脂肪族聚酯基骨组织工程支架的制备与表征

发布时间：2017-12-05 20:14

  本文关键词：脂肪族聚酯基骨组织工程支架的制备与表征

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【摘要】：脂肪族聚酯作为良好的生物可降解聚合物，可以通过很多方法制备出能够模拟天然细胞外基质（ECM）微观结构的骨组织工程支架以帮助骨组织的再生和修复，然而理想的骨组织工程支架在植入体内后还需要能够有效地提高骨生物活性，避免产生炎症或其他毒副反应。磁性纳米颗粒可以促进成骨细胞的贴附、增殖和分化，并且在静磁场作用下能够吸引生长因子和其他生物剂供组织生长使用，从而有效的引导骨组织再生。含磷生物材料聚膦腈通过控制侧基的组成和比例可以制备出大量具有成骨活性的生物材料,氨基酸酯取代聚膦腈的降解产物可部分中和脂肪族聚酯的酸性降解产物，避免单独使用脂肪族聚酯引起的无菌性炎症。为此，本论文通过原位共沉淀与静电纺丝技术相结合的方法制备了具有良好生物学性能的磁性聚乳酸（PLLA）/Fe3O4复合纳米纤维支架；通过光聚合的方法改善了氨基酸酯取代聚膦腈/脂肪族聚酯共混相容性，采用溶液浇铸与粒滤法相结合制备了脂肪族聚酯/聚膦腈复合多孔支架。 脂肪族聚酯基磁性纳米纤维支架的制备及表征：为提高Fe3O4纳米颗粒在PLLA中基体中的分散性，本研究利用PLLA、氯化铁、氯化亚铁、氢氧化钠等组分均能溶于三氟乙醇（TFE）的特性，采用化学共沉淀的方法成功制备了表面经PLLA包覆修饰的Fe_3O_4纳米颗粒（Fe_3O_4@PLLA）。将含有不同比例Fe_3O_4@PLLA纳米粒子（2.5、5.0、7.5和10wt%）的PLLA/TFE溶液，经静电纺丝制备得到了磁性纳米纤维支架（PLLA/Fe_3O_4(0), PLLA/Fe_3O_4(2.5), PLLA/Fe_3O_4(5),PLLA/Fe_3O_4(7.5)和PLLA/Fe_3O_4(10)）。采用傅里叶转变红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜（SEM）、能量散射X射线能谱（EDX、Fe Element Mapping）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、振动样品磁强计（VSM）等方法分析了Fe_3O_4@PLLA纳米颗粒和磁性纳米纤维支架的形貌、结构以及磁性能。结果显示：相比于直接沉淀生成的纯Fe_3O_4颗粒，，化学共沉淀法制备的Fe_3O_4@PLLA纳米颗粒在TFE溶剂以及PLLA/TFE溶液中都具有良好的分散性，且具有较小的粒径（30-60nm），原因是制备体系中存在的PLLA分子链可促进成核，并包覆于Fe_3O_4纳米颗粒表面，减弱了粒子间的相互团聚，同时也增强了其与PLLA基体的相容性。PLLA对Fe_3O_4纳米颗粒的包覆是一种物理相互作用，对Fe_3O_4纳米颗粒的晶型没有影响，获得的Fe_3O_4@PLLA纳米颗粒表现出很强的饱和磁化强度（45.00emu/g）。由此，PLLA/Fe_3O_4复合纳米纤维支架也表现出良好的顺磁性，饱和磁化强度随着磁性颗粒含量的增加而增加。制备磁性PLLA/Fe_3O_4复合纳米纤维支架的浸提液，用于成骨细胞（MC3T3-E1）培养，未发现具有明显的细胞毒性；磁性复合纤维支架与MC3T3-E1共培养的结果显示，相对于纯的PLLA纤维支架，磁性PLLA/Fe_3O_4复合纳米纤维支架可以进一步促进成骨细胞的贴附和增殖，促进作用以磁性纳米粒子含量5%wt（PLLA/Fe_3O_4(5)）时最为显著。由此，化学共沉淀法是一种简便地制备脂肪族聚酯基磁性纳米纤维支架的方法，可用于骨组织工程的研究。 脂肪族聚酯/聚膦腈复合支架的制备及表征：降解产物具有pH缓冲能力的氨基酸酯取代聚膦腈和脂肪族聚酯共混可以减轻后者酸性降解产物局部堆积引起的无菌性炎症，并有效综合聚膦腈的成骨生物活性与脂肪族聚酯的优异力学性能和生物相容性。然而，由于本身分子结构的差异，聚膦腈与聚酯之间的相分离是不可避免的，这无疑限制了两者共混体系在组织工程领域的应用。本论文研究通过在聚膦腈侧基上引入部分可光交联的甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA），再将其与不同组成脂肪族聚酯（PLLA、PLGA7525、PLGA5050）进行溶液共混，采用光照引发HEMA的不饱和双键进行交联，由此通过形成一种半互穿网络（semi-IPN）结构，来抑制相分离的发生。本论文首先合成了甘氨酸乙酯/HEMA共取代聚膦腈（PGHP），然后选择PGHP和聚酯的共同良溶剂氯仿，分别配置PGHP和聚酯（PLLA、PLGA7525和PLGA5050）的溶液，并按两者1:1（w/w）进行混合、溶液浇铸成膜，并光照交联。采用FTIR、SEM、EDX、P Element Mapping、差示扫描量热仪（DSC）和万能材料试验机等方法，分别对三组共混体系未交联、交联后的化学结构、形貌和力学性能进行了对比分析。结果表明：就单纯的共混体系来说，PGHP与PLLA、PLGA7525、PLGA5050的相容性是逐渐改善的，原因是前者中的甘氨酸乙酯侧基与后者主链中的羟基乙酸酯具有一定的结构相似性，两者间氢键的形成，有助于两类聚合物的相容性；经光交联后的共混体系，相分离现象明显减弱，尤其是PGHP与PLLA之间的相容性大大改善，因此，交联后共混支架的力学性能优于相应的未交联体系。选择PLGA7525与PGHP共混，通过溶液浇铸与粒滤法相结合技术，制备了三维多孔支架，研究了共混支架在交联前后的形貌和力学性能变化。结果显示，光交联制备的PLGA7525/PGHP多孔工程支架在一定程度上实现了PLGA7525和PGHP的均匀混合，保证了共混支架的力学强度，又使支架兼具两种材料的优点，有望成为一类新型的骨组织工程支架。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ340.79;R318.08

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