可降解功能性聚氨酯关节软骨修复材料的研究

发布时间：2016-10-10 07:28

  本文关键词：可降解功能性聚氨酯关节软骨修复材料的研究，由笔耕文化传播整理发布。

《华南理工大学》 2014年

可降解功能性聚氨酯关节软骨修复材料的研究

陈龙  

【摘要】：关节软骨缺乏血管、淋巴管、神经组织，在关节腔内仅仅靠滑液来提供营养，新陈代谢能力低下。关节软骨并不是单一结构的，随着关节软骨的深度变化分为浅表层、过渡层、放射层和钙化层，层与层之间有着截然不同的结构和功能，同时软骨细胞自身的增殖能力低下。关节软骨的这些特点导致了关节软骨一旦受到损伤往往难以自身修复。现今的临床治疗手段根据病情由轻至重会采用咨询建议、注射透明质酸、关节镜治疗、自体或者异体软骨替换、关节整体置换等。这些治疗手段都或多或少存在问题，咨询建议和注射透明质酸只能起到缓解的作用、关节镜治疗也只在一段时间有效，不能根治、自体软骨替换存在供体不足的缺陷而异体软骨移植又存在排异反应、关节整体替换虽然是现今最为有效的治疗手段，但是手术费用高且风险大，会出现无菌性松动，需要重新翻修等问题。寻找新的有效的软骨修复手段成了亟待解决的课题，近年发展的组织工程的出现为关节软骨修复提供了一个全新的途径。 传统的组织工程支架材料主要是聚乳酸类，其弹性模量高，力学性能可调性不足使其在软骨组织修复中，特别是较为柔软的软骨浅表层和过渡层的修复中受到影响。生物可降解聚氨酯材料可以通过对分子结构进行控制，从而得到不同模量和拉伸率的弹性聚氨酯，这个特性使得其在软骨修复领域的应用收到广泛关注。本研究参照软骨的结构，以分子量为2000的聚己内酯(PCL)作为软段，六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)作为硬段，分子量为250的聚四氢呋喃(PTMG)为扩链剂，通过调整不同异氰酸酯含量，合成了5组具有不同特性的可降解聚氨酯材料，并对相应的聚氨酯的分子量、力学性能、热性能等进行了研究。FTIR和1H-NMR的结果证实了聚氨酯的结构。聚氨酯合成中异氰酸酯用量增加会使得分子量减小而杨氏模量和结晶度都增大。在合成的聚氨酯的基础上挑选硬段含量为17.1%和17.8%的两组综合性能最好的聚氨酯，采用热致相分离的方法构建出了三层不同力学层区结构的聚氨酯支架。通过体视显微镜和SEM表征发现，支架层与层之间过渡连续，支架孔径均一，孔与孔之间连通性良好。同时发现支架表面粗糙，这种粗糙的表面对细胞的增殖、粘附与分化都有潜在的重要意义。 生物可降解聚氨酯虽然具有良好的力学性能，但其生物活性任然需要进一步提高。为了提高聚氨酯的生物活性，本研究合成了2,2-丙炔基-1,3-丙二醇(DPPD)这样一个小分子，并将其作为扩链剂引入聚氨酯主链分子中，获得了一种主链带有炔基的可降解聚氨酯材料。H核磁图谱中=2.03的峰，以及红外图谱中2138cm-1的峰证实了炔基成功引入了聚氨酯分子链。当扩链系数分别为1、0.7和1(70%DPPD+30%1,3-丙二醇(PDO))时，最终产物中炔基含量分别为0.396、0.235和0.197mmol/g。将叠氮RGD接枝到聚氨酯主链后，核磁图谱=7.91处的峰表明采用点击化学方法成功地将叠氮RGD分子引入了聚氨酯分子主链。细胞毒性实验表明含炔基聚氨酯没有细胞毒性。将含炔基聚氨酯用DMF溶解后成膜，利用含炔基聚氨酯表面的炔基，将TGF-β1的特异性亲和肽HSNGLPL接枝到聚氨酯的表面，QCM考察了亲和肽对TGF-β1的吸附作用，同时考察了表面募集了生长因子后对干细胞分化的影响。接枝了短肽的聚氨酯其XPS的N元素明显增高，说明HSNGLPL短肽已经接枝到聚氨酯的表面。石英微晶天平(QCM)检测HSNGLPL吸附TGF-β1的过程，通过QCM软件进行拟合后金片表面的吸附量为2.11mg/m2。 为了进一步实现功能化，避免手术后感染引起严重的并发症，采用双乳化法将氧氟沙星这种抗生素制成载药微球后和聚氨酯支架复合。但是采用双乳化法包封氧氟沙星制备微球过程中，存在包封率低且突释严重的问题。为了提高氧氟沙星等亲水性药物的包封率，，将介孔硅、透明质酸、多聚赖氨酸加入到内水相中，考察物理吸附以及静电作用对微球粒径及其分布、表面形态、包封率以及释放特性的影响。结果表明，采用该方法制备出了内部具有多孔结构的载药微球；透明质酸内水相组微球平均粒度最大，粒径分布最小；介孔硅和透明质酸的加入提高了微球包封率；三种内水相组的初期爆释均高于对照组；多聚赖氨酸内水相组释放速率最快，透明质酸内水相组释放速率最慢。释放拟合曲线表明，四组不同内水相的微球，在释放区间内，释放行为都符合slogistic方程式。

【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.08
【目录】：

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