专利名称：三维人造支架及其制造方法三维人造支架及其制造方法发明背景发明领域本发明涉及三维支架及其制造方法。更特别地，本发明涉及用生物可降解聚合物和水凝胶形成的三维支架及其制造方法。相关领域的描述组织工程领域是一种技术领域，该技术领域涉及将来自患者组织的少量提取的细胞在患者的身体外大量培育，并且将该细胞分化成三维组织，并且将该三维组织再生成组织和器官以便使损坏的内部器官再生，并且关于组织工程领域已经执行各种方式方法的研究以便恢复损坏的人体的各种组织和器官的功能。在组织工程中，对于组织的三维培育而言，在其中可将细胞认为三维环境的支 架是必要的，并且为了诱导细胞的平稳沉积、繁殖和分化，支架应具有合适的细胞外基质(ECM)结构。此外，支架应该具有连接到用于细胞运动、促进新陈代谢和供应营养元素的适当大小的静脉渗透的多孔三维结构，并应在组织再生周期维持适当的强度，该强度可以维持形态。按照惯例，为了获得这样的三维支架，使用诸如气体发泡/盐浸法、相分离法、溶剂浇注颗粒浸出法和乳化液冷冻干燥法的方法，通过这种方法制造的支架具有在多孔结构的孔的大小、位置和孔隙率的调整方面的限制。此外，为了加强支架内的孔之间的连接，孔隙率大大提高并因此机械强度方面的问题的发生几率也有所降低。在此背景部分中公开的上述信息仅仅是为加强理解发明的背景，并因此它可能包含尚未形成在此国家中对本领域的普通技术人员而言已知的现有技术的信息。发明概述本发明已努力提供了一种支架及其制造方法，该支架具有通过融合生物可降解合成聚合物和水凝胶来加强组织再生能力的优势。本发明的示范实施方式提供了一种通过交替地堆叠生物可降解合成聚合物-水凝胶层以网格形式形成的支架，其中，所述生物可降解合成聚合物-水凝胶层通过按预定间隙沉积包括生物可降解合成聚合物和水凝胶的多个生物可降解合成聚合物-水凝胶单元来形成。生物可降解合成聚合物-水凝胶单元可通过将水凝胶线置于一对相对的生物可降解合成聚合物线之间来形成。生物可降解合成聚合物可包括聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己酸内酯和聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)中的至少一种。水凝胶可是水溶性的并且可以是胶原蛋白、明胶、壳聚糖、藻酸和透明质酸中的一种。可在所述水凝胶内存在可调节细胞的生长和功能的生长因子，并且在所述水凝胶内存在的所述生长因子可以是转化生长因子-P (TGF-P)、骨形态发生蛋白(BMP)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)和上皮细胞生长因子(EGF)中的一种。可在所述水凝胶内存在要再生的细胞。本发明的另一实施方式提供了一种制造支架的方法，所述方法包括将生物可降解合成聚合物和水凝胶分别注入第一注射器和第二注射器；通过喷射被注入所述第一注射器的所述生物可降解合成聚合物来按预定间隙形成多条生物可降解合成聚合物线的第一喷射；通过借助于喷射被注入所述第二注射器的所述水凝胶来在多条生物可降解合成聚合物线之间交替地形成水凝胶线和孔，来形成生物可降解合成聚合物-水凝胶层的第二喷射；以及，通过重复所述第一喷射和所述第二喷射来交替地堆叠所述生物可降解合成聚合物-水凝胶层。此外，在注入生物可降解合成聚合物的步骤之后，所述方法还可包括通过连接到所述第一注射器和所述第二注射器的温度控制器来控制所述生物可降解合成聚合物和所述水凝胶的温度。生物可降解合成聚合物可包括PLA、PGA、聚己酸内酯和PLGA中的至少一种。 水凝胶可是水溶性的并且可以是胶原蛋白、明胶、壳聚糖、藻酸和透明质酸中的一种。可在所述水凝胶内存在可调节细胞的生长和功能的生长因子，并且在所述水凝胶内存在的所述生长因子是TGF-P、BMP、VEGF和EGF中的一种。可在所述水凝胶内存在要再生的细胞。