改性多壁碳納米管的生物礦化及其納米纖維化復(fù)合支架的制備.pdf

1、在骨組織工程中，理想的支架應(yīng)模擬天然細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的微觀結(jié)構(gòu)以支持細(xì)胞的生長(zhǎng)及引導(dǎo)三維組織的形成。此外，支架還應(yīng)具有與修復(fù)組織相匹配的力學(xué)性能。相分離方法制備的納米纖維化的三維支架可有效的模擬ECM的特性。而碳納米管(CNTs)由于具有優(yōu)異的長(zhǎng)徑比、結(jié)構(gòu)尺寸、力學(xué)強(qiáng)度、電磁和導(dǎo)熱性能以及良好的生物相容性被認(rèn)為是理想的骨修復(fù)材料的增強(qiáng)填料。本文首先通過(guò)化學(xué)改性和生物礦化改善CNTs的分散性和表面活性，然后與相分離方法制備的大孔脂肪族

2、聚酯納米纖維化三維支架進(jìn)行復(fù)合以改善支架的力學(xué)性能和生物學(xué)性能。
　　 首先，通過(guò)H2SO4/HNO3對(duì)MWNTs進(jìn)行化學(xué)氧化處理制備了表面具有-COOH、-OH等極性官能團(tuán)的a-MWNTs。結(jié)合簡(jiǎn)單的小分子反應(yīng)將磷酸根官能團(tuán)接枝到MWNTs表面制備了p-MWNTs。采用實(shí)時(shí)監(jiān)控pH并通入適量CO2的方式長(zhǎng)時(shí)間維持高濃度模擬生理體液(i-5SBF)的pH為6.40±0.02以模擬天然生物礦化的過(guò)程。將不同官能化的MWNTs分散于

3、i-5SBF不同時(shí)間，研究官能團(tuán)對(duì)MWNTs生物礦化行為的影響。通過(guò)控制礦化時(shí)間制備了具有不同化學(xué)組成和形貌的MWNT-磷灰石復(fù)合材料。采用SEM、TEM、EDX、XRD、FT-IR和TGA等表征了不同礦化時(shí)間所得的產(chǎn)物。結(jié)果顯示，i-5SBF有效地抑制了均相成核的發(fā)生;磷酸根較羧酸根具有更好的誘導(dǎo)磷灰石沉積的促進(jìn)作用;通過(guò)熱處理可改善礦化產(chǎn)物的結(jié)晶性。根據(jù)礦化結(jié)果推測(cè)了p-MWNTs在i-5SBF中的礦化機(jī)理。所制備的保持原有MWNT

4、s形貌和分散性的MWNT/無(wú)定形磷灰石復(fù)合材料(MWNT-ACP)是理想的納米纖維化骨修復(fù)支架的理想填充材料。
　　 然后，采用相分離方法制備了脂肪族聚酯納米纖維化支架材料。首次制備了PLGA5050納米纖維化支架，并研究了THF/H2O混合溶劑對(duì)無(wú)形性PLGA相分離行為的影響，推測(cè)了造成PDLGA7525和PLGA5050產(chǎn)物形貌不同的原因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PDLGA7525/THF/H2O體系僅在局部位置可得到納米纖維結(jié)構(gòu);對(duì)于P

5、LGA5050/THF體系在凝膠溫度為70℃時(shí)，可形成均勻的納米纖維化結(jié)構(gòu)，而不良溶劑-水的引入會(huì)導(dǎo)致液-液相分離的發(fā)生。結(jié)合鹽制孔方法制備了大孔納米纖維化PLGA5050三維支架，制孔劑的預(yù)處理溫度對(duì)孔內(nèi)壁的形貌有重要影響，溫度越低越易于形成纖維化的孔內(nèi)壁。此種PLGA5050三維支架具有孔貫穿性較好、孔隙率大、蛋白吸附量高和良好的生物學(xué)性能，細(xì)胞在材料上生長(zhǎng)狀態(tài)良好，并長(zhǎng)入支架內(nèi)部。
　　 最后，通過(guò)相分離方法制備了PLLA

6、/a-MWNTs(MWNT-ACP)納米纖維化復(fù)合材料。由SEM和接觸角的結(jié)果顯示，a-MWNTs的添加量對(duì)PLLA納米纖維的形貌無(wú)顯著的影響，并且隨著添加量的升高，材料的接觸角有顯著的改善。結(jié)合相分離方法和鹽制孔方法可以制備大孔納米纖維化PLLA/MWNTs三維復(fù)合支架。研究發(fā)現(xiàn)不同a-MWNTs添加量對(duì)大孔支架的力學(xué)性能有重要的影響。當(dāng)添加量為5wt％時(shí)，較純PLLA大孔支架壓縮模量提高3倍多。相同添加量下，a-MWNTs的增強(qiáng)效果