3D打印构建功能化PLA/HA骨修复材料及性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiqing
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聚乳酸(PLA)是一种具有良好生物相容性的生物可降解高分子,在其中引入羟基磷灰石(HA)能够有效地解决降解酸性而引发无菌性炎症的问题,并且可作为增强相提高复合材料的综合力学性能。因此PLA/HA复合材料为临床上解决金属材料在骨固定修复中存在的力学遮蔽和金属腐蚀,以及骨缺损治疗中自体骨、异体骨移植自身存在的缺陷和无机材料模量低,脆性大等问题提供了一种解决思路。通过HA负载盐酸万古霉素(Van)对复合材料进行功能化修饰,并使用制备过程条件温和的挤出式3D打印进行成型,不仅能够解决植入物引发的感染问题并有望实现具备与修复部位相匹配的个性化结构。本论文首先利用植酸溶液作为形貌调控剂,在水热均相沉淀法下制备了具备不同表面结构的介孔HA微球。将HA微球负载Van,结果表明HA微球具有良好药物负载能力,体外的释药时间长达72小时并释放出近80%药物,并且在体外抗菌实验中能够对金黄色葡萄球菌具有显著的抑菌性。通过与MC3T3-E1细胞共培养进一步探讨了HA表面结构对细胞的影响。结果表明,表面层片状结构对细胞的增殖以及碱性磷酸酶(ALP)和茜素红(ARS)活性具有显著促进作用,提高了细胞RUNX-2、骨桥蛋白(OPN)和I型胶原(COLⅠ)蛋白表达。其次,通过调控聚乳酸溶液的浓度,以层片状表面结构HA微球作为增强相,制备了适用于3D打印的PLA/HA复合材料墨水,通过挤出式3D打印制备了复杂多结构的样品,并探讨了HA含量对PLA/HA复合材料性能的影响。结果表明,加入HA能够提高复合材料体系的结晶度、亲水性以及热稳定性,当HA含量为15 wt%时,PLA/HA力学性能最佳,弯曲模量为1.9 Gpa,压缩强度为16.4 Mpa。最后,引入HA能够有效的缓解PLA降解酸性的问题,防止材料在降解过程中的结构溃散,提高降解稳定性。通过将HA与Van负载结合,以15 wt%为最佳复合比例制备了功能化的PLA/Van-HA复合材料支架,通过体外药物释放和抗菌实验发现,该支架缓释药物长达36天,并且对金黄色葡萄球菌具有显著的抑菌性。以骨髓间充质干细胞(BMSCs)为细胞模型,探究了其体外细胞相容性。结果表明,引入HA能促进细胞的增殖、粘附与铺展,同时促进了BMSCs细胞的成骨分化,增强了ALP与ARS的表达,Van的负载对细胞不产生负面影响。
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