畢業(yè)論文-可降解生物多孔支架材料的制備與性能

1、.：.；大 學(xué)本 科 畢 業(yè) 論 文設(shè)計(jì) 標(biāo)題:可降解生物多孔支架資料的制備與性能姓名: 專業(yè): 學(xué)院: 學(xué)號(hào): 指點(diǎn)教師: 職稱： 講師 2021年 5月 11日XX大學(xué)本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，標(biāo)題 是本人在指點(diǎn)教師的指點(diǎn)下，獨(dú)立進(jìn)展研討任務(wù)所獲得的成果。對(duì)本文的研討做出重要奉獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明。除此之外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體曾經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。本人完全認(rèn)識(shí)到本聲明的法律結(jié)果。 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)作者簽名： 日期：2021年 5月 11日目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc22984949

2、8 【摘要】 PAGEREF _Toc229849498 h 2 HYPERLINK l _Toc229849499 【關(guān)鍵詞】 PAGEREF _Toc229849499 h 2 HYPERLINK l _Toc229849500 1前言 PAGEREF _Toc229849500 h 2 HYPERLINK l _Toc229849501 1.1組織工程支架資料 PAGEREF _Toc229849501 h 2 HYPERLINK l _Toc229849502 1.2組織工程多孔支架制備要求 PAGEREF _Toc229849502 h 3 HYPERLINK l _Toc22984

3、9503 1.3組織工程三維多孔支架的制備及孔構(gòu)造形狀 PAGEREF _Toc229849503 h 3 HYPERLINK l _Toc229849504 1.3.1組織工程多孔支架的致孔方法和技術(shù) PAGEREF _Toc229849504 h 3 HYPERLINK l _Toc229849505 1.4組織工程三維多孔支架的力學(xué)性能 PAGEREF _Toc229849505 h 5 HYPERLINK l _Toc229849506 1.5研討思緒 PAGEREF _Toc229849506 h 5 HYPERLINK l _Toc229849507 2.實(shí)驗(yàn)部分 PAGEREF

4、_Toc229849507 h 6 HYPERLINK l _Toc229849508 2.1本實(shí)驗(yàn)所用到的試劑及儀器 PAGEREF _Toc229849508 h 6 HYPERLINK l _Toc229849509 2.2測(cè)試樣品支架制備常溫模壓/粒子浸出法 PAGEREF _Toc229849509 h 7 HYPERLINK l _Toc229849510 2.3磷酸鹽緩沖液PBS配制 PAGEREF _Toc229849510 h 9 HYPERLINK l _Toc229849511 2.4多孔支架構(gòu)造形狀的表征 PAGEREF _Toc229849511 h 9 HYPERL

5、INK l _Toc229849512 2.4.1多孔支架孔構(gòu)造的形狀分析 PAGEREF _Toc229849512 h 9 HYPERLINK l _Toc229849513 2.4.2多孔支架外表親水測(cè)試 PAGEREF _Toc229849513 h 9 HYPERLINK l _Toc229849514 2.4.3多孔支架濕態(tài)下的力學(xué)性能測(cè)試 PAGEREF _Toc229849514 h 9 HYPERLINK l _Toc229849515 3.數(shù)據(jù)分析與處置 PAGEREF _Toc229849515 h 10 HYPERLINK l _Toc229849516 3.1多孔支架

6、孔構(gòu)造的形狀分析 PAGEREF _Toc229849516 h 10 HYPERLINK l _Toc229849517 3.1.1鹽粒摻量與PDLLA多孔資料外表形貌的關(guān)系 PAGEREF _Toc229849517 h 10 HYPERLINK l _Toc229849518 3.1.2多孔支架資料的孔隙率丈量 PAGEREF _Toc229849518 h 11 HYPERLINK l _Toc229849519 3.2多孔支架外表親水測(cè)試分析 PAGEREF _Toc229849519 h 12 HYPERLINK l _Toc229849520 3.3多孔支架濕態(tài)下的力學(xué)性能測(cè)試分

7、析 PAGEREF _Toc229849520 h 13 HYPERLINK l _Toc229849521 4結(jié)論 PAGEREF _Toc229849521 h 16 HYPERLINK l _Toc229849522 【參考文獻(xiàn)】 PAGEREF _Toc229849522 h 17 HYPERLINK l _Toc229849523 5.致謝 PAGEREF _Toc229849523 h 18 HYPERLINK l _Toc229849524 【Abstract】 PAGEREF _Toc229849524 h 19 HYPERLINK l _Toc229849525 【Key W

8、ords】 PAGEREF _Toc229849525 h 19可降解生物多孔支架資料的制備與性能【摘要】制造具有良好三維多孔構(gòu)造的可降解三維多孔細(xì)胞支架是組織工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文討論了一種新型聚合物支架制造方法常溫模壓/粒子浸出法。首先制成聚合物溶液，利用非溶劑快速聚沉的方法得到聚合物/羥基磷灰石/氯化鈉三元混合體系，然后將三元混合體系堆積層在糊狀下模壓成型，枯燥后浸濾除鹽。采用密度法測(cè)定其空隙率；外表和內(nèi)部構(gòu)造、孔徑分布由掃描電鏡察看得到。結(jié)果闡明利用此種方法制造的PDLLA及PDLLA/HA支架孔隙率到達(dá)90.0和孔徑在150300m之間,三維支架構(gòu)造穩(wěn)定，孔徑和孔隙率等各項(xiàng)參數(shù)可

