聚己内酯基羟基磷灰石复合材料的改性与研究
发布时间：2020-07-05 19:10
【摘要】：在目前的临床医学中,骨组织工程技术是一种骨修复的重要治疗方式。其关键是制备与组织相匹配的植入支架,而支架材料的力学性能和生物相容性是影响支架功能的主要因素。聚己内酯(PCL)是目前研究和应用都非常广泛的一种生物降解高分子材料。它具有良好的组织相容性、可控的降解速率等。羟基磷灰石(HA)是骨的主要组成成分,使用它与PCL形成复合材料,一方面可以有效改进PCL的降解性、细胞粘附性和力学强度,另一方面可以赋予羟基磷灰石的良好的加工性能。制备出生物性和机械性更加优异的骨植入支架。PCL和HA的界面结合性较弱,是该复合材料面临的主要问题。本文采用两种方式制备了HA/PCL复合材料,有效提高了材料的复合强度。将从以下几个方面进行讨论:(1)使用纳米羟基磷灰石作为引发剂,利用其表面的活性羟基引发ε-CL的开环反应,在HA表面形成PCL。通过在HA与PCL之间建立化学键提升材料的界面结合性和分散性。之后制备了相似分子量的常规PCL和PCL/HA共混材料作为对比:压缩测试和弯曲测试表明HA的引入,明显增加了复核材料的压缩模量和弯曲模量,并且断裂伸长率增加;同时HA的引入降低了PCL的结晶度,增加了材料的韧性;相比PCL/HA共混材料,HA的分散性更好,团聚现象明显下降。这些都说明HA引发形成的复合材料具有更好的界面结合性和分散性。(2)使用合成子UPy修饰PCL和HA表面,分别制备具有四重氢键结构的PCL-UPy、HA-UPy单体和PCL/HA复合材料。因为氢键是一种较强的分子间作用力,形成氢键结构一方面可以提升PCL的分子链间强度并降低结晶度,从而提升其力学性能;另一方面与HA之间建立氢键作用可以有效提升两种材料的结合强度。制备材料并且表征之后,我们发现:PCL-UPy相比较PCL,压缩测试和弯曲测试的应力应变极限明显提升。DSC和偏光显微镜测试表明,材料的结晶度明显降低。PCL-UPy/HA-UPy复合材料与没有氢键的复合材料和PCL-UPy相比,压缩模量和弯曲模量进一步提高,并且对PCL的结晶度影响明显,PCL结晶基本消失。通过扫面电子显微镜可以发现HA在PCL中团聚现象降低,与PCL界面的结合更加紧密。表明四重氢键的引用成功提高PCL的力学强度和与HA之间的界面兼容性。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08;TB332
【图文】：
内或者体外在支架上培育组织细胞，最后达到在人体内生长出相应组织的目的[10]。相于以往的植入，这种治疗方案能够辅助人体自身形成组织，可以有效降低缓解排异反和后遗症，并且功能和外观回复效果良好。目前，骨组织工程的发展主要面临三个方的因素：骨组织支架、细胞的培养、生长因子[11]。其中骨组织支架在体内还有具有力支撑、与组织良好相容的功能，并且还是细胞和生长因子的载体，对组织的修复具有关重要的作用。.2.2 植入支架介绍植入支架为骨组织工程中的核心技术，与人体原生组织的兼容性是它的一个重要指。所以材料需要拥有良好的生物相容性、力学性能、结构性能。了解原生骨的组成与结构对制备合格的植入支架至关重要。典型的人类长骨是一般皮质骨、松质骨、骨膜、软骨组成[12]。其示意图显示在图 1.1 中。
图 1. 2 人体松质骨的应力-应变曲线骨的机械行为与皮质骨相比有有所不同。它的压缩应力 - 应变曲线显示为，即线性弹性区、塑性平稳区和稠化区。刚开始也是弹性变化、之后区，之后会有一个机械性能上升的稠化区。这样的力学性能与它的多孔系。据统计，典型松质骨的压缩强度在 2-12 MPa 范围内，压缩模量在 0.。综上所述，人体的骨骼结构中，皮质骨、松质骨、骨膜、软骨仅对骨各有各自的影响[14]。所以，骨组织支架，也需要具备综合性的力学性能单一结构往往无法达到这样的效果。进一步提升植入支架的兼容性，我们需要对骨组织支架中的结构进行改织中，结构的不同直接影响着组织的力学性能与生物性能。皮质骨占总骨，它呈现出一个含有中心骨髓腔的不规则柱状结构；而松质骨为一个非，约占 20％骨骼的总质量。如图 1.3 所示。软骨是一种胶原蛋白为基底白质，糖类构成的一种又硬又韧的结缔组织。它具有非常低的摩擦系
