PLGA 多孔支架的制備及性能

朱郇憫，朱繼翔

( 廣州醫科大學基礎醫學院，廣東廣州 511436)

在組織工程與再生醫學的研究中，組織工程支架尤為重要。支架作為人工細胞外基質，直接與細胞、組織接觸，支持細胞生長，為工程化的組織再生提供空間，維持再生組織形狀及骨架完整。支架可以調控細胞的黏附、遷移、增殖及分化等行為，直接影響組織的再生修復［1-2］。

有許多種生物醫用材料己經應用于組織工程支架的制備。在合成材料中，聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）以及它們的共聚物（PLGA）等聚酯類可降解材料應用最為廣泛。這些聚酯具有生物相容性，結構確定的化學結構，不產生未知風險，同時，它們還便于加工，適用于多種加工工藝。基于聚酯制備的各類組織工程支架，在神經、骨和軟骨等組織修復領域取得了良好的結果［3-4］。

相分離技術是一種制備三維組織工程支架的常用工藝方法。它是基于均相的聚合物溶液在外界條件的誘導下（如溶解度的改變），產生非均一的兩相分布，通過特殊的方式（如淬火）將兩相固定，并去除一相，從而制備獲得三維組織工程支架。通過調控相分離過程，可以制備不同微觀形貌的組織工程支架［5-6］。

本研究采用聚酯類PLGA 為原材料，基于固液相分離原理，結合冷凍干燥的方法制備多孔支架。研究PLGA 的不同起始濃度對支架微觀形貌、孔隙率以及力學性能的影響，為組織工程支架的制備提供參考。

1 實驗部分

1.1 主要試劑和原料

PLGA，分子量約5 萬，深圳化試科技有限公司；二氧六環，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 PLGA 支架的制備

稱取一定質量的PLGA 溶解于二氧六環中，分別制備質量分數為5%、7%、9% 的溶液。將溶液轉移至塑料試管，置于-20℃下預凍2h，冷凍干燥3 天，室溫真空干燥1 天，獲得PLGA 組織工程支架。

1.3 PLGA 支架的性能檢測

將PLGA 支架置于液氮中，取斷面，室溫貼臺噴金，使用掃描電鏡觀察支架的微觀形貌。采用乙醇置換的方法測量支架的孔隙率。通過萬能力學試驗機對支架進行壓縮測試，壓縮速率選擇1mm/min。

2 結果與討論

2.1 PLGA 支架的微觀形貌

圖1 所示的是起始濃度分別為5%、7% 和9%PLGA支架的微觀形貌。從掃描電鏡圖片可以看出，由固液相分離結合冷凍干燥方法制備獲得的PLGA 支架呈現多孔的微觀結構，孔徑之間互相連通。PLGA 溶液的起始濃度對其制備所得支架的微觀形貌整體影響較小，主要體現在孔徑大小的調控。支架的微觀形貌對細胞與再生組織的生長具有重要影響［7］。相分離是制備組織工程支架的常用方法，通過對相分離過程的調控，可以制備獲得不同微觀形貌的支架。本研究中采用固液相分離過程，溶劑二氧六環在相分離過程中形成球狀或者片層狀結構，從而使得聚合物呈現多孔狀的微觀結構。固液相分離還經常應用于其它各類材料的組織工程支架制備，如明膠、殼聚糖、聚乳酸等［8］。

圖1 不同起始濃度制備PLGA 支架的電鏡圖片：（A) 5%；（B) 7%；（C) 9%Fig.1 SEM pictures of PLGA scaffolds with different initial concentrations: （A) 5%；（B) 7%；（C) 9%

2.2 PLGA 支架的性能

支架孔隙率是影響細胞黏附、生長與遷移的重要因素之一，孔隙率高的支架可以為細胞提供較大的生長空間，有利于細胞、組織再生時營養物質以及代謝產物的傳遞與交換［9］。PLGA 支架孔隙率隨起始濃度的變化如圖2（a）所示，當PLGA 的起始濃度為5% 時，制備獲得的支架孔隙率為90.3%，隨著起始濃度的增加，制備獲得支架的孔隙率減小，當起始濃度增加至9% 時，支架孔隙率約為85%。

支架的力學強度也是影響細胞、組織再生的重要因素。支架需要具備一定的力學強度，承擔周圍組織的壓迫及機體再生時的張力，支撐損傷組織的再生與修復［10］。PLGA 支架的壓縮模量隨起始濃度的變化如圖2（b）所示，當PLGA 的起始濃度為5% 時，制備支架的壓縮模量為2.6MPa，隨著起始濃度的增加，支架的壓縮模量逐漸增強，當起始濃度增加至9%時，支架的壓縮模量為4.7MPa。

圖2 不同起始濃度制備PLGA 支架的孔隙率（a)與壓縮模量（b)Fig. 2 Porosity （a) and compressive modulus （b) of PLGA scaffolds with different initial concentrations

3 結論

通過固液相分離可以制備微觀結構呈相互連通孔結構的PLGA 組織工程支架。多孔支架的孔隙率隨起始濃度的升高而降低，孔隙率最高為90.3%；力學性能隨起始濃度的升高而增強，壓縮模量最高為4.7MPa。