PBS/PCL共混材料的性能及其作为组织工程支架材料的研究

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生物可降解支架材料不仅为特定的细胞提供结构支撑,而且还起到模板作用,引导组织再生和控制组织结构,这就对支架材料的性能提出了较高的要求。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)具有优良的降解周期、生物相容性和力学性能,可以承受载荷作为植入体内的支架材料,在组织工程支架材料的应用中具有潜在的优势,但PBS的脆性太大,断裂伸长率低,对加工成型性有影响。聚ε-已内酯(PCL)具有良好的骨结合力,塑性好,但其热变形温度较低,作为骨科修复材料和组织工程支架材料使用时,在硬度和温度方面都达不到要求,且降解周期长。本研究采用溶液共混和熔融共混两种方法制备PBS/PCL共混材料,在保留原有生物性能的同时,改善材料的综合性能。研究了不同配比PBS/PCL共混材料的热性能、结晶性能、亲水性能、力学性能等特性,结合模具的使用改进了两种简便可控的支架制备方法——溶剂浇铸/粒子沥滤法和纤维熔结法,制备了PBS/PCL组织工程用三维多孔支架材料,并对支架材料的生物降解性和细胞相容性进行了评价。研究结果表明:无论采用溶液共混法还是熔融共混法,PBS与PCL都是不相容的:共混体系中PCL相的熔点利结晶温度均随着PBS质量分数的增加而降低,而PBS相在共混体系中的熔点和结晶温度变化不大。在熔融结晶过程中,PCL的存在减小了PBS球晶尺寸,降低了PBS晶体的规整性。PBS、PCL在共混膜和纤维中的结晶度均比纯聚合物的低。通过接触角测试,发现随着PBS质量分数的增加,共混材料的亲水性得到改善。力学性能测试结果表明,PBS和PCL力学性能得到了互补,共混膜的韧性增加脆性减弱,共混纤维的断裂强度得到了提高,当PBS质量分数在80%序右时,共混材料的综合力学性能达到最佳值,可以满足组织工程材料对力学性能的要求。改进溶剂浇铸/粒子沥滤法制得的支架,孔隙率达90%,孔径可在80~250μm内调节,适用于软骨组织的修复。通过控制浇铸液的质量分数,能得到成型性好的三维支架,并能改善支架孔隙连通性,提高孔隙率。纤维熔结法制得的支架孔隙率在75%左右,孔径为70~350μm,恒温油浴和烘箱都是适宜的热熔结方式,控制适宜的单丝尺寸能保证孔径的均匀分布,并提高孔隙率。两种方法制得的支架都具有较高的孔隙率且亲水性良好,有利于细胞的黏附生长。降解实验结果表明,脂肪酶加速了PBS/PCL支架材料的降解速率。通过失重率和扫描电镜(SEM)的分析,发现材料的亲水性越好降解越快,支架材料的外形也会影响样品的降解速度。由于降解优先发生在无定形区,导致在一定时间内,降解速率慢的材料结晶度升高,直到品区降解的开始,结晶度才会逐渐降低。SEM观察细胞黏附情况,发现在溶剂浇铸/粒子沥滤法和纤维熔结法制备的多孔支架上,成纤细胞均生长正常,无中毒现象,说明PBS/PCL支架材料具有良好的生物相容性。本文研究表明,PBS/PCL共混材料具备良好的力学性能、加工成型性和生物降解性,可以制得高性能的PBS/PCL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,在组织工程中有着很好的应用前景。
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