组织工程支架的制备方法

一、粒子浸沥法

粒子浸沥法（particle leaching）是控制支架孔径大小最常用的方法，其优点是简单、孔径和几何形状易控制。先进行成型处理，将成孔微粒分散到材料溶液中，以压力和温度控制成孔剂的密度，通过溶剂蒸发、交联或其他反应固化成膜；之后用针对成孔微粒的溶剂去除成孔微粒，微粒占有的空间即为孔隙，孔径由微粒大小来调控。该法制备的多孔支架成孔率达91%～93%，孔径为50～500μm。其缺陷是存在通透性不均匀而影响力学特性。

二、冷冻干燥法

冷冻干燥法（freeze drying）是热敏感生物材料多孔支架制备的常用方法。本方法基于冰晶形成后通过冰升华和去吸附诱导成孔。冷却阶段和冷冻时间决定成孔率和孔的通联性。壳聚糖、明胶、藻酸盐等天然生物材料常选用这种方法，将它们的水溶液体系经冷冻干燥制得多孔海绵支架。

三、相位分离技术

相位分离技术（phase separation）包括热诱导相位分离、空气浇铸沉淀和浸没沉淀3种方法。热诱导相位分离基于随着温度升高，材料的溶解性下降，可通过抽提、蒸发或冻干去除溶剂。空气浇铸沉淀（air－casting precipitation），是将聚合物溶解在挥发性溶剂和较少挥发的非溶剂混合物中，随着溶剂蒸发，聚合物可溶性下降，从而发生相位分离。浸没沉淀（immersion precipitation）是在模具上将聚合物溶液铸成薄膜，然后进行非溶剂浴。壳多糖－纳米羟基磷灰石、壳多糖－明胶／羟基磷灰石、藻酸盐－明胶／羟基磷灰石、藻酸盐／羟基磷灰石多孔材料的制备常用这种方法。

四、发 泡 法

该法常用于制造泡沫材料。最新的方法是利用高温或超临界气体产生高压后迅速减压制造泡沫材料。气体发泡是常用的方法。物理发泡法是将聚合物压成片，浸泡在高压CO2中直至饱和，甚至超临界状态，然后降至常压，气体的热力学不稳定性导致气泡成核和增长，形成多孔支架，但孔为闭孔结构。若将发泡法与粒子浸沥法相结合，则可制得相连的开孔结构的多孔支架。化学发泡法以碳酸盐类化合物为发泡剂，将聚合物溶液－碳酸氢铵粒子混合物加到模具中，待溶剂部分挥发后直接浸入热水中发泡，最后经冷冻干燥可得到多孔支架。采用气体发泡法可避免在制备支架时使用有机溶剂，该法得到的多孔支架孔隙率超过90%，孔相连性好，孔径为100～500μm，可避免表层致密、孔洞通连性差的问题。有用于结合半乳糖的PLGA支架、掺和地塞米松的PLGA支架制造的报道。

五、自装配技术

自装配（self－assembly）是特定组分以预编程序的非共价结合方式自发组建成有序的稳定结构，类似核酸和蛋白合成等天然的过程。自装配是一个更复杂的实验室步骤，仅应用于少数几个聚合物的构型，最常用于制造肽－两亲化合物（peptide－amphiphiles，PA）纳米纤维。PA的结构特征是，尾部有疏水性长烷基、4个二硫键连接的半胱氨酸残基、头部3个亲水甘氨酸残基。放入水中后，疏水的烷基尾簇集成圆柱状微团，使亲水的头部暴露，然后进行酸诱导的自装配：pH 8的二硫苏糖醇溶液处理PA溶液，迅速降低pH至4，即形成不溶性的5～8nm直径、1μm长的纳米纤维。另一种自装配方法是二价离子诱导的自装配（添加Ca2＋引起溶液凝胶化）及表面干燥（只允许pH 8的水溶液在表面干燥）。该技术生产的纳米纤维可达到天然细胞外基质等级，但制备过程复杂、产量低，从而限制了其在组织工程中的大规模应用。

六、快速原型设计

快速原型设计（rapid prototyping，RP）首先计算机辅助设计软件设计支架模型，再根据实际需要分层，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出多个自动粘连的薄层，用于制造基于不同组织结构的个性化三维支架，但存在孔隙率低的缺陷。

七、静电纺织

静电纺织（electrospinning）是利用高压激发液体射流形成，在表面静电斥力、溶剂蒸发作用下被连续拉伸形成实心纳米纤维。在真空条件下，从毛细管抽出的熔化聚合物或聚合物溶液，由于重力或机械泵的影响，结合静电作用而在毛细管尖形成悬浮微滴，静电克服微滴的表面张力激发聚合物喷射，在溶剂蒸发引起的表面电荷密度增加作用下，喷射流微化形成纳米纤维。有用该技术制备250～800nm PLGA、PCL、Ⅰ型胶原的纳米支架报道。存在孔隙结构设计复杂、稳定性差的缺陷。

八、其他方法

其他可选择的成孔技术包括熔纺（meltspinning）和湿纺（wet spinning）、挤压成型、注射成型等。

由于天然结构蛋白的直径在50～500nm，因此，基于仿生技术的纳米材料技术在组织工程中的应用逐渐受到青睐。以上3种提到的技术可用于制造纳米材料，即自发装配技术、相位分离技术和静电纺织技术。这些进展使制造能模拟天然组织环境的组织工程支架变得可行。