聚羟基丁酸酯基纤维改性及酶降解动力学研究

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以聚乳酸为代表的聚酯类生物降解材料是目前组织工程研究中最常用的支架材料之一,聚乳酸(PLLA)、聚羟基丁酸酯(PHB)良好的物理机械性能、生物可降解性、生物相容性使其在组织工程领域有着广阔的发展前景。本文针对PHB亲水性差、结晶度高、降解速度慢等不足进行改性,将PHB和PLLA两种可降解材料复合纺丝,通过调整PHB、PLLA的复合比例,达到控制降解速率和改善材料脆性的目的;分别用具有亲水性、生物相容性的聚氧乙烯和聚乳酸-氨基酸共聚物进行共混,对复合纤维进行亲水性设计,同时研究了影响材料降解速率的因素,并进一步对复合纤维进行酶降解动力学评价。 实验通过DSC曲线上的玻璃化温度得知,PHB(Mn=4.0×105)、PLLA(Mn=1.8×105)两组分任意相容,且共混体系的玻璃化温度介于两组分之间,与Fox方程结论保持大体一致。通过实验,确定了最佳的工艺参数:纺丝液浓度为6%,表观粘度为740mPa·s,喷丝板温度为25℃,烘干通道中空气介质的温度范围为50℃~55℃之间,卷绕速度为28.48m/min,纤维的拉伸倍数为3倍,拉伸温度为110℃,热定型温度取为90℃,热定型时间为25min。 通过重量损失、力学性能以及结晶度的变化、降解前后外观形貌的差异等方面研究了纤维的降解性能。随着降解周期的增加,纤维的重量损失有所增加,断裂强度与断裂伸长率都呈下降趋势,且当降解超过30天后,断裂强度出现突跃式下降;降解产物成酸性,用氢氧化钠溶液滴定,消耗量先增加后下降,这是降解产生的低聚物转化为二氧化碳和水所导致的自加速作用结果。加入第三相聚氧乙烯或聚乳酸-氨基酸共聚物后,共混体系亲水性得到改善,PHB/PLLA/PEO的韧性增加,纺丝工艺更易控制,断头率减少;PHB/PLLA/聚乳酸-氨基酸共聚物纺制的纤维力学性能有所提高。 从失重率、力学性能的变化、降解外观形貌三个角度对比了5%PEO纤维在PBS缓冲液和溶菌酶/PBS两种环境中降解情况的差异,讨论了底物浓度(纤维浓度)、反应时间对降解速度的影响,验证了Ghose-Walseth的经验模式,对实验数据进行非线性拟合,得出37.5℃条件下,溶菌酶催化水解5%PEO纤维的降解动力学可以用 P=[Ln(-5.395+92.779[E]0)]t0.396方程来描述。 式中:P—降解程度,用有机酸的浓度(umol/ml)即滴定用氢氧化钠的量来表
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