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文檔簡介
1、聚-L-乳酸(poly-L-lactide,PLLA)生物材料,因其優(yōu)良的生物相容性、可降解吸收性和一定的力學(xué)強(qiáng)度,廣泛用作藥物控釋載體、醫(yī)用手術(shù)縫合線及骨折內(nèi)固定材料。但是,單純的聚乳酸材料韌性差,因而限制了PLLA作為生物材料的進(jìn)一步應(yīng)用。聚丁二酸乙二醇酯(poly(ethylenesuccinate),PES),具有良好的韌性,可用來改善PLLA材料的韌性。另一方面,PLLA高分子材料植入體內(nèi)4~8周后即失去其初始力學(xué)強(qiáng)度,不能對(duì)
2、新生骨組織提供有效的支撐;且其降解產(chǎn)物呈酸性,易導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的發(fā)生。納米羥基磷灰石粉末(n-HA),作為填充在高分子基生物材料中的無機(jī)相,能夠有效改善PLLA植入材料的剛度、生物活性和降解速率以及減少因酸性降解產(chǎn)物而引起的炎癥反應(yīng)。
本文以PES增韌PLLA、n-HA增強(qiáng)PLLA/PES高分子材料為出發(fā)點(diǎn),選用自制的PLLA、納米羥基磷灰石(nano-hydroxyapatite,n-HA)和PES為原材料,通過熔融共混法
3、制備了PLLA/PES復(fù)合材料以及n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料;對(duì)PLLA材料、PLLA/PES復(fù)合材料及n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料的力學(xué)性能和體外降解性能進(jìn)行了研究,并研究了n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料的體內(nèi)降解及對(duì)n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料進(jìn)行了生物學(xué)評(píng)價(jià),具體如下:
采用減壓蒸餾技術(shù)及水洗-重結(jié)晶新技術(shù)制備了高純度的L-丙交酯(LLA)。以L-丙交酯為單體、辛酸亞錫(Sn(Oct)2)作引
4、發(fā)劑,采用陽離子開環(huán)聚合法制備了超高分子量的PLLA??疾炀酆蠒r(shí)間、聚合溫度及引發(fā)劑含量對(duì)聚-L-乳酸分子量的影響,得到了合成高分子量PLLA的最適宜條件。L-丙交酯開環(huán)聚合制備高分子量PLLA的最適宜條件為:反應(yīng)時(shí)間24 h,反應(yīng)溫度140℃,單體與引發(fā)劑的物質(zhì)的量之比為12000:1。在最適宜條件下制備的PLLA分子量分布較窄,粘均分子量為74萬。并研究了PLLA分子量與其力學(xué)強(qiáng)度之間的關(guān)系,結(jié)果表明:PLLA材料的抗彎強(qiáng)度和抗彎模
5、量均隨PLLA分子量的增加而增加,抗彎強(qiáng)度和抗彎模量分別可達(dá)186 MPa和2.81 GPa。PLLA樣品斷口形貌表明,隨著PLLA分子量的增加,PLLA樣品的韌性逐漸增強(qiáng);并可在斷口表面觀察到PLLA的球形結(jié)晶痕跡。
采用無有機(jī)溶劑存在的熔融共混法制備PLLA/PES共混物,對(duì)制備的PLLA/PES共混物進(jìn)行了IR、XRD、熱分析以及結(jié)晶性能分析,結(jié)果表明:PES的加入能有效提高PLLA的結(jié)晶速度和結(jié)晶度,且PLLA球晶
6、變得更加完整;PLLA/PES共混物中PLLA與PES是不完全相容的兩種高分子物質(zhì)。對(duì)PLLA/PES共混材料力學(xué)性能的研究表明,PES的加入雖然降低了PLLA/PES材料的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量以及抗彎強(qiáng)度、抗彎模量,但PLLA/PES材料的斷裂伸長率卻得到了很大的提高,大大提高了PLLA/PES材料的韌性。SEM分析表明:隨著PES含量的增加,PLLA/PES材料斷口表面變得越來越粗糙,且出現(xiàn)越來越多的韌窩,表明PES的加入能夠有效改善
7、PLLA存在的脆性問題,且隨著PES的增加,PLLA/PES材料的韌性變得越來越好。
采用熔融共混法制備n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料,研究了n-HA含量對(duì)n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料的力學(xué)性能的影響,結(jié)果表明:摻入n-HA粉末后,除拉伸強(qiáng)度降低外,n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度、抗彎模量、拉伸模量和剪切強(qiáng)度均比PLLA/PES材料要大很多;當(dāng)n-HA粉末含量為10 wt%時(shí),n-HA/PLLA/P
8、ES復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度可分別達(dá)到178 MPa和127 MPa;復(fù)合材料的抗彎模量和拉伸模量隨著n-HA含量的增加而增加,最大值可分別達(dá)6.9 GPa和3.7 GPa。填充在n-HA/PLLA/PES中的長棒狀n-HA顆粒對(duì)復(fù)合材料起到了很好的增強(qiáng)作用。
對(duì)PLLA、PLLA/PES和n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料進(jìn)行體外降解性能研究,主要研究了PBS中各生物材料在降解過程中發(fā)生的吸水率、失重率、分子量大小及
9、分布系數(shù)、力學(xué)性能、斷口形貌以及PBS的pH值的變化;研究結(jié)果表明:PLLA、PLLA/PES和n-HA/PLLA/PES樣品的吸水率和失重率均隨著降解時(shí)間的延長逐漸變大;在同一降解時(shí)期,n-HA/PLLA/PES樣品的吸水率明顯高于PLLA和PLLA/PES樣品的吸水率,而n-HA/PLLA/PES樣品的失重率明顯低于PLLA/PES和PLLA樣品的失重率,填充的HA降低了n-HA/PLLA/PES樣品的降解速度;同一時(shí)期,浸有n-H
10、A/PLL/PES樣品的PBS溶液pH值要比浸有PLLA和PLLA/PES樣品的PBS溶液pH值高。隨著降解時(shí)間的延長,PLLA、PLLA/PES和n-HA/PLLA/PES樣品的力學(xué)強(qiáng)度均逐漸降低;但n-HA/PLLA/PES樣品在降解初期(12周之前)能保持較好的力學(xué)強(qiáng)度。
通過細(xì)胞毒性試驗(yàn)、全身急性毒性試驗(yàn)、亞急性毒性試驗(yàn)、溶血試驗(yàn)、抑菌試驗(yàn)、熱原試驗(yàn)、皮內(nèi)試驗(yàn)和肌肉埋植試驗(yàn)等對(duì)n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料進(jìn)行
11、生物相容性評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:MG-63成骨樣細(xì)胞在復(fù)合材料浸提液中無細(xì)胞毒性;細(xì)胞在復(fù)合材料表面具有良好的黏附、增殖和生長情況;n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物無急性毒性、不引起溶血反應(yīng)、無致熱反應(yīng)、無刺激、無抑菌作用;該材料在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)重要臟器的病理切片結(jié)果表明n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料具有良好的組織相容性。
n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料體內(nèi)降解結(jié)果表明:復(fù)合材料植入動(dòng)物體內(nèi)后,成骨融合較好,材
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