9、控制。摻入羥基磷灰石(HA),提高了支架資料的潤(rùn)濕和力學(xué)性能。潤(rùn)濕形狀下，資料的力學(xué)性能明顯下降，但納米羥基磷灰石的添加明顯延緩了資料強(qiáng)度和剛性的衰減?！娟P(guān)鍵詞】 可降解聚合物 多孔支架 外消旋聚乳酸(PDLLA) 濕態(tài)力學(xué)性能 1前言組織工程是用細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)替代物再造組織或器官的新方法，將使組織器官缺損的治療進(jìn)入制造組織或器官的新時(shí)代。新興的組織工程利用可降解資料做成三維支架，對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)造和功能進(jìn)展仿生，起到細(xì)胞外基質(zhì)替代物的重要作用，在構(gòu)成或長(zhǎng)出相應(yīng)的組織或器官后資料就自動(dòng)降解消逝，巧妙地處理了異體排斥問(wèn)題。用于制備支架的資料有膠原、多聚糖、聚己內(nèi)酯、聚乳酸(PLA)及其共聚物PL

10、GA等一系列可降解聚合物1。另一為資料科學(xué)家所廣泛研討的課題是包括羥基磷灰石HA和生物活性玻璃的生物陶瓷。假設(shè)將二者有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成新一代生物醫(yī)用資料即第三代生物資料2，不僅堅(jiān)持生物學(xué)活性特點(diǎn)，同時(shí)又不會(huì)象惰性物移植那樣為病患者帶來(lái)二次手術(shù)苦楚，生物資料在完成其使命后充分降解并直接由代謝排出體外。目前, 新一代生物資料已成為國(guó)際上資料前沿領(lǐng)域一個(gè)非?；顫姷难杏懛较?在組織工程中已開(kāi)場(chǎng)有廣泛的臨床運(yùn)用。1.1組織工程支架資料組織工程的要素和關(guān)鍵技術(shù)之一為細(xì)胞外基質(zhì)替代物具有特定外形和相連孔構(gòu)造的可降解三維多孔細(xì)胞支架。多孔支架的孔構(gòu)造、外表性質(zhì)、力學(xué)性能和降解行為主要由支架資料的性質(zhì)和支架的

11、制備所決議，并對(duì)其功能的實(shí)現(xiàn)起著非常關(guān)鍵的作用。其根本原理和方法是將在體外培育擴(kuò)增的正常組織細(xì)胞種植到具有良好生物相容性且在體內(nèi)可逐漸降解吸收的組織工程多孔支架上，構(gòu)成細(xì)胞一支架復(fù)合物，細(xì)胞在支架上增殖、分化，然后將此復(fù)合物植入機(jī)體組織病損部位，在體內(nèi)繼續(xù)增殖并分泌細(xì)胞外基質(zhì)，伴隨著資料的逐漸降解，構(gòu)成新的與本身功能和形狀相順應(yīng)的組織和器官，從而到達(dá)修復(fù)病損組織和器官的目的。組織工程多孔細(xì)胞支架的生物相容性取決于所用資料的生物相容性和支架的外表性質(zhì)，其多孔構(gòu)造和外形主要由支架制備方法決議，其外表理化性質(zhì)和形狀那么主要取決于所用資料的性質(zhì)和制備方法，也可經(jīng)過(guò)其它方法加以改良。支架的力學(xué)性質(zhì)和降解

12、速率那么由資料的分子量及其分布、組成、結(jié)晶性、親疏水性和支架的孔隙率、孔尺寸、孔形狀等要素決議，植入體內(nèi)后還與植入部位的微環(huán)境有關(guān)?？椆こ讨Ъ苜Y料是指能與組織活體細(xì)胞結(jié)合并能植入生物體的資料，它是組織工程化組織的最根本構(gòu)架。1.2組織工程多孔支架制備要求在組織工程中多孔支架起到細(xì)胞外基質(zhì)的作用，是對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)的構(gòu)造和功能的仿生。除可注射性資料以外，大多數(shù)組織工程支架必需預(yù)先制成多孔支架。組織工程多孔支架需求滿足以下要求：1良好的生物相容性，即無(wú)明顯的細(xì)胞毒性、炎癥反響和免疫排斥；2適宜的可生物降解吸收性，即與細(xì)胞、組織生長(zhǎng)速率相順應(yīng)的降解吸收速率。3適宜的孔尺寸、高的孔隙率(90% )和相連的

13、孔形狀，以利于大量細(xì)胞的種植、細(xì)胞和組織的生長(zhǎng)、細(xì)胞外基質(zhì)的構(gòu)成、氧氣和營(yíng)養(yǎng)的傳輸、代謝物的排泄以及血管和神經(jīng)的內(nèi)生長(zhǎng)；4特定的三維外形以獲得所需的組織或器官外形；5高的外表積和適宜的外表理化性質(zhì)以利于細(xì)胞粘附、增殖和分化，以及負(fù)載生長(zhǎng)因子等生物信號(hào)分子；6與植入部位組織的力學(xué)性能相匹配的構(gòu)造強(qiáng)度，以在體內(nèi)生物力學(xué)微環(huán)境中堅(jiān)持構(gòu)造穩(wěn)定性和完好性，并為植入細(xì)胞提高適宜的微應(yīng)力環(huán)境3。1.3組織工程三維多孔支架的制備及孔構(gòu)造形狀除可注射性資料以外，大多數(shù)組織工程支架必需預(yù)先制成多孔支架。組織工程多孔支架的制備方法決議了支架的孔構(gòu)造和外形，同時(shí)支架構(gòu)造對(duì)其力學(xué)性能、外表性質(zhì)和降解性質(zhì)也有較大的影響，

