(shí)施例2.
與實(shí)施例1不同之處在于制備多孑L鈦合金組織工程支架(本實(shí)施例鈦合金 牌號為Ti6AUV)，其尺寸為8x8x8mm3，孑L徑為300|im，孔隙率為60%。 實(shí)施例3.
與實(shí)施例1不同之處在于制備多孔碳化硅組織工程支架，其尺寸為 8x8x8mm3，孑L徑為400jim，孔隙率為62%。 實(shí)施例4.
與實(shí)施例1不同之處在于制備多孔羥基磷灰石組織工程支架，其尺寸為 8x8x8mm3，孔徑為450(im，孔隙率為55%。 實(shí)施例5.
與實(shí)施例1不同之處在于制備多孔聚四氟乙烯組織工程支架，其尺寸為
510xl0xl0mm3，孔徑為350iim，孔隙率為65%。 實(shí)施例6.
與實(shí)施例1不同之處在于制備多孔聚氨酯組織工程支架，其尺寸為 7x7x7mm3，孑L徑為400pm，孔隙率為70%。 實(shí)施例7.
與實(shí)施例1不同之處在于制備多孔聚乳酸組織工程支架，其尺寸為 5x5x5mm3，孔徑為300-500pim，孔隙率為68%。 實(shí)施例8.
采用數(shù)控鉆孔技術(shù)制備如圖3所示多孔鎂合金組織工程支架，其尺寸為 5x5x5mm3，孑L徑為600pm，孔隙率為56%。 實(shí)施例9
與實(shí)施例8不同之處在于制備多？L鈦(Ti6A14V)組織工程支架，其尺寸 為5x5x5mm3，孑L徑為300-500|mi，孔隙率為70%。
實(shí)施例結(jié)果表明，采用機(jī)械加工方式可制備出多種材料的多孔結(jié)構(gòu)，M3S率 高，表面處理時(shí)，孔結(jié)構(gòu)不易堵塞使提高孔內(nèi)金屬表面的生物相容性成為可能。
權(quán)利要求
1、一種生物醫(yī)學(xué)組織工程支架用多孔材料的制備方法，其特征在于采用機(jī)械加工方式制備多孔組織工程支架。
2、 按照權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)學(xué)組織工程支架用多孔材料的制備方法，其 特征在于機(jī)械加工方法為激光打 L技術(shù)或數(shù)控鉆孔技術(shù)。
3、 按照權(quán)利要求2戶/M的生物醫(yī)學(xué)組織工程支架用多孑L材料的制備方法，其 特征在于按預(yù)制好的多孔結(jié)構(gòu)，將最終所需尺寸的實(shí)體結(jié)構(gòu)的組織工程支架材 料通過電腦控制及數(shù)控技術(shù)，禾,激光的高能量及鉆頭的高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行打孔， 制備成多孔結(jié)構(gòu)。
4、 按照權(quán)利要求1所述的生物醫(yī)學(xué)組織工程支架用多 L材料的制備方法，其 特征在于組織工程支架材料包括多孔金屬材料、多孔高分子材料、多孔陶瓷材 料或上述材料的多孔復(fù)合材料。
5、 按照權(quán)利要求4所述的生物醫(yī)學(xué)組織工程支架用多孔材料的制備方法，其 特征在于多孑L金屬材料為多孑L鈦合金、多孔,齢金、多孔鉭合金、多孑L鋅合金 或多孔記〖乙合金；多孔高分子材料為聚乳酸、聚氨酯、硅橡膠、聚乙烯、聚四氟 乙烯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚經(jīng)基羧酸或聚乙醇酸；多孔陶瓷材料為磷酸鈣、磷 酸三f丐、靴鋁、氧化鋅、碳化硅、生物玻璃離基磷灰石。
6、 按照權(quán)禾腰求1戶腿的生物醫(yī)學(xué)組織工程支架用多孑L材料的制備方法，其 特征在于組織工程支架材料為M結(jié)構(gòu)，孔隙率為5-99%，孑L徑為50-900pm。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物材料技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于生物醫(yī)學(xué)組織工程支架材料的制備領(lǐng)域，具體為一種組織工程支架用多孔材料的制備方法。本發(fā)明采用機(jī)械加工技術(shù)制備多孔材料，將其利用于組織工程支架，為細(xì)胞的粘附及生長等提供三維空間。所述機(jī)械加工方法包括激光加工技術(shù)、數(shù)控鉆孔加工技術(shù)。所述機(jī)械加工方法所制備的多孔材料，其孔隙率為5-99％，孔徑為50-900μm，為通透的多孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以制備多種金屬材料，其中激光打孔技術(shù)還可制備多孔高分子材料、陶瓷材料及復(fù)合材料等，適用范圍廣泛。
文檔編號A61L31/12GK101455862SQ20071015882
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者張炳春, 柯 楊, 芳 耿, 譚麗麗, 豐 鄭, 龔明明 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所