论文部分内容阅读
为获得具有合适力学性能、降解性能、良好的骨传导性能和细胞贴附性能新型骨修复材料,本文选取了降解性可调的聚乙丙交酯(PLGA)以及具有骨传导性和降解性的纳米羟基磷灰石(n-HA)为基体,添加具有高机械强度和可降解性的竹纤维(BF)为增强填料,采用溶液共混法制备BF/HA/PLGA复合材料,采用溶剂挥发法和冷冻干燥法制备BF/HA/PLGA多孔材料,以期用于骨修复领域。 首先,为制备性能优异的BF/HA/PLGA三元复合材料,讨论了竹纤维含量(0%,5%,10%,20%),纤维改性(NaOH处理以及NaOH+KH550处理)以及纤维长度(≤1mm,4~5mm,9~10mm)三个因素对BF/HA/PLGA的力学性质,结晶性质和微观形貌的影响。结果表明,竹纤维通过提高复合材料的结晶度来提高其弯曲强度,5%BF/HA/PLGA复合材料具有最高的弯曲强度。用NaOH+KH550处理纤维后,纤维表面的杂质被除去,亲水性降低,与PLGA的结合位点增加,界面相容性得以改善,从而提高了BF/HA/PLGA复合材料的机械强度。此外,纤维长度对三元复合材料的机械性质有重要影响,长度为4~5mm的纤维为10%BF/HA/PLGA复合材料提供良好的机械性能。 其次,为获得理想的骨组织工程支架材料,分别采用溶剂挥发法和冷冻干燥法制备了BF/HA/PLGA多孔材料。考察BF与HA含量以及水三个因素对溶剂挥发法制备的BF/HA/PLGA多孔材料孔结构、孔隙率和力学强度的影响。考察了HA含量、BF含量、冷冻温度、浓度、制孔剂五个因素对冷冻干燥法制备的BF/HA/PLGA多孔材料的孔结构、孔隙率和力学强度的影响。结果表明,溶剂挥发法简单快速。通过BF相互搭建形成孔隙,HA/PLGA起到粘结剂的作用。所制备的多孔材料有两种不同尺寸的孔结构,BF相互搭建形成的大孔,孔尺寸约在1mm左右,连通性好;溶剂挥发在孔壁上形成的小孔,尺寸在30~50μm之间,连通性差;材料孔壁厚,压缩强度高。但是,这种方法重复性差,多孔材料孔尺寸和孔隙率难以控制。对于冷冻干燥法而言,竹纤维可以作为多孔材料的骨架提高多孔材料的机械强度。多孔材料的压缩强度和模量随HA含量的增加而提高,随竹纤维含量的增加而降低,孔隙率则相反。因此,5%BF/30%HA/PLGA具有很高的压缩强度和模量。另外,提高浆料浓度可以提高多孔材料的压缩强度和模量,分别为1.2MPa和21.7MPa,孔隙率仍高于80%。冷度温度和制孔剂对冷冻干燥法制备多孔材料的压缩强度影响不大,但随着冷冻温度降低,多孔材料的孔尺寸变小。制孔剂虽然可以提高多孔材料的孔隙率,但其力学强度降低。综合以上分析得出,冷冻干燥法制备的高浓度的5%BF/30%HA/PLGA具有良好的孔结构和机械强度,在骨组织工程支架中有很好的应用前景。 最后,为评价该新型材料的降解性和生物相容性,本文还对部分BF/HA/PLGA复合材料和多孔材料进行了体外降解实验和体外细胞实验。降解实验表明,复合材料的降解属于本体降解。降解首先发生在BF和HA/PLGA基体的界面处,在复合材料表面形成小孔,随降解时间的延长,孔数量增加,尺寸增大,甚至产生裂缝。表面产生小孔的本质是PLGA分子链段的无规断裂。竹纤维含量对三元材料的降解有很大影响,BF可以促进复合材料的降解。对纤维进行改性处理后,由于界面相容性得到改善,延迟了BF和基体之间的界面分离,减缓了复合材料的降解。碱处理的复合材料降解速度相对于碱+KH550处理更慢。纤维长度对其纤维复合材料的降解也有一定影响,短竹纤维(≤1mm)的复合材料降解相对缓慢。与无酶模拟体液降解相比, BF/HA/PLGA在含有溶菌酶的模拟体液中的降解速度更快,表明溶菌酶可以进一步加速BF/HA/PLGA的降解,BF/HA/PLGA在体内的降解速度可能会更快。BF/HA/PLGA多孔材料在降解过程中发生溶胀,孔尺寸增大,有利于营养物质的运输和细胞及血管的生长,材料降解12周后孔壁表面有类骨磷灰石的沉积,有利于诱导骨组织的形成。高浓度的BF/HA/PLGA多孔材料降解力学降解12周后仍保持较高的力学强度。体外细胞实验表明,新型材料BF/HA/PLGA对MG-63没有毒性,5%含量的BF可以促进MG-63细胞在BF/HA/PLGA材料表面的贴附和生长,随着竹纤维含量增加,细胞在材料表面的数量下降,但与HA/PLGA相差不大。 综上所述,本文成功的制备了BF/HA/PLGA复合及多孔材料,该材料具有很好的力学强度、降解性及生物相容性,有望作为骨修复材料使用。