本发明涉及一种利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，属于生物医学工程技术领域。
背景技术：
组织工程支架是一类以生物材料为基础，具有三维结构的细胞载体，是组织工程的三要素之一，对组织工程学具有重要的作用。理想的组织工程支架应具备良好的生物相容性，较好的机械强度，适宜的三维空间结构和一定的生物学活性等特点，其中，连通的孔结构和较高的孔隙率对骨组织工程支架具有重要的意义。骨组织工程支架制备方法的开发和性能的提升一直是该领域研究的重点和热点。
组织工程支架的制备主要包括气体发泡、纤维粘结、三维打印、相分离、冷冻乳化干燥、静电纺丝、溶剂浇铸与颗粒沥滤和超临界二氧化碳发泡等。其中，超临界二氧化碳发泡技术由于具有制备过程简单，无有机溶剂或成孔剂残留，可保持生物分子活性等其它技术无法同时实现的特点，被认为是一种绿色的新型制备技术。然而，与其他制备技术相比，超临界二氧化碳发泡技术制得的支架泡孔密闭、孔隙率低使得超临界二氧化碳发泡制备支架材料技术仍需要进一步的改进。
改善发泡产物泡孔密闭、孔隙率低的方法之一，是在聚合物原料中添加一定量的成核剂。在超临界二氧化碳发泡过程中，成核剂的加入可有效强化发泡过程的成核行为，在聚合物中形成更多的气核，提高制得的多孔支架的连通率和孔隙率，常用的成核剂包括硬脂酸钙、滑石、硬脂酸锌、苯甲酸钠、硬脂酸、硅酸镁和橡胶颗粒等，但这些成核剂在成品中难以去除，并且残留在支架上不仅对支架的性能无益，甚至还会产生有害的效果。
技术实现要素：
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，该方法通过在聚合物原料中添加氧化铁颗粒作为发泡过程的成核剂，采用氧化铁颗粒作为发泡过程的成核剂不仅能实现促进成核，从而提高支架的连通率和孔隙率，而且其残留在成品支架中(赋予支架超顺磁性)还能提升支架在骨组织再生方面的性能。
发明内容：本发明所采用的技术方案为：
一种利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，所述方法为：在超临界二氧化碳发泡过程中，往聚合物原料中添加氧化铁颗粒作为发泡过程的成核剂；其中，所述氧化铁颗粒的加入量为聚合物原料质量的5％～25％。
其中，所述氧化铁颗粒的粒径为10～500nm。本发明所用的氧化铁颗粒可以为单分散的氧化铁纳米颗粒，也可以为氧化铁纳米颗粒的组装体，单分散的氧化铁纳米颗粒和氧化铁纳米颗粒的组装体在发泡过程以及所得支架中所起的效果基本相同。
其中，所述聚合物原料为聚酯类聚合物，包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯或聚(乳酸-乙醇酸)共聚物中的一种或多种的混合。
其中，上述方法具体包括如下步骤：
(1)将配方量的聚合物粉末和添加剂混合均匀后压制成模片；
(2)将模片放置于高压釜内，通入二氧化碳并使其达到超临界态，在温度为35～70℃、压力为8～50mpa下保压0.5～3h，使超临界二氧化碳溶剂与模片充分接触，使得二氧化碳在聚合物基质中达到溶解饱和状态；
(3)反应后释压，得到多孔结构的骨组织工程支架。
其中，步骤(1)中，所述添加剂为成核剂或添加剂包括成核剂以及其它的助剂，助剂为羟基磷灰石、磷酸三钙、磷酸钾、磷酸钠以及促骨生长生物活性多肽中的一种，助剂的添加量为聚合物原料质量的5～25％。
其中，步骤(1)中，模片为圆柱形或长条形。
其中，步骤(3)中，释压速率为0.5～20mpa/min。
有益效果：本发明利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架，通过添加磁性氧化铁颗粒作为发泡过程中的成核剂(磁性氧化铁作为发泡系统中的第三相，在超临界二氧化碳、聚合物和磁性氧化铁的三相共存的界面上存在一个低能量点，该低能量点可作为诱发成核位点，形成气核)，有效改善了制得支架的连通性和孔隙率，并且添加的磁性氧化铁颗粒无需去除，在支架的使用过程中，通过外加磁场，能够加速引导离断缺损部位的骨组织再生。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步阐述。
实施例1