根据本发明的示范实施方式，细胞沉积能力和被沉积细胞的增殖能力可得到改善，并且支架的机械强度可得到改善，以及该支架的形状的大小和孔的大小可被调节。此外，使用多头沉积系统的自动化系统可改善加工速度。附图简述图I是根据本发明的示范实施方式制造的支架的放大图。图2是示出用于根据本发明的示范实施方式制造支架的多头沉积系统的配置的图示。图3是示出根据本发明的示范实施方式制造支架的过程的流程图。图4A至4E是循序地示出根据本发明的示范实施方式制造支架的过程的透视图。图5是示出根据本发明的示范实施方式制造的支架中细胞的增殖结果的图表。实施方式的详述在下面的详细描述中，仅通过说明的方式示出和描述了本发明的某些示范实施方式。在图示中，每个元素的尺寸被随机表示以更好地理解描述和便于描述，而本发明不限于这些尺寸。图I是根据本发明的示范实施方式制造的支架的放大图，并且在下文，将参考图I详细描述根据当前示范实施方式的支架。用目前广泛使用的生物可降解的合成聚合物制造的支架没有向细胞提供完整的三维环境，并且由于表面的相对疏水性，当最初注入细胞时，从而存在有细胞损坏大量发生和细胞亲和性低的限制。水凝胶是一种具有三维亲水性聚合物网格结构的材料，该结构可以包含大量的水并可以吸收占整体重量的20%到95%的水，并且这样的天然聚合物是源自天然材料、动物和人体的聚合物并具有非常优良的生物相容性。因此，用水凝胶制造的支撑件在移植后具有更少的炎症反应并具有优良的生物降解性，并因此常常用作组织工程支撑件。此外，存在有优点，即在水溶液环境下，细胞、肽、蛋白质或DNA可以得到保护并且向细胞供应或分泌营养源的产品可以很容易地转移以及细胞粘附配体可以很容易地接收到。然而，当只用水凝胶形成支撑件时，由于机械强度低，支撑件的使用只能限于软组织的再生，并且鉴于生物可降解材料的运动，支撑件可以很容易地通过体酶分解并因此直到组织再生为止，可能会出现支撑件不完全执行作为支撑件的功能的问题。为了克服这样的限制，根据当前示范实施方式的支架包括生物可降解合成聚合物和水凝胶。具体来说，包括生物可降解合成聚合物和水凝胶的多个生物可降解合成聚合物水凝胶层被形成并且是通过交替堆叠它们以网格形式形成的。在这种情况下，生物可降解合成聚合物包括PLA、PGA、PCL和PLGA中的至少一种。就是说，生物可降解合成聚合物可用所述材料中的一种形成，或可能通过混合两种或两种以上的材料形成。 此外，可应用为水凝胶的天然聚合物包括胶原蛋白、明胶、壳聚糖、藻酸和透明质酸。通过将可调节细胞的生长和功能的生长因子密封在水凝胶内，可以形成支架，并且在这种情况下，转化生长因子-P (TGF-P)、骨形态发生蛋白(BMP)、VEGF和EGF可以被使用作为生长因子。由于生长因子在水凝胶内存在，因此可促进组织再生。此外，通过密封细胞以便在水凝胶内再生，可形成支架，并且在这段时间中，生长因子可被一起密封。以这种方式，通过将水凝胶融合到生物可降解合成聚合物材料，可形成支架，并因此可改善细胞沉积能力和沉积细胞的繁殖能力，并且还可以解决机械强度的问题。图2是示出根据本发明的示范实施方式的用于制造支架的制造系统的图示，图3是示出使用这样的制造系统制造支架的过程的流程图，以及图4A至4E是循序地示出根据本发明的示范实施方式制造支架的过程的透视图，并且在下文中，将参考这些图详细描述根据本发明的示范实施方式的支架及其制造方法。如图2所示，支架制造系统使用多头沉积系统100形成三维形状的支架200。多头沉积系统100具有用于喷射预定厚度的支架材料的堆叠头150。堆叠头150包括注入和储存材料的注射器151、喷射被注入注射器151的材料的喷嘴153以及适当地维持材料的温度的加热器155，并且在当前的示范实施方式中，生物可降解合成聚合物和水凝胶每种都被注入两个堆叠头150的注射器151中并且通过每个喷嘴153喷射，由此形成支架 200。 