组织工程支架材料聚乳酸的微孔发泡制备及其性能表征研究

发布时间：2017-08-24 15:06

  本文关键词：组织工程支架材料聚乳酸的微孔发泡制备及其性能表征研究

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【摘要】：聚乳酸是一种应用较广泛的人工合成高分子材料,其优良的生物可降解性和生物相容性等特点使其在生物、医药和食品等领域越来越备受关注。然而,迄今为止,国内、外对聚乳酸材料的组织工程支架的制备和性能研究还在进一步探讨和完善,以满足生物工程应用的不同需求。本文以固态无溶剂气体发泡技术,分别在二氧化碳(C02)和空气(Air)条件下对左旋聚乳酸(PLLA)和外消旋聚乳酸(PDLLA)进行了2.0MPa至6.0MPa不同饱和压力下的支架制备。同时,基于热分析(DSC、SSDSC、TGA和DMA)技术,结合扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、广角X射线衍射(WAXRD)等现代分析手段以及生物学酶降解实验和细胞实验,研究了不同饱和压力、不同种类气体和不同形态的聚乳酸的支架结构、官能团和结晶度等；表征了其热稳定性、力学性能、体外降解性和细胞相容性,并探讨制备条件对支架性能的影响及其规律,另外,利用Kissinger、-Doyle和Vyazovkin数学模型进行支架材料的热分解动力学研究。具体如下：首先,当饱和压力从2.0 MPa增至6.0MPa时,三类聚乳酸支架(PLLA-CO2、 PLLA-Air和PDLLA-CO2)的泡孔孔径均逐渐减小、泡孔密度均逐渐增大,且泡孔孔径(D,μm)随饱和压力(p,MPa)的增大呈指数式衰减,而泡孔密度(Log(N),个.cm-3)随饱和压力(p, MPa)的增大呈线性增长。比较相同饱和压力下制得的三种支架,发现其泡孔孔径从大到小依次为PDLLA-C02PLLA-CO2PLLA-Air,这是因为C02比Air具有更好的溶解度和扩散系数,且气体在无定形态的聚合物中更易溶解。其次,PLLA-CO2、PLLA-Air和PDLLA-CO2三类支架材料的活化能、热稳定性、使用寿命和弹性均随饱和压力的增大而增大。其酶降解实验表明,酶会优先降解聚乳酸中的无定形部分,且孔径越小、孔隙率越高的支架材料的降解速率越慢。对于半结晶态的PLLA,发泡后的PLLA-CO2和PLLA-Air中的晶体相含量均高于原样的,但前者的晶体相含量随饱和压力的增大而增大,且含有4%～12%的束缚之无定形相,而后者的晶体相含量随饱和压力的增大呈先增大后减少的趋势,且不存在束缚之无定形相；对于无定形态的聚乳酸(PDLLA),发泡后的PDLLA-CO2支架中并没有晶体相的产生,只是存在少量(5%)的束缚之无定形相。最后,我们研究了发泡性能和机械强度较优异的PLLA-CO2支架材料的细胞毒性、生长与分化性,结果表明该支架材料具有良好的生物相容性,且支架的孔隙率越高越有利于细胞的存活和分化。本论文的研究揭示了饱和压力、发泡气体及聚乳酸类型与其对应支架的泡孔结构、相态变化、稳定性和力学性能的关系,这为进一步制备可调控的聚乳酸及其复合材料的组织工程支架奠定理论和实验基础。
【关键词】：聚乳酸 微孔发泡 热分析 稳定性 力学性能 生物相容性
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 主要符号对照表7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 组织工程支架材料的研究进展13-15
• 1.2.1 常用的组织工程支架材料13
• 1.2.2 组织工程支架材料的制备方法及研究进展13-15
• 1.3 固态无溶剂气体发泡技术及其在支架材料制备上的应用15-17
• 1.3.1 固态无溶剂气体发泡技术的原理15
• 1.3.2 固态无溶剂技术制备生物支架材料的研究现状及前景15-17
• 1.4 聚乳酸(PLA)及其研究进展17-20
• 1.4.1 聚乳酸的结构及性能17
• 1.4.2 聚乳酸的应用研究17-20
• 1.5 问题的提出和研究方法20-21
• 1.6 本论文的主要内容和章节安排21-22
• 第二章 左旋聚乳酸(PLLA)支架材料的二氧化碳(CO_2)固态无溶剂制备及其表征22-47
• 2.1 引言22
• 2.2 实验主要试剂及仪器22-24
• 2.3 支架材料的制备及性能测试方法24-27
• 2.3.1 CO_2固态无溶剂法制备PLLA多孔支架24-25
• 2.3.2 扫描电镜分析(SEM)25
• 2.3.3 傅立叶变换红外光谱分析(FTIR)25
• 2.3.4 广角X射线衍射分析(WAXRD)25-26
• 2.3.5 差示扫描量热分析(DSC)26
• 2.3.6 热重分析(TGA)26
• 2.3.7 动态热机械性能分析(DMA)26
• 2.3.8 支架材料的蛋白酶降解实验26-27
• 2.4 结果与讨论27-45
• 2.4.1 PLLA-CO_2支架材料的泡孔形态学分析27-29
• 2.4.2 PLLA-CO_2支架材料的链结构分析29-31
• 2.4.3 PLLA-CO_2支架材料的结晶度及刚性无定形结构分析31-36
• 2.4.4 PLLA-CO_2支架材料的热稳定性及热分解动力学研究36-41
• 2.4.5 PLLA-CO_2支架材料的力学性能分析41-43
• 2.4.6 PLLA-CO_2支架材料的蛋白酶降解43-45
• 2.5 本章小结45-47
• 第三章 左旋聚乳酸(PLLA)支架材料的空气(Air)固态无溶剂制备及其表征47-78
• 3.1 引言47
• 3.2 实验主要试剂及仪器47-48
• 3.3 支架材料的制备及性能测试方法48-50
• 3.3.1 Air固态无溶剂法制备PLLA多孔支架48
• 3.3.2 扫描电镜分析(SEM)48-49
• 3.3.3 傅立叶变换红外光谱分析(FTIR)49
• 3.3.4 广角X射线衍射分析(WAXRD)49
• 3.3.5 差示扫描量热分析(DSC)49
• 3.3.6 热重分析(TGA)49
• 3.3.7 动态热机械性能分析(DMA)49
• 3.3.8 支架材料的蛋白酶降解实验49-50
• 3.4 结果与讨论50-76
• 3.4.1 PLLA-Air支架材料的泡孔形态学分析50-52
• 3.4.2 PLLA-Air支架材料的链结构分析52-54
• 3.4.3 PLLA-Air支架材料的结晶度及刚性无定形结构分析54-61
• 3.4.4 PLLA-Air支架材料的等温结晶动力学及等温结晶后的熔融行为61-70
• 3.4.5 PLLA-Air支架材料的热稳定性及热分解动力学研究70-73
• 3.4.6 PLLA-Air支架材料的力学性能分析73-75
• 3.4.7 PLLA-Air支架材料的蛋白酶降解75-76
• 3.5 本章小结76-78
• 第四章 外消旋聚乳酸(PDLLA)支架材料的二氧化碳(CO_2)固态无溶剂制备及其表征78-96
• 4.1 引言78
• 4.2 实验主要试剂及仪器78-80
• 4.3 支架材料的制备及性能测试方法80-81
• 4.3.1 CO_2固态无溶剂法制备PLLA多孔支架80
• 4.3.2 支架材料的扫描电镜分析(SEM)80
• 4.3.3 傅立叶变换红外光谱分析(FTIR)80
• 4.3.4 广角X射线衍射分析(WAXRD)80
• 4.3.5 差示扫描量热分析(DSC)80
• 4.3.6 热重分析(TGA)80-81
• 4.3.7 支架材料的蛋白酶降解实验81
• 4.4 结果与讨论81-94
• 4.4.1 PDLLA-CO_2支架材料的泡孔形态学分析81-83
• 4.4.2 PDLLA-CO_2支架材料的链结构分析83-84
• 4.4.3 PDLLA-CO_2支架材料的广角X射线衍射分析84-86
• 4.4.4 PDLLA-CO_2支架材料的差示扫描量热分析86-89
• 4.4.5 PDLLA-CO_2支架材料的热稳定性及热分解动力学研究89-93
• 4.4.6 PDLLA-CO_2支架材料的蛋白酶降解93-94
• 4.5 本章小结94-96
• 第五章 支架材料的生物相容性研究96-102
• 5.1 引言96
• 5.2 实验主要试剂及仪器96-97
• 5.3 体外细胞培养实验97-98
• 5.3.1 HeLa细胞在支架材料上的种植97
• 5.3.2 细胞毒性实验(MTT法)97-98
• 5.3.3 细胞粘附实验98
• 5.3.4 统计处理98
• 5.4 结果与讨论98-100
• 5.4.1 支架材料对HeLa细胞增殖的影响98-99
• 5.4.2 HeLa细胞在支架材料上粘附的细胞形态学分析99-100
• 5.5 本章小结100-102
• 第六章 总结与展望102-104
• 6.1 全文总结102-103
• 6.2 展望103-104
• 参考文献104-117
• 硕士在读期间的研究成果及已发表的论文117-118
• 致谢118

