衰減全反射--紅外成像結(jié)合主成分分析用于聚乳酸-羥基磷灰石復(fù)合材料的體外仿生礦化研究.pdf

1、聚左旋乳酸/羥基磷灰石(Poly(L-lactic acid)/hydroxyapatite，PLLA/HA）復(fù)合材料具有良好的生物相容性、生物可降解性、較好的可塑性和較高的力學(xué)性能，是理想的骨組織工程支架材料。衡量生物復(fù)合材料性能的主要指標是降解性，其降解速度需與新組織的生長速率相一致。聚乳酸/羥基磷灰石生物復(fù)合材料的降解速度主要依賴于聚乳酸的分子量、微觀結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度以及HA的含量等。本工作采用溶劑澆鑄-鹽淅瀝法制備具有不同微觀結(jié)構(gòu)的

2、PLLA/HA生物復(fù)合材料，將其置于37℃的生物模擬體液(simulated body fluid，SBF)中進行體外礦化實驗研究并采用紅外成像(ATR FTIR mapping)技術(shù)結(jié)合主成分分析(principal component analysis，PCA)方法對PLLA/HA生物復(fù)合材料在礦化過程中礦化動力學(xué)和聚乳酸基質(zhì)的結(jié)晶轉(zhuǎn)變進行系統(tǒng)研究。
　　對不同礦化天數(shù)下復(fù)合材料的紅外圖像進行單變量分析，發(fā)現(xiàn)在SBF中隨著礦化

3、的進行PLLA/HA復(fù)合材料紅外圖像顏色由藍色逐漸變?yōu)榧t色，表明其礦化程度在逐漸加深;采用ATR FTIR mapping結(jié)合PCA方法進一步研究了不同礦化天數(shù)下復(fù)合材料的礦化動力學(xué)，發(fā)現(xiàn)隨著礦化的進行，聚乳酸在不斷的水解，同時在復(fù)合材料的表面及其孔壁上有新的羥基磷灰石生成。通過對不同礦化天數(shù)下多孔結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（p-PLLA/HA）和致密結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(c-PLLA/HA)的第一主成分(PC1)載荷譜中HA和PLLA的特征譜帶（1045c

4、m-1和1755cm-1）進行分析，計算它們的峰面積比值(I1045/I1755)，首次提出兩種不同的礦化動力學(xué)模型，即當PLLA/HA復(fù)合材料浸泡在SBF溶液中時，其礦化遵循零級動力學(xué)模型;而當其浸泡在PBS溶液中，其礦化遵循二級動力學(xué)模型。
　　此外，為進一步理解PLLA/HA復(fù)合材料的體外礦化進程，系統(tǒng)研究了PLLA/HA體外礦化過程中聚乳酸基質(zhì)的結(jié)晶轉(zhuǎn)變情況，并首次從分子水平上提出了其礦化機制。本工作制備了三種不同構(gòu)象的純

5、PLLA，通過分析其ATR FTIR光譜，發(fā)現(xiàn)兩組不同位置的峰對(1384/1361、1211/1184)可用來區(qū)分無定型PLLA(amor-PLLA)、α晶型PLLA(α-PLLA)和α'晶型PLLA(α'-PLLA)三種形態(tài)。通過計算不同礦化天數(shù)下復(fù)合材料PC1載荷譜中兩組峰對的峰面積比值，并結(jié)合XRD、DSC結(jié)果，發(fā)現(xiàn)PLLA/HA復(fù)合材料中PLLA基質(zhì)的降解和結(jié)晶轉(zhuǎn)變是一個交替循環(huán)的過程。多孔結(jié)構(gòu)的PLLA/HA復(fù)合材料隨著礦化