脂肪族聚酯基骨組織工程支架的制備與表征.pdf

1、脂肪族聚酯作為良好的生物可降解聚合物，可以通過很多方法制備出能夠模擬天然細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)微觀結(jié)構(gòu)的骨組織工程支架以幫助骨組織的再生和修復(fù)，然而理想的骨組織工程支架在植入體內(nèi)后還需要能夠有效地提高骨生物活性，避免產(chǎn)生炎癥或其他毒副反應(yīng)。磁性納米顆?？梢源龠M(jìn)成骨細(xì)胞的貼附、增殖和分化，并且在靜磁場作用下能夠吸引生長因子和其他生物劑供組織生長使用，從而有效的引導(dǎo)骨組織再生。含磷生物材料聚膦腈通過控制側(cè)基的組成和比例可以制備出大量具有成骨活

2、性的生物材料，而且其降解產(chǎn)物可部分中和脂肪族聚酯的酸性降解產(chǎn)物，避免單獨(dú)使用脂肪族聚酯引起的無菌性炎癥。為此，本論文通過原位共沉淀與靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合的方法制備了具有良好生物學(xué)性能的磁性聚乳酸(PLLA)/Fe3O4復(fù)合納米纖維支架;通過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，采用溶液澆鑄與粒濾法相結(jié)合制備了脂肪族聚酯/聚膦腈復(fù)合多孔支架。
　　 脂肪族聚酯基磁性納米纖維支架的制備及表征:為提高Fe3O4納米

3、顆粒在PLLA中基體中的分散性，本研究利用PLLA、氯化鐵、氯化亞鐵、氫氧化鈉等組分均能溶于三氟乙醇(TFE)的特性，采用化學(xué)共沉淀的方法成功制備了表面經(jīng)PLLA包覆修飾的Fe3O4納米顆粒(Fe3O4@PLLA)。將含有不同比例Fe3O4@PLLA納米粒子(2.5、5.0、7.5和10wt％)的PLLA/TFE溶液，經(jīng)靜電紡絲制備得到了磁性納米纖維支架(PLLA/Fe3O4(0)，PLLA/Fe3O4(2.5)，PLLA/Fe3O4(

4、5)，PLLA/Fe3O4(7.5)和PLLA/Fe3O4(10)。采用傅里葉轉(zhuǎn)變紅外光譜儀(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能量散射X射線能譜(EDX、Fe Element Mapping)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)等方法分析了Fe3O4@PLLA納米顆粒和磁性納米纖維支架的形貌、結(jié)構(gòu)以及磁性能。結(jié)果顯示:相比于直接沉淀生成的純Fe3O4顆粒，化學(xué)共沉淀法制備的Fe3O4@PLL

5、A納米顆粒在TFE溶劑以及PLLA/TFE溶液中都具有良好的分散性，且具有較小的粒徑(30-60nm)，原因是制備體系中存在的PLLA分子鏈可促進(jìn)成核，并包覆于Fe3O4納米顆粒表面，減弱了粒子間的相互團(tuán)聚，同時(shí)也增強(qiáng)了其與PLLA基體的相容性。PLLA對(duì)Fe3O4納米顆粒的包覆是一種物理相互作用，對(duì)Fe3O4納米顆粒的晶型沒有影響，獲得的Fe3O4@PLLA納米顆粒表現(xiàn)出很強(qiáng)的飽和磁化強(qiáng)度（45.00 emu/g）。由此，PLLA/F

6、e3O4復(fù)合納米纖維支架也表現(xiàn)出良好的順磁性，飽和磁化強(qiáng)度隨著磁性顆粒含量的增加而增加。制備磁性PLLA/Fe3O4復(fù)合納米纖維支架的浸提液，用于成骨細(xì)胞(MC3T3-E1)培養(yǎng)，未發(fā)現(xiàn)具有明顯的細(xì)胞毒性;磁性復(fù)合纖維支架與MC3T3-E1共培養(yǎng)的結(jié)果顯示，相對(duì)于純的PLLA纖維支架，磁性PLLA/Fe3O4復(fù)合納米纖維支架可以進(jìn)一步促進(jìn)成骨細(xì)胞的貼附和增殖，促進(jìn)作用以磁性納米粒子含量5％wt(PLLA/Fe3O4(5)時(shí)最為顯著。由此

7、，化學(xué)共沉淀法是一種簡便地制備脂肪族聚酯基磁性納米纖維支架的方法，可用于骨組織工程的研究。
　　 脂肪族聚酯/聚膦腈復(fù)合支架的制備及表征:降解產(chǎn)物具有pH緩沖能力的氨基酸酯取代聚膦腈和脂肪族聚酯共混可以減輕后者酸性降解產(chǎn)物局部堆積引起的無菌性炎癥，并有效綜合聚膦腈的成骨生物活性與脂肪族聚酯的優(yōu)異力學(xué)性能和生物相容性。然而，由于本身分子結(jié)構(gòu)的差異，聚膦腈與聚酯之間的相分離是不可避免的，這無疑限制了兩者共混體系在組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

8、本論文研究通過在聚膦腈?zhèn)然弦氩糠挚晒饨宦?lián)的甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)，再將其與不同組成脂肪族聚酯(PLLA、PLGA7525、PLGA5050)進(jìn)行溶液共混，采用光照引發(fā)HEMA的不飽和雙鍵進(jìn)行交聯(lián)，由此通過形成一種半互穿網(wǎng)絡(luò)(semi-IPN)結(jié)構(gòu)，來抑制相分離的發(fā)生。本論文首先合成了甘氨酸乙酯/HEMA共取代聚膦腈(PGHP)，然后選擇PGHP和聚酯的共同良溶劑氯仿，分別配置PGHP和聚酯(PLLA、PLGA7525和PLGA

9、5050)的溶液，并按兩者1∶1(w/w)進(jìn)行混合、溶液澆鑄成膜，并光照交聯(lián)。采用FTIR、SEM、EDX、P Element Mapping、差示掃描量熱儀(DSC)和萬能材料試驗(yàn)機(jī)等方法，分別對(duì)三組共混體系未交聯(lián)、交聯(lián)后的化學(xué)結(jié)構(gòu)、形貌和力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明:就單純的共混體系來說，PGHP與PLLA、PLGA7525、PLGA5050的相容性是逐漸改善的，原因是前者中的甘氨酸乙酯側(cè)基與后者主鏈中的羥基乙酸酯具有一定的結(jié)構(gòu)

10、相似性，兩者間氫鍵的形成，有助于兩類聚合物的相容性;經(jīng)光交聯(lián)后的共混體系，相分離現(xiàn)象明顯減弱，尤其是PGHP與PLLA之間的相容性大大改善，因此，交聯(lián)后共混支架的力學(xué)性能優(yōu)于相應(yīng)的未交聯(lián)體系。選擇PLGA7525與PGHP共混，通過溶液澆鑄與粒濾法相結(jié)合技術(shù)，制備了三維多孔支架，研究了共混支架在交聯(lián)前后的形貌和力學(xué)性能變化。結(jié)果顯示，光交聯(lián)制備的PLGA7525/PGHP多孔工程支架在一定程度上實(shí)現(xiàn)了PLGA7525和PGHP的均勻混合