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近年来,聚乳酸/羟基磷灰石(PLA/HA)复合材料以其良好的骨传导性、骨诱导性、生物相容性、生物降解性能、较高的力学性能得到了广泛的关注。对该复合材料体系来说,HA粒子与PLA基体之间的界面相容性与界面粘附力是影响力学性能的关键因素。目前简单的PLA/HA复合材料存在界面结合力低、HA粒子分散不均匀易团聚等缺点,对材料的性能和应用产生很大的负面影响。本文对羟基磷灰石纳米粒子的制备、表面接枝改性以及复合材料的制备、界面增强进行了详细的论述。另外,对复合材料的性质进行了系统的测试和研究。
1.以磷酸和氢氧化钙为原料在50-55℃条件下以沉淀法制备出了直径为20-30nm,长度为100-200nm的棒状单分散性HA纳米粒子(n-HA)。
2.以乳酸改性n-HA粒子表面,得到表面负载L-乳酸的改性HA纳米粒子(1-HA)。以1-HA粒子表面所负载乳酸分子中的羟基引发左旋丙交酯开环聚合,得到表面接枝PLLA的HA纳米粒子(p-HA)。结果表明,两种改性后的HA纳米粒子由于表面接枝包覆了一层有机小分子或低聚物,与PLLA的界面亲和力大大提高,在PLLA基体中更容易以纳米尺度均匀分散。1-HA/PLLA和p-HA/PLLA复合材料的综合性能明显优于纯PLLA与n-HA/PLLA复合材料。
3.以端羧基低聚左旋乳酸与n-HA粒子表面的钙原子作用,得到表面接枝低聚乳酸的改性HA纳米粒子(op-HA),整个过程不需使用任何催化剂。试验发现,与n-HA/PLLA复合材料相比,op-HA/PLLA纳米复合材料具有更好的力学性能、热稳定性,在PBS缓冲液降解实验中也能更持久地保持其强度。
4.利用p-HA纳米粒子表面的相对亲油性质,以水包油包固体的方法,制备了高HA含量的p-HA/PLLA复合材料微球,并对微球的结构和组成进行了一系列的测试。该微球可作为激光选区烧结的原料来加工形状复杂的医用器件。
5.以表面接枝右旋低聚乳酸的HA纳米粒子(dp-HA)分散在PLLA基体中得到dp-HA/PLLA纳米复合材料。接枝在HA粒子表面的右旋聚乳酸将与PLLA基体形成立体配合物,得到的复合材料中羟基磷灰石粒子与PLLA基体的界面结合更牢固,因此,与接枝左旋乳酸的HA纳米粒子/PLLA复合材料(1p-HA/PLLA)相比,dp-HA/PLLA复合材料具有更高的力学性能。