为了在垂直方向的z轴方向上以及在用X轴和y轴形成的平面坐标上移动堆叠头150，多头沉积系统100包括用于在X轴方向上移动堆叠头150的X轴位移移动单元120、用于在I轴方向上移动堆叠头150的y轴位移移动单兀130以及用于在z轴方向上垂直移动堆叠头150的z轴位移移动单元140。也就是说，多头沉积系统100可以通过在工作台110上以矩阵方法堆叠支架材料来形成一定形状的方式制造复杂的三维形状的支架200。要制造的支架200的形状通过数据模型20输入到集成控制器10。在这种情况下，优选是三维形状的支架200的每个坐标值被设置成作为三维CAD数据输入支架200的数据模型20。集成控制器10根据支架200的三维形状数据模型控制多头沉积系统100的操作。因此，多头沉积系统100交替喷射支架材料，即生物可降解合成聚合物和水凝胶，同时移动到坐标值以根据从集成控制器10传输的支架200的三维形状数据来设置堆叠头150。温度控制器30连接到多头沉积系统100的堆叠头150，以控制堆叠头150的注射器151的温度。具体来说，温度控制器30连接到加热器155，加热器155附接到堆叠头150以控制加热器155并从而加热或维持堆叠头150的注射器151内的生物可降解合成聚合物和水凝胶至预设温度，由此生物可降解合成聚合物和水凝胶的支架材料可以改变或维持在合适的状态来喷射并且通过堆叠头150的注射器151喷射至预设厚度。温度控制器30将集成控制器10以及多头沉积系统100连接在一起并可以操作与堆叠头150的运动联锁。压力控制器40连接到多头沉积系统100的堆叠头150以控制被转移到堆叠头150的压力。也就是说，压力控制器40是用于控制被转移到堆叠头150的压力转移设备的压力的装置，并使得通过堆叠头150的喷嘴153喷射的生物可降解合成聚合物和水凝胶的喷射速度有所不同。根据当前示范实施方式的压力控制器40通过气动方法将压力转移至堆叠头150的压力转移设备。为了此目的，三维支架制造系统具有气动设备50，该气动设备50 将直接压力施加至堆叠头150的压力转移设备，并且气动设备50通过压力控制器40操作。在这种情况下，气动设备50独立地连接到多头沉积系统100的每个轴并且可以不同地调整每个轴的气压。以这种方式，使用多头沉积系统100的支架制造系统是具有4个轴的系统，不同于一般的单轴系统，上述系统可独立地控制位置、温度和压力，并可使用该制造系统调节支架的形状和孔的大小。参考图3，根据当前示范实施方式制造支架的方法包括以下步骤将生物可降解合成聚合物和水凝胶分别注入注射器(Sio);按预定间隙喷射生物可降解合成聚合物的第一喷射步骤(S20);在生物可降解合成聚合物线之间喷射水凝胶的第二喷射步骤(S30);以及，交替地堆叠生物可降解合成聚合物-水凝胶层的步骤(S40)，并且还包括通过温度控制器控制注入注射器的生物可降解合成聚合物和水凝胶的温度的步骤。将参考图4A至4E详细描述制造这样的支架的方法。首先，为了形成支架200，将数据从数据模型20转移到集成控制器10。集成控制器10基于所转移的数据来控制温度控制器30、压力控制器40以及位移移动单元120、130和140到达每个轴的方向。在将生物可降解合成聚合物和水凝胶分别注入两个堆叠头150的注射器151后，注射器151的温度通过温度控制器30和加热器155调整以维持适和于注射生物可降解合成聚合物和水凝胶的状态。在这种情况下，如上所述，作为生物可降解合成聚合物的PLA、PGA、PCL和PLGA中的一种或两种或多种可被混合并使用，并且胶原蛋白、明胶、壳聚糖、藻酸和透明质酸中的一种可用作水凝胶。例如，生物可降解合成聚合物可熔化并在通过温度控制器30和加热器155保持经由混合PLGA和PCL获得的材料在120°具有粘度的状态下使用，其中PLA和PGA的比例在90°是85 15，并且水凝胶可维持并在通过将粉末状的透明质酸与蒸馏水的混合充分搅拌至凝胶状态的适当粘度下使用。在这种情况下，因为水凝胶可通过加热改变其材料特性,所以不施加热量。