高强度三相复合组织粘合剂的研发

发布时间：2020-06-12 15:37

【摘要】：组织粘合剂是组织器官修复的重要材料之一,目前商用组织粘合剂主要应用于软组织的粘合和修复。而针对硬组织的修复,临床上则主要利用传统的金属板或者螺钉等部件进行固定,其过程繁琐、修复效果不佳并且增加了病患的痛苦。因此,应用于硬组织损伤修复组织粘合剂的开发具有重要的临床意义。本研究提出了一种基于天然植物成分单宁酸(Tannic acid)的硬组织粘合材料制备方法。单宁酸分子链中的高密度苯环结构可以使材料在液态环境中具有稳定性,同时大量的邻三苯酚结构能与被粘合材料表面形成氢键以实现牢固结合。在此基础上,长链聚乙二醇(PEG)分子能够通过氢键与单宁酸产生相互作用,两者的混合物之间会形成连续稳定的网络结构。为了进一步增强材料的力学性能,采用无机硅酸镁锂纳米片(Laponite)通过诱导与络合作用,与上述两种组分混合,得到了单宁酸-聚乙二醇-硅酸镁锂纳米片复合材料(TA/PEG/Lap)。这种方法的优点是制备简单,仅通过简单共混单宁酸、聚乙二醇与硅酸镁锂纳米片,即得到TA/PEG/Lap三相复合材料体系。该材料表现出逐渐固化的力学行为,在静置12h,压缩弹性模量显著提高,压缩弹性模量由6.36 kPa增致31 MPa,如此高的力学强度甚至可满足骨组织修复对材料强度的要求。同时材料固化前仍具有可注射、可再加工性、粘附性。通过骨组织粘附实验,进一步证明了TA/PEG/Lap与硬组织具有粘附性。将TA/PEG/Lap浸提液进行细胞培养,通过细胞增殖和死活染色观察表明粘合剂材料具有优异的生物相容性。为了探究TA/PEG/Lap中分子间的相互作用,实验采用红外光谱检测(FT-IR)、流变检测、等温滴定量热法(ITC)、X射线光电子能谱检测(XPS)等多种检测手段,进一步阐明了粘合剂材料的自固化机理。实验表明TA、PEG和Laponite之间存在多重相互作用,例如TA与PEG之间的氢键结合作用,Laponite中Mg~(2+)与TA之间的络合作用,PEG对Laponite自组装的诱导作用,以及Laponite对TA单体氧化形成共价交联网络的诱导作用等。从FTIR、ITC和XPS结果可以推测,当TA/PEG/Lap中的TA和Laponite网络未形成时,可逆的氢键、金属离子络合相互作用使TA/PEG/Lap具有可注射、自修复和反复液态粘合的性能。另外,根据流变数据,我们推测Laponite纳米片层材料可能诱导TA形成二聚体,从而使得复合材料体系共价交联数量增加,同时Laponite自身可形成凝胶网络,两者协同作用,使得TA/PEG/Lap复合材料的机械性能大幅提高。综上所述,TA/PEG/Lap组分之间多重相互作用相互协同赋予其优异的力学性质,同时其具有良好生物相容性,在硬组织修复方面具有极大的临床应用潜力。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08

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本文编号：2709741