超临界二氧化碳流体发泡技术制备组织工程支架及其泡孔形貌控制研究进展

发布时间：2020-02-02 05:39

【摘要】：组织工程支架作为细胞生长的载体,在组织工程再生组织的研究中具有非常重要的地位。传统方法在三维支架的理论研究与制备技术方面均已趋于成熟,但制备过程仍存在工艺复杂,有机溶剂难以去除,制备条件不利于保持生物分子活性等问题。近年来,超临界二氧化碳流体技术利用优越的传质性与环境友好性,已广泛用于制备各种三维结构的组织工程支架,其中以超临界发泡技术最为经典。三维多孔支架在超临界发泡技术制备过程中,泡孔形貌受材料性质、致孔剂种类及工艺参数等方面的影响。本文就采用该技术制备的多孔支架研究进展及存在的问题进行综述,同时对该技术控制泡孔形貌的发展方向提出展望。
【图文】：

原理图,原理图,异相成核,均相成核

核与增长直接影响发泡材料的泡孔形貌与结构，根据经典成核理论［26］，均相成核中，每个分子均可能成为成核点，具有最理想的成核密度与泡孔半径，同时所需克服的自由能也是最大的，单位体积和时间内，均相成核率和成核位点数与气体分子浓度成正比［27］。由于在不同相之间存在一个低能点，异相成核将在此处发生相变，如致孔剂，填料及残留有机溶剂均可成为异相成核点引发异相成核。虽然异相成核能垒远低于均相成核，但在远离异相成核的区域同样可以发生均相成核，只是异相成核优先发生，即混合成核模型。图1SCFF制备组织工程支架原理图Fig．1SchematicofSCFFmanufacturetissueengineeringscaffold468

模型图,蜂窝,模型,泡孔

4期马腾，等:超临界二氧化碳流体发泡技术制备组织工程支架及其泡孔形貌控制研究进展蜂窝模型［28］(见图2)从理论上解释了泡孔生长现象:当气核形成后，基质中过饱和的气体会优先扩散到气核中，增大气核内压，引起泡孔生长，材料基质中的气体浓度不断降低，形成一个浓度边界层(Cw)，在浓度边界层外，气体浓度不变(C∞)。当进一步降压时，一部分过饱和的气体从已成核的位点扩散到气核中，引起泡孔增长，另一部分气体是否产生新的成核位点，取决于已存在的浓度边界层与需要成核位点之间的距离，若新成核位点远离浓度边界层，则产生新的成核位点，反之不产生。卢等通过建立泡孔生长的数学模型，得到聚合物/SCFF体系的控制方程，发现泡孔生长的动力源于泡孔内压力，其主要取决于发泡剂含量及扩散系数，而熔体压力是泡孔生长的阻力［29］。图2蜂窝模型示意Fig．2Schematicofcellmodel2材料对泡孔形貌的影响2.1材料性能的影响适合用SCFF处理的材料为无定形［11］或结晶度低的半晶型材料［30］，，若发泡温度高于材料的熔融温度，晶型材料也可以用scCO2制备多孔支架材料。这是因为小分子气体在聚合物中的扩散受三种主要因素影响［31］:聚合物的自由体积，聚合物分子链的活动能力以及聚合物与扩散气体间的相互作用。聚合物的自由体积是气体扩散到聚合物内部的基础，在外力作用下，由于聚合物分子链具有活动性能，小分子气体从一个自由体积扩散到另一个，形成气体浓度梯度，而聚合物与气体间的相互作用包括二者间的界面张力与相互作用。(1)无定形材料材料分子结构的自由空间较多，利于更多的scCO2填入材料中，使分子链相互分离，具有可移动性，降低玻璃化温度。(2)半晶型材料主要发生混合型成核，

【参考文献】