此后，堆叠头接收位移移动单元120、130和140以及压力控制器40的控制，并且支架200经由通过堆叠头150的喷射喷嘴153在工作台110上交替地喷射生物可降解合成聚合物和水凝胶来形成。在当前示范实施方式中，当喷射生物可降解合成聚合物和水凝胶时，使用气压并且所使用的气压是大约650kPa。参考图4A和4B，在第一喷射步骤S20处，生物可降解合成聚合物被喷射在预定间隙处的若干线上。由此，形成多个生物可降解合成聚合物线210，并且为了在生物可降解合成聚合物线210之间喷射水凝胶，生物可降解聚合物堆叠若干次以具有适当的高度，如图4B所示。在当前示范实施方式中，生物可降解合成聚合物线210的层的高度是约lOOum，并且通过堆叠该层3至4次以获得300um到400um的高度。图4C示出喷射水凝胶的第二喷射步骤S30，并且在第二喷射步骤S30，通过使生物可降解合成聚合物线210在预定间隙处形成，水凝胶被注入在其间形成的孔中，并因此形成多条水凝胶线220，然后通过控制将水凝胶喷射到孔中心位置的喷射喷嘴153，水凝胶可被喷射在准确的位置处。在这种情况下，之所以每隔一个孔注入水凝胶的原因是，可以给予支架200氧气和营养物质并从支架200接收氧气和营养物质的孔是必要的，并且这是一种固定孔的方法。以这种方式，一个层中的生物可降解合成聚合物-水凝胶层240通过第一 喷射步骤S20和第二喷射步骤S30形成。也就是说，生物可降解合成聚合物-水凝胶层240通过在预定间隙处沉积包括生物可降解合成聚合物线210和水凝胶线220的生物可降解合成聚合物-水凝胶单元230并在生物可降解合成聚合物-水凝胶单元230之间形成孔来形成。堆叠步骤S40是通过重复第一喷射步骤S20和第二喷射步骤S30多次堆叠生物可降解合成聚合物-水凝胶层240的步骤，并且参考图4D，在堆叠一层后，下一层通过将生物可降解合成聚合物-水凝胶层240整个旋转90°来堆叠并因此支架200形成网格图案。通过重复执行堆叠步骤S40直到生物可降解合成聚合物-水凝胶层240具有期望的高度，网格图案的支架200可以被制造，如图4E所示。例如，为了获得高度2mm的支架，高度300um到400um的生物可降解合成聚合物-水凝胶层240可被堆叠5至6次。为了验证根据当前示范实施方式的支架的效果，执行以下的实验。对于这个实验，PCL和PLGA被用作生物可降解合成聚合物，并且将使用透明质酸作为水凝胶的情况和使用明胶作为水凝胶的情况分开，并根据操纵支架的方法来制造支架。此外，对于一个实验而言，使用了 MC3T3-E1细胞(其为预成骨细胞)，并且每支架移植了 IO5个细胞。为了评估细胞繁殖，使用了细胞计数试剂盒8，并且执行繁殖评估直到7天。图5是示出根据一个实验的细胞增殖结果的图表，并示出具有水凝胶的支架的细胞沉积能力和所沉积的细胞的繁殖能力比不包括水凝胶的那些支架要优秀得多。因此，根据当前示范实施方式，可以确定包括生物可降解合成聚合物和水凝胶的支架在细胞繁殖上具有极佳的效果，并且也可以改善机械强度，如上所述。此外，通过将细胞和可以帮助组织再生的生长因子一起密封在支架密封内，组织再生的效果可以最大化。如上所述，描述了本发明的示范实施方式，但是本发明不限于前述的示范实施方式。生物可降解合成聚合物部分的图案或水凝胶的喷射位置可以自由调整，并且除了网格图案的形式的支架可使用多头沉积系统来制造。虽然本发明已结合当前所考虑到的实践的示范实施方式进行了描述，但是应理解该发明不限于所公开的实施方式，而与此相反，旨在涵盖被包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等 效布置。本发明涉及一种具有增强的组织再生能力的人造支架及制造该支架方法。根据本发明的一个实施方式的人造支架通过堆叠生物可降解合成聚合物/水凝胶层来形成格栅。此处，该生物可降解合成聚合物/水凝胶层通过在预定间隔处布置包含生物可降解合成聚合物和水凝胶的多个生物可降解合成聚合物/水凝胶单元来形成。