本发明利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，具体为：将聚乳酸(分子量为80kda)和聚合物质量10％的氧化铁粉末(氧化铁粉末的粒径为100nm左右)充分混匀后，用压片机压制成圆柱形模片；将该模片放置于高压釜中，利用高压泵将二氧化碳通入高压釜中，控制高压釜内的温度和压力分别为50℃和30mpa，使二氧化碳达到超临界状态，系统保温保压2h后，以10mpa/min的速度释压至常压，得到多孔结构的超顺磁骨组织工程支架。在骨组织支架中添加氧化铁纳米颗粒，可以制得超顺磁支架，该支架可以通过对磁场的响应有效地磁化，产生微变形，直接向支架上生长的骨相关细胞(包括间充质干细胞和成骨前细胞以及和伤口愈合密切相关的巨噬细胞和成纤维细胞)施加机械力，从而有效促进骨组织的生长和愈合。
实施例1制得的支架孔径为123.1±25.7μm，孔隙率为82.78±3.36％，饱和磁化强度为43.2±2.1emu/g。
实施例2
本发明利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，具体为：将聚己内酯(分子量为80kda)和聚合物质量25％的氧化铁粉末(氧化铁粉末的粒径为10nm左右)充分混匀后，用压片机压制成圆柱形模片；将该模片放置于高压釜中，利用高压泵将二氧化碳通入高压釜中，控制高压釜内的温度和压力分别为35℃和8mpa，使二氧化碳达到超临界状态；系统保温保压3h后，以0.5mpa/min的速度释压至常压，得到多孔结构的超顺磁骨组织工程支架。
实施例2制得的支架孔径为31.5±10.1μm，孔隙率为75.53±3.05％，饱和磁化强度为67.3±3.9emu/g。
实施例3
本发明利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，具体为：将聚乳酸-聚乙醇酸共聚物(乳酸∶乙醇酸＝85∶15，分子量为80kda)和聚合物质量5％的氧化铁粉末(氧化铁粉末的粒径为500nm左右)以及聚合物质量5％的羟基磷灰石粉末充分混匀后，用压片机压制成长条形模片；将该模片放置于高压釜中，利用高压泵将二氧化碳通入高压釜中，控制高压釜内的温度和压力分别为70℃和50mpa，使二氧化碳达到超临界状态；系统保温保压0.5h后，以20mpa/min的速度释压至常压，得到多孔结构的超顺磁骨组织工程支架。
实施例3制得的支架孔径为239.2±36.2m，孔隙率为87.95±3.61％，饱和磁化强度为13.2±1.6emu/g。
本发明方法通过在聚合物原料中添加氧化铁颗粒作为超临界二氧化碳发泡过程的成核剂，不仅能够有效解决骨组织工程支架泡孔密闭、孔隙率低的问题，而且添加了氧化铁颗粒的超顺磁骨组织工程支架还可以在外加磁场的作用下，加速引导离断缺损部位的骨组织再生，从而有效提高制得的支架的性能。
1.一种利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，其特征在于：所述方法为：在超临界二氧化碳发泡过程中，往聚合物原料中添加氧化铁颗粒作为发泡过程的成核剂；其中，所述氧化铁颗粒的加入量为聚合物原料质量的5％～25％。
2.根据权利要求1所述的利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，其特征在于：所述氧化铁颗粒的粒径为10～500nm。
3.根据权利要求1所述的利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，其特征在于：所述聚合物原料为聚酯类聚合物，包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯或聚(乳酸-乙醇酸)共聚物中的一种或多种的混合。
4.根据权利要求1所述的利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
(1)将配方量的聚合物粉末和添加剂混合均匀后压制成模片；
(2)将模片放置于高压釜内，通入二氧化碳并使其达到超临界态，在温度为35～70℃、压力为8～50mpa下保压0.5～3h，使超临界二氧化碳溶剂与模片充分接触，二氧化碳在聚合物基质中达到溶解饱和状态；
(3)反应后释压，得到多孔结构的骨组织工程支架。
5.根据权利要求4所述的利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述添加剂为成核剂或添加剂包括成核剂以及其它的助剂，助剂为羟基磷灰石、磷酸三钙、磷酸钾、磷酸钠以及促骨生长生物活性多肽中的一种，助剂的添加量为聚合物原料质量的5～25％。
6.根据权利要求4所述的利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，其特征在于：步骤(1)中，模片为圆柱形或长条形。
7.根据权利要求4所述的利用超临界流体发泡技术制备骨组织工程支架的方法，其特征在于：步骤(3)中，释压速率为0.5～20mpa/min。
技术总结