形状记忆聚氨酯基复合电纺纤维的制备及性能研究

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形状记忆聚氨酯(SMPU)具有变形量大、回复能力强等优点,在航空航天、智能纺织、生物医药等众多领域具有广泛的应用价值。近年来,随着针对生物材料中骨组织工程支架材料研究的逐步深入,具有固定尺度和形状的支架的难于裁剪、材料的固定形状与不规则骨缺损的作用位置的不易匹配性,以及负载药物的释放和作用方式与作用机制的单一性等方面的问题愈加突出和明显。因此,设计和制备具有负载能力和良好的生物相容性,且能匹配不规则骨缺损形状、作用机制灵活和多样的新型骨组织工程支架类材料成为关键和重点的研究工作。本文采用静电纺丝法制备了聚己内酯(PCL)基形状记忆聚氨酯(SMPU)纤维膜,在此基础上,添加生物活性材料羟基磷灰石(HA)纳米颗粒制备复合电纺纤维膜,并通过聚多巴胺(PDA)修饰复合电纺纤维膜实现了光响应的形状记忆功能。考察形状记忆微/纳米纤维的微观结构、热稳定性、力学性能、生物相容性等,为电纺纤维类形状记忆材料的制备及性能研究提供有价值的研究工作。将静电纺丝法获得的SMPU电纺微/纳米纤维膜以及SMPU与药物地塞米松(DEX)的共纺纤维膜,在不同的反应物的配比、不同的纺丝参数下,考察其对纤维形貌的影响,研究了SMPU电纺纤维膜的力学性能和形状记忆性能,并对SMPU的生物降解性和DEX释放性能进行了探究;进一步比较了电纺纤维膜和流延膜对DEX释放量的影响。研究结果表明,SMPU电纺纤维膜具有较优异的形状记忆性能,形状回复率可达84%。SMPU与DEX可混合电纺成较为均匀的微/纳米纤维,纤维表面无DEX粒子析出。根据实验分析得出,SMPU电纺纤维中的DEX释放为“降解-扩散”的释放过程。以SMPU为基体,通过添加生物活性材料羟基磷灰石(HA)纳米颗粒,应用静电纺丝法制备了SMPU/HA电纺复合纤维膜。改变HA的加入量来探讨HA对SMPU电纺纤维的性能影响;采用SEM对纤维结构和HA颗粒分布进行表征;通过DMA测试对电纺复合纤维膜的热机械性能和形状记忆性能进行了分析,通过模拟体外降解实验研究了复合纤维膜的生物降解和DEX的释药性能。实验结果表明,HA的加入对SMPU的力学性能和形状记忆性能有显著的提高,其回复率从84%提升到97.3%。细胞毒性研究结果表明,SMPU/HA复合纤维膜可有效支持细胞生长。在此基础上,以组装的聚多巴胺(PDA)表面修饰SMPU/HA复合电纺纤维膜实现了光响应效应的形状记忆功能。研究了不同PDA涂层厚度对复合纤维形貌、力学性能以及形状记忆性能等的影响。通过改变浸泡在DA溶液的时间,可使PDA均匀附着在复合电纺纤维表面;在不同光强的红外光照射下实现可变的形状回复效应。在1 W/cm~2的光强照射下,PDA改性的SMPU/HA需18s可回复到初始形状。细胞毒性和生物活性的研究结果表明,SMPU/HA复合电纺纤维膜无生物毒性,能够有效支持细胞的生长;进一步,以海拉细胞(Hela)和骨髓干细胞(BMSCs)为模型,研究了PDA/SMPU/HA复合电纺纤维膜的细胞粘附能力和细胞增殖能力,PDA可同时增强纤维膜的细胞黏附性,促进细胞增殖。
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