14、因此從組織工程學(xué)科一開(kāi)場(chǎng)興起，組織工程支架的制備技術(shù)就遭到研討者足夠的注重，出現(xiàn)了多種多樣的制備方法。組織工程多孔支架孔構(gòu)造從制備方法上看，大孔尺寸、孔壁尺寸、孔壁內(nèi)微細(xì)構(gòu)造取決于致孔方法，而解剖外形和尺寸那么取決于成型方法。因此，組織工程支架的制備通常分為致孔和外構(gòu)成型兩個(gè)層次，二者必不可少，相互結(jié)合才干制得滿足要求的支架。因此，組織工程多孔支架的制備也主要有兩個(gè)方面的問(wèn)題需求處理，即獲得相連的多孔構(gòu)造和適宜的外形4。1.3.1組織工程多孔支架的致孔方法和技術(shù)1.3.1.1纖維支架纖維支架是組織工程研討中最早采用的細(xì)胞外基質(zhì)替代物之一，主要由PGA或其共聚物等結(jié)晶性聚合物纖維構(gòu)成。利用紡織技

15、術(shù)將直徑1O15m 的纖維制成織物或無(wú)紡物，其孔隙率高達(dá)97%，比外表積高達(dá)0.05m-1，但存在力學(xué)強(qiáng)度較差、承壓時(shí)會(huì)坍塌的缺陷。將織物熱處置或采用PLLA或PLGA溶液涂覆織物4的方法，可使相鄰纖維間構(gòu)成物理連結(jié)，從而使纖維支架穩(wěn)定、耐壓。PGA纖維支架易于借助于陰模制成各種外形，已勝利地用于軟骨等多種組織工程領(lǐng)域。纖維支架的缺乏之處在于孔隙率和孔尺寸不易控制，亦不易獨(dú)立調(diào)理3。1.3.1.2粒子致孔法粒子致孔法指首先將組織工程資料和致孔劑粒子制成均勻的混合物，然后利用二者不同的溶解性或揮發(fā)性，將致孔劑粒子除去，于是粒子所占有的空間變?yōu)榭紫丁Ｖ驴讋┝Ｗ涌刹捎寐然c、酒石酸鈉和檸檬酸鈉等水溶

16、性無(wú)機(jī)鹽或糖粒子，也可用石蠟粒子或冰粒子。最常用的方法是，利用無(wú)機(jī)鹽溶于水而不溶于有機(jī)溶劑、聚合物溶于有機(jī)溶劑而不溶于水的特性，用溶劑澆鑄法將聚合物溶液鹽粒混合物澆鑄成膜，然后浸出粒子得到多孔支架。1.3.1.3相分別法冷凍枯燥法用于制備組織工程多孔支架的相分別法是指將聚合物溶液、乳液或水凝膠在低溫下冷凍，冷凍過(guò)程中發(fā)生相分別，構(gòu)成富溶劑相和富聚合物相，然后經(jīng)冷凍枯燥除去溶劑而構(gòu)成多孔構(gòu)造的方法。因此，相分別法又往往稱為冷凍枯燥法。按體系形狀的不同可簡(jiǎn)單地分為乳液冷凍枯燥法、溶液冷凍枯燥法和水凝膠冷凍枯燥法3。1.3.1.4氣體發(fā)泡法氣體發(fā)泡法可防止在制備支架時(shí)運(yùn)用有機(jī)溶劑。該法將聚合物壓成片

17、，浸泡在高壓二氧化碳中直至飽和，甚至超臨界形狀，然后降至常壓，氣體的熱力學(xué)不穩(wěn)定性導(dǎo)致氣泡成核和增長(zhǎng)，構(gòu)成多孔支架，但孔為閉孔構(gòu)造。假設(shè)將發(fā)泡法與粒子浸出法相結(jié)合，那么可制得相連的開(kāi)孔構(gòu)造的多孔支架。假設(shè)將聚合物粉末和致孔劑粒子混合物在室溫下模壓制取圓片，那么該法還可防止運(yùn)用高溫，有利于在溫暖的條件下引人生長(zhǎng)因子。受控釋放的生長(zhǎng)因子可堅(jiān)持90%的生物活性，已用于平滑肌組織工程。發(fā)泡法中影響孔隙率和孔構(gòu)造的要素主要有聚合物結(jié)晶性和分子量、平衡時(shí)間、放氣速率等。結(jié)晶性聚合物PLLA和PGA難以發(fā)泡，無(wú)定型聚合物PLGA易發(fā)泡；聚合物分子量越高越難以發(fā)泡，孔隙率越低；在高壓氣體中平衡時(shí)間越長(zhǎng)，孔隙率

18、越高；放氣速率對(duì)孔隙率影響較小5。1.3.1.5燒結(jié)微球法 將可降解聚合物微球參與模具中，加熱至玻璃化溫度以上，堅(jiān)持一定時(shí)間后冷卻、脫?？芍频脽Y(jié)微球支架。熱處置時(shí)微球相互接觸處由于鏈運(yùn)動(dòng)而連結(jié)在一同，冷卻至室溫后該構(gòu)造被固定下來(lái)，因此得到多孔的燒結(jié)微球支架。微球嚴(yán)密堆積產(chǎn)生的孔隙成為支架的孔，孔尺寸范圍為37150m，與微球尺寸成正比，孔隙率那么隨微球尺寸增大約有添加，為3139%，孔相連性很好。支架緊縮模量為241349MPa，隨微球尺寸減小而增大。該支架的孔隙率與松質(zhì)骨中組織分率(30%)相近，力學(xué)性能也與松質(zhì)骨相當(dāng)，因此可作為松質(zhì)骨修復(fù)的“負(fù)模板，修復(fù)完成后孔的部分成為組織，聚合物微球