【参考文献】

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1 杨娟;公维光;郑柏存;;基于经典成核理论的聚乙烯自由发泡中成核过程研究[J];华东理工大学学报(自然科学版);2013年03期

2 韩云;林有希;;微孔发泡的气泡成核理论研究现状[J];塑料科技;2013年01期

3 冯舒勤;张乃文;任杰;;聚乳酸的热降解与稳定性[J];塑料;2011年01期

4 冯立栋;高战团;边新超;陈志明;陈学思;陈文启;;不同初始条件下聚乳酸的等温结晶动力学[J];功能高分子学报;2009年02期

5 樊国栋;陈佑宁;张光华;;医用聚乳酸类高分子材料的应用[J];中国组织工程研究与临床康复;2007年18期

6 汪朝阳;赵耀明;王浚;李雄武;;外消旋乳酸直接熔融聚合-二异氰酸酯TDI熔融扩链的研究[J];材料科学与工程学报;2007年01期

7 向帮龙,管蓉,杨世芳;微孔发泡机理研究进展[J];高分子通报;2005年06期

8 王身国,杨健,蔡晴,石桂欣,贝建中;组织工程用生物材料及细胞支架研究进展[J];中华整形外科杂志;2000年06期

9 丁宗励;施瑞华;王斌;朱宏;凌亭生;郝波;陈美娟;;可降解支架材料聚对二氧环己酮在模拟人体内环境下体外降解研究[J];中华生物医学工程杂志;2013年01期

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本文编号：731958