磷酸钙基玉米醇溶蛋白纳米纤维复合材料的制备与性能研究

发布时间：2019-10-10 20:05

【摘要】：磷酸钙骨水泥(CPC)作为骨组织修复领域中最热门的研究材料之一,因其优异的理化生物性能具有广阔的应用前景。然而,现有的CPC骨产品并非完美:力学性能方面,CPC属于脆性材料,其抗弯曲强度较弱,仅类似于松质骨的力学强度。生物性能方面,CPC降解性差,主要表现为人工骨植入体内初期,细胞的粘附、生长与增殖速度缓慢,难以与新生骨组织较快的生长速度相匹配,这些不足在很大程度上影响了CPC的临床应用效果[1]。本课题立足于采用静电纺丝技术对CPC人工骨进行表面改性和基体改性两方面研究,并对所制备复合材料的形貌结构、孔隙率、亲水性能、力学性能、化学性能以及生物性能进行表征分析与评价。玉米醇溶蛋白与左旋聚乳酸(zein/PLLA)多孔同轴纤维膜三维包覆CPC人工骨的制备与性能研究:对CPC基体材料进行表面改性,以提高细胞在CPC材料表面的粘附生长速率。研究利用自主研发的静电纺丝机辅助接收装置,成功实现zein/PLLA同轴纤维膜在CPC非导体材料表面的三维包覆。纯zein/PLLA纳米纤维膜表面平滑、完整、成膜性好。盐析大孔zein/PLLA纳米纤维膜随着盐析浓度的增加,孔隙率逐渐上升,亲水性能不断提高,纤维膜表面的粗糙程度明显加重。zein/PLLA-CPC复合材料纤维膜包覆均匀,纤维围绕圆柱体CPC试样实现360°无缝包裹,三维包覆效果良好。zein/PLLA纳米纤维与CPC人工骨在复合材料中同时存在,两者之间无化学作用。纯zein/PLLA纤维膜包覆CPC组复合材料的抗压强度相较于CPC组没有明显变化,引入盐析制孔后,随着盐粒子含量的增加,复合材料的抗压强度随之提高,并且明显优于纯CPC空白组;而抗弯曲强度随之逐渐降低,但总体略优于纯CPC组。对zein/PLLA多孔纤维膜三维包覆CPC复合材料生物性能表征,经过1、3、5天的细胞培养并进行MTT测试,实验组的生长情况明显优于对照组,各实验组间的生长情况随着纤维膜盐析浓度的增加呈现递增趋势,差异明显。证明CPC表面包覆zein/PLLA大孔纤维膜,可以显著提高材料表面的生物相容性和细胞亲和力,改善细胞在骨材料表面的粘附与增长情况,使得zein/PLLA大孔纤维膜三维包覆CPC材料成为理想的复合人工骨材料的选择。CPC基纤维增韧协同明胶制孔复合材料的制备与性能研究:采用纤维纺丝与材料混合同步进行的创新方式,通过自制静电纺丝接收盘制备不同纤维含量zein/PLLA纤维增韧CPC复合材料,挑选出增韧效果最显著的3wt%纤维增韧CPC组引入不同含量的明胶制孔,获得不同明胶制孔含量的3%zein/PLLA纤维增韧协同明胶制孔CPC复合材料。共混纤维在CPC基体中分散均匀,联合良好。随着纤维含量的增加,CPC基体自带微孔逐渐消失,复合材料孔隙率逐渐下降,材料表面的粗糙程度逐渐加重并出现断口台阶,亲水性能和力学强度都表现为先提高、后减弱的变化趋势,其中3%纤维增韧实验组表现出最佳的亲水性和抗弯曲强度。选取3%纤维增韧组材料引入明胶析出法制备大孔,复合材料的孔隙率随着明胶含量的增加明显上升,空隙的不规则程度逐渐加大,亲水性能呈略微上升趋势,材料断面形貌呈凹凸不平的大孔结构,当明胶加入量过大时,材料断面呈不稳定的疏松结构。复合材料抗弯曲强度随着明胶制孔含量的增加逐渐下降,但是3%-1%-CPC、3%-3%-CPC组仍高于纯CPC的抗弯曲强度。明胶制孔的引入在一定程度上导致了骨材料力学性能的下降,但由于纤维增韧的作用,仍可在一定范围(1wt%-3wt%)内进行明胶制孔,使得CPC抗弯曲强度获得提高的同时引入大孔结构并提高其孔隙率。zein/PLLA共混纤维与CPC人工骨在复合材料试样中共存,物质之间没有发生化学反应。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332

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