19、部分降解后成為松質(zhì)骨的空隙。該法優(yōu)點(diǎn)在于孔相連性好，孔尺寸易調(diào)控，力學(xué)強(qiáng)度大，缺陷那么在于孔尺寸偏小，孔隙率亦低 3。針對(duì)現(xiàn)有的支架制造方法如有機(jī)溶劑發(fā)泡法、三維噴涂法、相分別法、高壓氣體發(fā)泡法、澆注NaC1瀝清法等，詳細(xì)分析其存在缺陷的緣由如下：(1)有機(jī)溶劑殘留。隱藏有破壞細(xì)胞及活性因子活性的危險(xiǎn)；(2)高溫拔絲損害分子穩(wěn)定性，且噴涂技術(shù)難度大、本錢(qián)高；(3)空隙分布不均勻。不利于成骨細(xì)胞附著、增殖和移行；(4)由于固有粘滯性限制，采用氣體法和溶劑發(fā)泡等方法時(shí)開(kāi)孔率低。不利于細(xì)胞向支架深部移行及營(yíng)養(yǎng)、代謝產(chǎn)物交換；(5)因聚合物溶液流動(dòng)或者運(yùn)用粘合劑將導(dǎo)致部分氯化鈉顆粒被包裹，從而開(kāi)孔率下

20、降并且遺留潛在危害；(6)在溶劑澆注法中由于聚合物溶液與氯化鈉密度不同。而出現(xiàn)氯化鈉沉淀。導(dǎo)致空隙上下分布不均勻難以制形成大型穩(wěn)定的支架。雖然瀝取加高壓氣體法進(jìn)展了改良。但是由于聚合物顆粒間結(jié)合相對(duì)松散,而且加工條件較高,運(yùn)用仍有不便。表1.制備組織工程多孔支架的各種方法和技術(shù)的特點(diǎn) 制備方法資料要求孔尺寸(m)孔隙率(%)比外表積(m-1)孔形狀其他纖維支架纖維20-100970.05相連性好，不規(guī)那么孔力學(xué)強(qiáng)度差粒子致孔法可溶或熱塑性30-50093-95不規(guī)那么孔，高孔隙率時(shí)相連性 好孔隙率和孔徑可獨(dú)立調(diào)控相分別/冷凍枯燥可溶20090-9750-100m2/g大孔和微孔相連微孔孔尺寸偏

21、小氣體發(fā)泡法無(wú)定型可溶100-5009520 m2/g相連大孔,含少量微孔防止溶劑和高溫，無(wú)外表皮層燒結(jié)微球法可溶熱塑性30-15030-40相連性好緊縮強(qiáng)度高組織工程多孔支架作為細(xì)胞外基質(zhì)的替代物，其外形和孔構(gòu)造對(duì)實(shí)現(xiàn)其作用和功能具有非常重要的意義。雖然現(xiàn)有的制備方法和技術(shù)在調(diào)控多孔支架的外形和孔構(gòu)造上已獲得了很大的進(jìn)展，但各種制備方法和技術(shù)各有其優(yōu)缺陷，單一的一種方法難以滿足組織工程多孔支架的一切要求，往往要根據(jù)支架的實(shí)踐要求，將多種方法結(jié)合起來(lái)才干制備出需求的支架。1.4組織工程三維多孔支架的力學(xué)性能組織工程多孔支架應(yīng)具有與病損組織相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能，能順應(yīng)病損部位的生物力學(xué)微環(huán)境，并在組織

22、生長(zhǎng)過(guò)程中能堅(jiān)持其構(gòu)造完好性和接受壓力，直至新生組織替代支架起支撐作用。其力學(xué)性能除取決于支架資料本身的力學(xué)性能外，主要受支架孔隙率的影響，隨孔隙率添加而顯著減小，在高孔隙率時(shí)尤甚。因組織工程多孔支架往往需求高于90%的孔隙率，其力學(xué)性能比本體聚合物要低得多?？紫堵矢哂?0%的支架的緊縮模量通常在10-102KPa數(shù)量級(jí)6。1.5研討思緒由于醫(yī)用可降解多孔支架宏大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和學(xué)術(shù)意義，自九十年代以來(lái)，組織工程學(xué)的研討在全世界迅速升溫，從細(xì)胞分化和擴(kuò)增、生物資料及多孔支架、組織構(gòu)建等各個(gè)方面全方位展開(kāi)，部分組織工程產(chǎn)品(如人工皮膚)已開(kāi)場(chǎng)臨床運(yùn)用。相比而言，我國(guó)在組織工程研討上起步比國(guó)外稍

23、晚，但開(kāi)展迅速，特別是在組織構(gòu)建方面獲得了艱苦進(jìn)展，己在初步的人體臨床中獲得勝利，根本與世界先進(jìn)程度同步。但到目前為止，臨床實(shí)驗(yàn)以及大部分動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中所需的組織工程資料和支架依然主要依托進(jìn)口，現(xiàn)有的資料和多孔支架尚不能完全滿足細(xì)胞培育和組織構(gòu)建的要求。在骨組織工程中，90的孔隙率和至少100m的孔徑往往是細(xì)胞浸透和新生組織血管化所必需具備的條件7。聚合物溶液、乳液或水凝膠在低溫下冷凍發(fā)生相分別，構(gòu)成富溶劑相和富聚合物相，然后經(jīng)冷凍枯燥除去溶劑可以構(gòu)成多孔構(gòu)造?？椎男螤詈涂紫堵式?jīng)過(guò)改動(dòng)溶液中聚合物的濃度、冷凍溫度和溶劑的類型等來(lái)控制。這種方法雖然可以制得高孔隙率的支架資料但卻存在孔尺寸偏小的問(wèn)題，

