可生物降解形状记忆高分子复合材料的研究

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本论文选用可生物降解的形状记忆高分子——化学交联聚己内酯(cPCL)作为基体材料,聚癸二酸酐(PSA)以及功能化的多壁碳纳米管(MWNTs)作为改性材料制备了几种新型的可生物降解的形状记忆复合材料。并对这几种材料的一些重要性质如力学性能,形状记忆特性,体外降解性能和细胞毒性进行了考察,希望能得到形状记忆性能突出,生物力学和降解性能优良以及细胞毒性较低的新一代多功能型的复合材料。首先,我们制备了载药的cPCL/PSA复合材料(所载药物为扑热息痛),然后系统讨论了该复合材料的力学,形状记忆,体外降解以及释药等性质。结果表明,该材料的力学性能优良,在热刺激下形状记忆性能显著。最重要的是,经过14周的体外降解实验我们发现加入PSA以后复合材料的降解速度明显加快。经过药物释放的实验可以得知,在PSA的帮助下药物的累计释放率也有所提升。其次,针对常规的温度诱导形状记忆聚合物在生物医学方面的局限性,我们尝试利用导电的无机纳米粒子——MWNTs制备了cPCL/MWNTs电致型形状记忆复合材料。但是,由于MWNTs本身较差的亲水性以及较高的细胞毒性,我们首先需要对其进行表面改性。我们改性的手段有酸氧化,共价接枝聚乙二醇(PEG),以及原位沉积羟基磷灰石(HA)。结果表明,经过酸氧化后MWNTs表面出现了亲水性的羟基,羧基等,此外,PEG确实通过化学作用接枝到了碳纳米管表面,并且证实接枝PEG后的样品其亲水性和生物相容性都得到了一定程度的提高。经过热重分析(TGA)证实,利用生物矿化方法在MWNTs表面原位沉积的HA质量在80%以上,如此高的沉积效率使得MWNTs的生物相容性得到了显著的提高。最后,利用上面PEG改性后的MWNTs我们制备出了以cPCL为基体的电致型形状记忆复合材料。经过一系列的考察证实,该材料在50V的电压刺激下能够实现形状的回复并且回复率能维持在90%以上。但是与温度直接刺激的方式相比,其形状记忆回复速度还有待于提高。经过降解16周的考察,该材料的形状记忆行为,尤其是在电场刺激下的形状记忆回复能力大幅度降低,具体表现为在50V的电压下经过120s的回复,材料仅能回复到初始形状的60%左右。通过凝胶含量测试可知,在降解过程中,复合材料的基体与增强相之间界面能的降低导致的相分离以及cPCL交联网状结构的破坏是其形状记忆性能降低的最主要因素。
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