PHBV/PCL共混材料性能研究及组织工程支架制备

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支架材料作为细胞粘附生长的模板,对工程化组织的构建起重要作用。材料本体组成和结构、表面拓扑结构、降解行为等对组织的生物特征产生重要影响。聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)和聚ε-己内酯(PCL)都是具有良好生物相容性、生物降解性和无毒性的生物医用材料。PHBV结晶度较高、球晶大,导致其脆性大、加工温度范围窄,此外还有疏水性强等缺点。PCL在生物医学等领域有许多潜在的应用价值,但其热变形温度比较低,作为骨科修复材料和组织工程支架材料使用时,其硬度和强度方面都达不到要求。因此,本研究采用熔融共混和溶液共混两种共混方法制备了PHBV/PCL共混材料,在保留原有生物性能的同时,共混材料的综合力学性能得到了提高,材料的生物体结合能力也有望同时得到提高。文章研究了共混材料的结构、力学和降解等特性,运用溶剂浇铸/粒子沥滤法和纤维粘结法制备了组织工程用三维多孔支架材料。研究结果表明:无论采用溶液共混法还是熔融共混法,PHBV与PCL都是不相容的;PHBV/PCL共混体系中PHBV的结晶机制没有改变,而PCL的结晶机制改变了;共混物中PCL的结晶结构基本没变,而PHBV的结晶结构有改变,共混后材料的结晶度比单独的PCL、PHBV的结晶度都低。力学性能测试结果表明,PHBV和PCL,力学性能得到了互补,共混材料的强度虽然相比纯PHBV有所降低,但是改善了其脆性,韧性增加了。尤其是PHBV含量在40%左右时综合力学性能最佳,可以满足用作组织工程材料力学性能要求。通过接触角和吸水率测试,可以得出通过两材料的共混后,材料的表面结构和内部结构有改变,当PHBV含量在40%时其亲水性能最佳。降解试验结果表明,脂肪酶加速了PHBV/PCL的降解速率。降解15周后,不加酶的降解试验最高失重率是8%左右,而有酶参与的降解最高失重率达到了16%左右,这是因为脂肪酶有促进水解的作用。亲水性越好则降解越快,这是因为聚酯的降解其实主要是水解,亲水好的材料能与降解媒介接触充分,从而加速了降解。共混材料中当PHBV含量在40%时,其亲水性最好,故无论是加酶降解还是不加酶降解,其失重率都是最高的。通过溶剂浇注/粒子沥滤法和纤维粘结法都能成功制备三维多孔支架,前者制备的支架孔隙率能达到90%左右,后者只能达到70%左右。本文研究表明,经过一定比例共混改性后,PHBV/BCL共混材料具备优良的力学性能和生物性能,在组织工程支架材料中应用前景广阔。在支架制备方法中,可以制得高性能的三维多孔支架,同时实现一定范围内对微孔结构的可控调节,满足组织工程的不同需要。
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