24、不太適宜制備大孔構(gòu)造3。除了上述熱誘導(dǎo)相分別技術(shù)，微球燒結(jié)、氣體發(fā)泡和粒子浸濾等方法也被用來(lái)制備三維多孔支架資料。其中，粒子浸濾法制得的支架資料孔隙率可達(dá)9193%，孔隙率由粒子含量決議；孔尺寸50500m那么由粒子尺寸決議；孔的比外表積隨粒子用量增大和粒徑減小而增大。致孔劑可采用氯化鈉、酒石酸鈉和檸檬酸鈉等水溶性無(wú)機(jī)鹽或糖粒子,也可用石蠟粒子或冰粒子。該方法具有操作簡(jiǎn)單、適用性廣，孔隙率、孔尺寸和相互連通性易獨(dú)立調(diào)理的特點(diǎn)，成為實(shí)現(xiàn)多孔和相連孔構(gòu)造的通用方法，得到了廣泛的運(yùn)用。另外，粒子浸濾法假設(shè)和氣體發(fā)泡法，冷凍枯燥等方法結(jié)合起來(lái)運(yùn)用，對(duì)于改善孔的連通程度很有協(xié)助 8。Li以NaCl為致孔

25、劑，首先將聚合物、硅灰石和致孔劑混合均勻后壓實(shí)，然后在聚合物熔點(diǎn)附近燒結(jié)成型并輔以NaCl粒子浸濾的方法制成了勻質(zhì)大孔可降解生物資料。由于商業(yè)可降解聚合物大都是尺寸較大的粒料，利用此方法制備多孔構(gòu)造時(shí)需求事先對(duì)聚合物進(jìn)展微粉化，物料的研磨混和過(guò)程容也易呵斥致孔劑尺寸的減小。鑒于此，本工程擬開(kāi)展以下技術(shù)步驟制備多孔的可降解生物復(fù)合資料：1首先制成聚合物溶液，利用非溶劑快速聚沉的方法得到聚合物/羥基磷灰石/氯化鈉三元混合體系；2將三元混合體系堆積層在糊狀下模壓成型；(3)浸濾除鹽。此方法的優(yōu)點(diǎn)是不用事先對(duì)聚合物粒料進(jìn)展微細(xì)化，聚合物、填充物和致孔劑的混合非常均勻，而且在混合過(guò)程中不會(huì)呵斥致孔劑尺寸

26、的改動(dòng)。本畢業(yè)論文任務(wù)基于骨質(zhì)生物資料的多孔構(gòu)造需求和干、濕態(tài)力學(xué)性能的差別，設(shè)計(jì)制備了骨組織工程用PDLLA/HA生物多孔支架資料。為處理活性填料羥基磷灰石HA和致孔劑NaCl在聚合物基體中的分散問(wèn)題，利用含少量溶劑的可降解聚合物溶液致孔劑混合物在室溫下的可塑性和外形堅(jiān)持才干，提出了一種新的常溫模壓粒子浸出法，用于制備各種外形的三維多孔支架。這種常溫模壓成型將致孔和外構(gòu)成型有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)便可行的多孔支架的一步成型。抑制傳統(tǒng)的粉末壓實(shí)燒結(jié)輔以粒子浸濾技術(shù)的缺陷，在制備聚合物多孔構(gòu)造中引入非溶劑快速聚沉的技術(shù)步驟，構(gòu)成方便可行的制備生物多孔資料方法。經(jīng)過(guò)改動(dòng)生物活性填料的用量、致孔粒子尺寸和

27、含量來(lái)實(shí)現(xiàn)資料生物活性資料微構(gòu)造的可控。研討資料的外部運(yùn)用環(huán)境磷酸緩沖液PBS潤(rùn)濕等、聚合物降解和多孔構(gòu)造對(duì)生物支架資料的力學(xué)性能、尤其是濕態(tài)力學(xué)性能的影響，為新一代生物醫(yī)用資料的制備和運(yùn)用提供方法上的探求和進(jìn)展優(yōu)化設(shè)計(jì)的根據(jù)。相對(duì)于微米級(jí)的羥基磷灰石,采用納米羥基磷灰石同聚乳酸復(fù)合能很好的改善復(fù)合資料的界面結(jié)合表現(xiàn),有望很好地處理復(fù)合資料研討過(guò)程中出現(xiàn)的HA 和PLA 之間的界面相容性和分散性的問(wèn)題,因此很能夠成為羥基磷灰石/ 聚乳酸復(fù)合生物資料領(lǐng)域令人矚目的一個(gè)新的研討方向9。2.實(shí)驗(yàn)部分2.1本實(shí)驗(yàn)所用到的試劑及儀器主要儀器：SEM S3400N()型 日本株式會(huì)社日立高新技術(shù)接觸角儀(

28、59980-35, Cole-Parmer)CJJ78-1型磁力加熱攪拌器真空枯燥箱原料:外消旋聚乳酸(PDLLA), 濟(jì)南岱罡生物科技產(chǎn)，粘均分子量為7.5萬(wàn)；氯仿，上海申翔化學(xué)試劑，分析純；羥基磷灰石，Berkkeley Advanced Biomaterials, Inc (USA)，球形，平均粒徑50nm；氯化鈉：天津紅巖化學(xué)試劑, 分析純，篩粉150300m的顆粒備用。2.2測(cè)試樣品支架制備常溫模壓/粒子浸出法將聚合物PDLLA在40水浴鍋中溶于氯仿(CHCl3)溶劑中，磁力攪拌得到聚合物濃溶液，然后(參與固體質(zhì)量比分別為10%;20%;30%的羥基磷灰石nHA,超聲10Min)參與