图 1.3 人体骨骼示意图究表明多孔结构的支架有利于组织向内生长、营养物质输送、宿骨整合与植入长期稳定等。所以为了更好的骨再生性能，组织支架往往需要一定的孔隙率。的机械性能与骨骼结构具有很大的关系，如孔隙率，对称性和各项异性等，而量与孔隙率互相影响。Weiner 和 Wagner 的研究表明，狒狒胫骨中的平面板层骨骼中的板层骨的杨氏模量差别很大，这是因为胫骨的空隙率小并且各向异性们改变支架的孔隙率然后测定其杨氏模量，发现当支架孔隙率增加时，模量降透率增加。还测试了不同空隙类型对于支架机械性能的影响。从而证明支架的可以通过改变支架内孔隙结构来调整[16]。所以，为了满足一定的孔隙率，同时骨支架的力学强度太低而塌陷，需要选择模量较高的支架。但如果模量过高，细胞迁移困难，酶及营养物质的输送受阻，这会导致组织支架的吸收效果下降高从而开裂。因此，支架的机械模量和孔隙度，对骨组织再生具有很大的影响决孔隙率和支架机械性能之间的矛盾，人们试图从两个方向解决问题，一个是料，寻找容易成型且机械强度较好的生物材料，是制备骨组织支架的一个重要
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08;TB332
【图文】：
内或者体外在支架上培育组织细胞，最后达到在人体内生长出相应组织的目的[10]。相于以往的植入，这种治疗方案能够辅助人体自身形成组织，可以有效降低缓解排异反和后遗症，并且功能和外观回复效果良好。目前，骨组织工程的发展主要面临三个方的因素：骨组织支架、细胞的培养、生长因子[11]。其中骨组织支架在体内还有具有力支撑、与组织良好相容的功能，并且还是细胞和生长因子的载体，对组织的修复具有关重要的作用。.2.2 植入支架介绍植入支架为骨组织工程中的核心技术，与人体原生组织的兼容性是它的一个重要指。所以材料需要拥有良好的生物相容性、力学性能、结构性能。了解原生骨的组成与结构对制备合格的植入支架至关重要。典型的人类长骨是一般皮质骨、松质骨、骨膜、软骨组成[12]。其示意图显示在图 1.1 中。
图 1. 2 人体松质骨的应力-应变曲线骨的机械行为与皮质骨相比有有所不同。它的压缩应力 - 应变曲线显示为，即线性弹性区、塑性平稳区和稠化区。刚开始也是弹性变化、之后区，之后会有一个机械性能上升的稠化区。这样的力学性能与它的多孔系。据统计，典型松质骨的压缩强度在 2-12 MPa 范围内，压缩模量在 0.。综上所述，人体的骨骼结构中，皮质骨、松质骨、骨膜、软骨仅对骨各有各自的影响[14]。所以，骨组织支架，也需要具备综合性的力学性能单一结构往往无法达到这样的效果。进一步提升植入支架的兼容性，我们需要对骨组织支架中的结构进行改织中，结构的不同直接影响着组织的力学性能与生物性能。皮质骨占总骨，它呈现出一个含有中心骨髓腔的不规则柱状结构；而松质骨为一个非，约占 20％骨骼的总质量。如图 1.3 所示。软骨是一种胶原蛋白为基底白质，糖类构成的一种又硬又韧的结缔组织。它具有非常低的摩擦系
图 1.3 人体骨骼示意图究表明多孔结构的支架有利于组织向内生长、营养物质输送、宿骨整合与植入长期稳定等。所以为了更好的骨再生性能，组织支架往往需要一定的孔隙率。的机械性能与骨骼结构具有很大的关系，如孔隙率，对称性和各项异性等，而量与孔隙率互相影响。Weiner 和 Wagner 的研究表明，狒狒胫骨中的平面板层骨骼中的板层骨的杨氏模量差别很大，这是因为胫骨的空隙率小并且各向异性们改变支架的孔隙率然后测定其杨氏模量，发现当支架孔隙率增加时，模量降透率增加。还测试了不同空隙类型对于支架机械性能的影响。从而证明支架的可以通过改变支架内孔隙结构来调整[16]。所以，为了满足一定的孔隙率，同时骨支架的力学强度太低而塌陷，需要选择模量较高的支架。但如果模量过高，细胞迁移困难，酶及营养物质的输送受阻，这会导致组织支架的吸收效果下降高从而开裂。因此，支架的机械模量和孔隙度，对骨组织再生具有很大的影响决孔隙率和支架机械性能之间的矛盾，人们试图从两个方向解决问题，一个是料，寻找容易成型且机械强度较好的生物材料，是制备骨组织支架的一个重要
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 张自强;杨冰;张以河;季君晖;许颖;;NanoHAP/聚己内酯复合材料的结晶性、透氧透湿性、流变性能的研究[J];塑料工业;2015年08期
2 胡李勤;;聚己内酯/羟基磷灰石纳米级复合材料的制备及其性能影响因素研究[J];化工中间体;2015年03期
3 yひ瘴
本文编号：2743015
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