论文部分内容阅读
传统的多孔支架制备方法有粒子沥滤法、微球烧结法、气体发泡法、静电纺丝法等,但采用这些方法制备支架时存在溶剂残留、孔洞形状难以控制、制备过程复杂等缺点,而3D打印技术可以按需制作出多孔支架,且不需使用致孔剂。本课题旨在使用3D打印技术联合冷冻干燥技术,制备得到明胶/纳米羟基磷灰石/PLGA复合骨组织工程支架,以期能够克服传统制备方法的局限,并对复合支架的降解过程和生物学性能进行了研究。首先,对Gel/n-HA填充液及PLGA支架的制备条件进行考察。然后,用无水乙醇改善PLGA支架的亲水性,并向支架内填入Gel/n-HA混合溶液,冷冻干燥后即得到Gel/n-HA/PLGA复合支架材料。测定高温及湿化过程中PLGA支架的理化性质的变化,并考察复合支架填充间距、层厚、填充角对支架的力学性能及孔隙率的影响。实验结果表明,当PLGA加料量为1.6-2.0 g,在室温为30℃,打印温度为195℃,喷头内径为0.4 mm,打印气压为0.4 MPa,打印速度为10 mm/s的条件下,制备得到了具有贯通孔洞结构的PLGA支架。对PLGA用无水乙醇湿化处理9 h后,PLGA支架的吸水率为23.31±3.53%。预冻温度为-80℃,Gel/n-HA为20 mL/4 g时,填充液冷冻干燥后得到大小为100μm-300μm的均匀孔洞。FTIR、XRD、DSC、TGA表明无水乙醇和高温熔融处理PLGA支架为物理过程。复合支架的力学性能、孔隙率与填充间距、层厚、填充角等因素有关。其次,对Gel/n-HA/PLGA复合骨支架的降解性能进行研究。将复合支架在体外PBS缓冲液中降解10周,测定降解过程中支架的吸水率、失重率、降解液pH、压缩强度、压缩模量,观察支架降解过程中的微观变化。实验结果表明,复合支架在降解10周的过程中,pH基本保持在生理值,吸水率达到54.98±3.03%,质量几乎没有损失。压缩强度下降至20 MPa左右,压缩模量由76.97±7.66 MPa下降至49.7±8.39 MPa。降解到第9周时,PLGA表面产生微孔,Gel/n-HA填充物的孔洞结构出现坍塌的现象。Gel/n-HA/PLGA复合支架的降解过程温和,且在降解过程中仍能保持较好的力学性能。最后,考察Gel/n-HA/PLGA复合骨支架材料的生物学性能。首先,研究复合支架材料的细胞毒性、血液相容性,及是否引起热源反应。然后将细胞与复合支架共培养,考察MC3T3-E1细胞在支架上的黏附及分布情况,测定复合支架对MC3T3-E1细胞蛋白分泌的影响。检测复合支架在降解10周过程中是否产生细胞毒性物质。并考察复合降解三个月后降解产物对MC3T3-E1细胞的细胞行为学的影响。最后检测复合支架对MC3T3-E1细胞骨钙素和I型胶原蛋白分泌的影响。实验结果表明,复合材料不具有细胞毒性,血液相容性好,不引起热源反应,不影响MC3T3-E1细胞的蛋白分泌。细胞与支架共培养12 h后,细胞在支架上伸展开。普通3D打印支架、无水乙醇湿化处理后的支架及复合支架黏附率分别为44.63±3.59%、51.52±8.24%和72.35±7.15%。激光共聚焦结果显示复合支架分布的细胞量更多。复合支架降解三个月后其降解液能够促进MC3T3-E1细胞的增殖、碱性磷酸酶及总蛋白合成。并且复合支架能促进MC3T3-E1细胞骨钙素和I型胶原蛋白的分泌。综上所述,本实验制备得到的Gel/n-HA/PLGA骨组织工程支架具有良好的力学性能和生物相容性,MC3T3-E1细胞在能在复合支架上黏附和正常生长。复合支架在降解过程不产生毒性物质,且降解产物可以促进MC3T3-E1细胞的增殖、碱性磷酸酶及总蛋白合成,复合支架能促进MC3T3-E1细胞骨钙素和I型胶原蛋白的分泌,从而促进MC3T3-E1细胞骨化功能。采用3D打印技术联合冷冻干燥技术可以制作出具有高孔隙的Gel/n-HA/PLGA复合多孔支架材料,这种新型的支架材料具有用于骨缺损治疗的潜力。