29、一定比例鹽粒子(NaCl)，混合均勻，大部分溶劑揮發(fā)后，急速參與非溶劑 (CH5OH) 快速聚沉，聚合物溶液/鹽粒混合物呈面團(tuán)狀。將其置于模具于10MP(約6t)壓制成10厚度約為5-8mm的圓柱體。在室溫中枯燥24h再置于真空枯燥箱40枯燥24h,然后用去離子水濾去樣品中的鹽粒子(NaCl),烘干制得實(shí)驗(yàn)測(cè)試樣品10。多孔資料的制備過(guò)程示于圖1。本實(shí)驗(yàn)采用精制食鹽作為致孔劑，實(shí)驗(yàn)前用規(guī)范篩挑選所需粒徑范圍內(nèi)的食鹽顆粒，以確保其顆粒大小均勻在150-300m。圖1：多孔支架測(cè)試樣品的制備流程簡(jiǎn)要表示圖本實(shí)驗(yàn)制備了純PDLLA和NaCl質(zhì)量比 1:7；1:8；1:9；和摻入羥基磷灰石nHA10%

30、 ;20% ;30%(按PDLLA+nHA固體成分,下同)等共八組樣品進(jìn)展性能對(duì)比測(cè)試。表2.實(shí)驗(yàn)樣品的編號(hào)編號(hào)樣品組分編號(hào)樣品組分PDLLA:NaCl 1:7PDLLA:NaCl 1:8 nHA 20%PDLLA:NaCl 1:8PDLLA:NaCl 1:9 nHA 20%PDLLA:NaCl 1:9PDLLA:NaCl 1:8 nHA 10%PDLLA:NaCl 1:7 nHA 20%PDLLA:NaCl 1:8 nHA 30%2.3磷酸鹽緩沖液PBS配制 為模擬人體生理環(huán)境，測(cè)試多孔支架在濕態(tài)下的緊縮力學(xué)性能，需將多孔支架經(jīng)磷酸鹽緩沖液PBS預(yù)濕處置。配制0.01M磷酸鹽緩沖液PBS，稱

31、取8g NaCl、0.2g KCl、1.44g Na2HPO4和0.24g KH2PO4,溶于800ml蒸餾水中，用HCl調(diào)理溶液的pH值至7.4，最后加蒸餾水定容至1L即可。2.4多孔支架構(gòu)造形狀的表征2.4.1多孔支架孔構(gòu)造的形狀分析 采用HITACHI公司S一3400N()型掃描電子顯微鏡(SEM)察看多孔資料的外表形貌、孔徑大小及分布、孔間連通情況，加速電壓10kV,樣品全部進(jìn)展蒸金處置。多孔支架孔隙率=(1多孔支架分量/支架表觀體積/聚合物本體密度)100%。2.4.2多孔支架外表親水測(cè)試?yán)媒佑|角儀(59980-35, Cole-Parmer)丈量八組樣品的親水角a，闡明孔率構(gòu)造和

32、nHA對(duì)多孔支架與水的親附才干。 圖2.接觸角表示圖2.4.3多孔支架濕態(tài)下的力學(xué)性能測(cè)試測(cè)試生物多孔資料的濕態(tài)力學(xué)性能緊縮強(qiáng)度和緊縮模量，將測(cè)試結(jié)果與干態(tài)室溫、枯燥形狀力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)展比較。調(diào)查PBS潤(rùn)濕、孔構(gòu)造、孔隙率等要素對(duì)資料濕態(tài)力學(xué)性能的影響11。為表征多孔支架的力學(xué)性能，進(jìn)展緊縮測(cè)試，以10應(yīng)變10時(shí)壓應(yīng)力表示，確定其緊縮模量E和抗壓強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)是在室溫(25)微機(jī)控制電子萬(wàn)能機(jī)械實(shí)驗(yàn)機(jī), 壓頭下降速度定為3mm/min,圓柱試樣尺寸為10mm，高度約4-8mm，用于測(cè)試在潮濕態(tài)下力學(xué)性能。8組樣品分別進(jìn)展干濕態(tài)緊縮測(cè)試，分別求取其平均值和規(guī)范偏向值12。3.數(shù)據(jù)分析與處置3.1多孔支架

33、孔構(gòu)造的形狀分析3.1.1鹽粒摻量與PDLLA多孔資料外表形貌的關(guān)系以PDLLA為原料，粒徑為150-300m的鹽粒子NaCl為致孔劑，其摻入量為10%;20%;30%，制備了多孔資料試樣，其剖面形貌的SEM照片分別如圖3所示. 圖3.a號(hào)樣品PDLLA:NaCl 1:7圖3. (b)號(hào)樣品PDLLA:NaCl 1:8圖3. (c)號(hào)樣品PDLLA:NaCl 1:9 圖3.d號(hào)樣品PDLLA:NaCl 1:8 nHA 20%圖3.e號(hào)樣品PDLLA:NaCl 1:8 nHA 20%從圖3. (a)(b)(c)可以看出，號(hào)樣品隨著食鹽摻量的添加，試樣中孔的密度明顯增大，孔徑減小；試樣中有大量蜂窩

34、狀的孔洞，外表及內(nèi)部孔隙分布較均勻；孔徑在約140-330m分布較多，與致孔劑NaCl粒徑相當(dāng)。圖中顯示孔的外形較規(guī)那么，能夠是由于PDLLA的硬度比較大，MW較高，使其能較好地堅(jiān)持孔的外形，但同時(shí)也使孔的連通性降低。從圖3. (b)(d)號(hào)樣品相比較，添加了20%的nHA,但孔構(gòu)造和孔隙率并沒(méi)有明顯變化。3.1.2多孔支架資料的孔隙率丈量 三維多孔支架孔隙率按如下公式計(jì)算： 式中w為多孔支架的分量;v為支架的表觀體積，p為聚合物本體的密度。而V=R2 H，p=1.1g/cm3 表3.各組樣品的孔隙率從表3.可以看出，在NaCl顆粒大小一樣的情況下，多孔支架資料的孔隙率由NaCl摻量決議，孔隙

35、率隨NaCl摻量的提高而增大因此，在制備多孔資料時(shí)，可以用NaCl摻量來(lái)控制孔隙率。而且在多孔支架資料摻入羥基磷灰石(nHA),隨著摻入量的添加，多孔支架資料孔隙率減少，但減少得并不顯著,這與圖3. 相吻合。3.2多孔支架外表親水測(cè)試分析編號(hào)a1a2a3平均a89.688.487.888.689.092.291.490.796.292.089.892.777.875.676.576.679.878.477.278.582.081.279.480.780.082.279.480.567.670.169.068.9表4.八組樣品的親水接觸角 (度)根據(jù)表4.比較測(cè)得的接觸角值變化，可以看出多孔支架

36、隨著孔隙率的增大，接觸角值增大，但幅度不大，即潤(rùn)濕性略微降低。比較；測(cè)得的接觸角值的變化，可以看出多孔支架中摻入了羥基磷灰石后，接觸角值減小，即潤(rùn)濕性提高了。3.3多孔支架濕態(tài)下的力學(xué)性能測(cè)試分析本實(shí)驗(yàn)主要選取PDLLA:NaCl 1:8和PDLLA:NaCl 1:8 nHA 20%兩組樣品進(jìn)展多孔支架在濕態(tài)下緊縮力學(xué)性能的測(cè)試。多孔支架的預(yù)濕處置:對(duì)兩組樣品，在室溫下(25)浸泡0h；1h；2h；5h；10h；15h；20h，每次浸泡取三個(gè)樣品對(duì)其進(jìn)展緊縮測(cè)試。其他樣品組只進(jìn)展浸泡0h和5h的緊縮測(cè)試。緊縮測(cè)試中以10應(yīng)變10時(shí)壓應(yīng)力表示，確定其緊縮模量E和抗壓強(qiáng)度。圖5. 號(hào)樣品PDLLA

37、:NaCl 1:8未經(jīng)PBS預(yù)濕處置的緊縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線PDLLA多孔資料未經(jīng)PBS預(yù)濕處置的緊縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5所示。 在低應(yīng)變(0.3%，即壓緊前)時(shí)應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系偏離線性，壓緊后至應(yīng)變約3%的范圍內(nèi)應(yīng)力一應(yīng)變呈線性關(guān)系，應(yīng)變大于3%后，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系偏離線性關(guān)系。由直線部分的斜率可求得緊縮模量E，而緊縮強(qiáng)度以緊縮應(yīng)變?yōu)?0%時(shí)的緊縮應(yīng)力10來(lái)表示。號(hào)樣品未經(jīng)PBS預(yù)濕處置的10=0.65Mpa, 緊縮模量E=12.7。圖6.號(hào)樣品PDLLA:NaCl 1:8經(jīng)PBS預(yù)濕處置20h的緊縮力圖圖6示出PDLLA多孔支架資料的經(jīng)PBS預(yù)濕處置20h的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從圖6同樣可以看出，在低

38、應(yīng)變(0.1%，即壓緊前)時(shí)應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系偏離線性，壓緊后至應(yīng)變約3%的范圍內(nèi)應(yīng)力一應(yīng)變呈線性關(guān)系，應(yīng)變大于3%后，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系偏離線性關(guān)系。由直線部分的斜率可求得緊縮模量E，而緊縮強(qiáng)度以緊縮應(yīng)變?yōu)?0%時(shí)的緊縮應(yīng)力10來(lái)表示。號(hào)樣品經(jīng)PBS預(yù)濕處置20h后的10=0.54Mpa, 緊縮模量E=9.2，與純聚合物多孔資料相比力學(xué)性能顯著降低。 圖7.號(hào)樣品PDLLA:NaCl 1:8 nHA 20%未經(jīng)PBS預(yù)濕處置的緊縮力圖PDLLA/HA多孔納米復(fù)合資料未經(jīng)PBS預(yù)濕處置的緊縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖7所示。在低應(yīng)變(0.7%，即壓緊前)時(shí)應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系偏離線性，壓緊后至應(yīng)變約5%的范圍內(nèi)應(yīng)力

39、一應(yīng)變呈線性關(guān)系，應(yīng)變大于5%后，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系偏離線性關(guān)系。由直線部分的斜率可求得緊縮模量E，而緊縮強(qiáng)度以緊縮應(yīng)變?yōu)?0%時(shí)的緊縮應(yīng)力10來(lái)表示。號(hào)樣品未經(jīng)PBS預(yù)濕處置的10=0.91Mpa, 緊縮模量E=15.9圖8.號(hào)樣品PDLLA:NaCl 1:8 nHA 20%經(jīng)PBS預(yù)濕處置20h的緊縮力圖圖8示出PDLLA/HA多孔納米復(fù)合資料的經(jīng)PBS預(yù)濕處置20h的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。在低應(yīng)變(0.5%，即壓緊前)時(shí)應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系偏離線性，壓緊后至應(yīng)變約3%的范圍內(nèi)應(yīng)力一應(yīng)變呈線性關(guān)系，應(yīng)變大于3%后，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系偏離線性關(guān)系。由直線部分的斜率可求得緊縮模量E，而緊縮強(qiáng)度以緊縮應(yīng)變?yōu)?0%時(shí)

40、的緊縮應(yīng)力10來(lái)表示。號(hào)樣品經(jīng)PBS預(yù)濕處置20h后的10=0.76Mpa, 緊縮模量E=14.2 圖9.PDLLA:NaCl 1:8和PDLLA:NaCl 1:8 nHA20%經(jīng)PBS預(yù)處置不同時(shí)段的10圖10.PDLLA:NaCl 1:8和PDLLA:NaCl 1:8 nHA20%經(jīng)PBS預(yù)處置不同時(shí)段的E 多孔支架PDLLA:NaCl 1:8和PDLLA:NaCl 1:8 nHA20%兩組樣經(jīng)PBS預(yù)濕處置，經(jīng)不同時(shí)間后的10 如圖9.和圖10.所示,摻入羥基磷灰石后，多孔支架的10 和E明顯比純PDLLA多孔支架大，而10添加約為28%。初始值枯燥態(tài)和總平均針對(duì)一切在潮濕形狀的數(shù)據(jù)的1

41、0 和E有顯著差別。這意味著，一旦多孔支架經(jīng)磷酸鹽緩沖液(PBS)潤(rùn)濕1小時(shí)10 相對(duì)枯燥支架的10=0.1MPa的10=0.06MPa，機(jī)械性能從干到濕形狀存在著明顯的減少了。當(dāng)支架經(jīng)過(guò)PBS預(yù)濕，兩組樣品的10 減少了約10%和6%。而E相對(duì)枯燥支架的E=0.6MPa的E=1.1Mpa,兩組樣品的E分別減少了5%和7%。這一結(jié)果闡明，多孔率支架易于被潤(rùn)濕且值得我們思索潤(rùn)濕后對(duì)力學(xué)性能的影響。另一方面，在1小時(shí)至20小時(shí)潤(rùn)濕后其力學(xué)性能并沒(méi)有顯著減少。另外，從圖9和圖中還可以看出，隨著潤(rùn)濕時(shí)間的延伸，純聚合物多孔資料和納米復(fù)合資料多孔資料的力學(xué)性能都逐漸降低，但是納米羥基磷灰石的引入明顯延緩

42、了這種趨勢(shì)，5h后根本趨于平衡。這對(duì)于生物支架在組織工程中的運(yùn)用、維持修復(fù)資料在濕態(tài)下必要的剛性和強(qiáng)度具有重要的意義。4結(jié)論1采用常溫模壓/粒子浸出的方法，引入非溶劑快速聚沉的技術(shù)步驟，可以制備各種不同復(fù)雜外形的組織工程三維多孔支架，并可以抑制生物活性填料在聚合物中的均勻分散，提高致孔質(zhì)量。多孔支架的孔隙率與參與致孔劑的量有關(guān)，孔隙率隨著摻入的鹽粒量提高而增大，與致孔劑的粒徑和外形關(guān)系不大，孔隙率很容易得到控制。2孔隙率的大小對(duì)可降解聚合物多孔資料的潤(rùn)濕影響不明顯。多孔支架中摻入了羥基磷灰石后，接觸角值減小，潤(rùn)濕性有較大的提高。3常溫模壓粒子浸出法制備的多孔支架的力學(xué)性能除與聚合物資料組成和分

43、子量有關(guān)外，主要受孔隙率影響。孔隙率增大，力學(xué)性能降低。HA摻入PDLLA構(gòu)成復(fù)合多孔支架后，可以明顯提高資料的初始強(qiáng)度。潤(rùn)濕形狀下，多孔資料的力學(xué)性能明顯下降，但納米羥基磷灰石的添加明顯延緩了資料強(qiáng)度和剛性的衰減?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1Hou QP, Grijpma Dirk W, Feijen J. Porous polymeric structures for tissue engineering prepared by a coagulation, compression moulding and salt leaching technique. Biomaterials 2003;24:19

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45、備 建筑資料學(xué)報(bào) 2005;(8):710-7136Engelberg I, Kohn J. (1991) Physico-mechanical properties of degradable polymers used in medicalap plications:a c omparative study.Biomaterials,12:292-3047Griffith LG. Emering design principles in biomaterials and scaffolds for tissue engineering. Ann NY Acad Sci 2002;961:8

46、3-958Spaans CJ, de Groot JH, Belgraver VW, Pennings AJ. A new biomedical polyurethane with a high modulus based on 1,4-butanediisocyanate and epsilon-caprolactone. J Mater Sci-Mater Med 1998;9:675678.9任 杰;周新宇 羥基磷灰石/ 聚乳酸及其共聚物復(fù)合生物資料 上海生物醫(yī)學(xué)工 2004(25);41-5410吳林波，張俊川，景殿英，丁建東 可降解聚酯多孔支架的常溫模壓成型 運(yùn)用化學(xué)：2005(09

47、)1024-102611郭曉東，鄭啟新，杜靖遠(yuǎn)，可吸收羥基磷灰石聚DL-乳酸骨折內(nèi)固定資料機(jī)械強(qiáng)度和生物降解性研討 中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào) 2001(20);23-2712Linbo Wu, Junchuan Zhang, Dianying Jing, Jiandong Ding “Wet-state mechanical properties of three-dimensional polyester porous scaffolds 2005(05);264-2715.致謝本論文從選題、實(shí)驗(yàn)到最后的結(jié)果分析都是在陳大柱教師的用心指點(diǎn)下完成的，陳教師對(duì)科研任務(wù)的嚴(yán)謹(jǐn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的一絲不茍深深地感染了我，也正是在教師這種以身傳教和耐心的協(xié)助 下，使我對(duì)實(shí)際學(xué)習(xí)有了更深的領(lǐng)會(huì),很贊賞陳教師給予我的指點(diǎn)和協(xié)助 。陳玲同窗在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)我的協(xié)助 ，雖然做一同做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間不長(zhǎng)，但她做事的細(xì)心與學(xué)習(xí)上的仔細(xì)精神感染了我。還有謝盛輝