可降解PLLA基生物復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、聚-L-乳酸(poly-L-lactide，PLLA)生物材料，因其優(yōu)良的生物相容性、可降解吸收性和一定的力學(xué)強度，廣泛用作藥物控釋載體、醫(yī)用手術(shù)縫合線及骨折內(nèi)固定材料。但是，單純的聚乳酸材料韌性差，因而限制了PLLA作為生物材料的進一步應(yīng)用。聚丁二酸乙二醇酯(poly(ethylenesuccinate)，PES)，具有良好的韌性，可用來改善PLLA材料的韌性。另一方面，PLLA高分子材料植入體內(nèi)4～8周后即失去其初始力學(xué)強度，不能對

2、新生骨組織提供有效的支撐；且其降解產(chǎn)物呈酸性，易導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的發(fā)生。納米羥基磷灰石粉末(n-HA)，作為填充在高分子基生物材料中的無機相，能夠有效改善PLLA植入材料的剛度、生物活性和降解速率以及減少因酸性降解產(chǎn)物而引起的炎癥反應(yīng)。
　　 本文以PES增韌PLLA、n-HA增強PLLA/PES高分子材料為出發(fā)點，選用自制的PLLA、納米羥基磷灰石(nano-hydroxyapatite，n-HA)和PES為原材料，通過熔融共混法

3、制備了PLLA/PES復(fù)合材料以及n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料；對PLLA材料、PLLA/PES復(fù)合材料及n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料的力學(xué)性能和體外降解性能進行了研究，并研究了n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料的體內(nèi)降解及對n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料進行了生物學(xué)評價，具體如下：
　　 采用減壓蒸餾技術(shù)及水洗-重結(jié)晶新技術(shù)制備了高純度的L-丙交酯(LLA)。以L-丙交酯為單體、辛酸亞錫(Sn(Oct)2)作引

4、發(fā)劑，采用陽離子開環(huán)聚合法制備了超高分子量的PLLA?？疾炀酆蠒r間、聚合溫度及引發(fā)劑含量對聚-L-乳酸分子量的影響，得到了合成高分子量PLLA的最適宜條件。L-丙交酯開環(huán)聚合制備高分子量PLLA的最適宜條件為：反應(yīng)時間24 h，反應(yīng)溫度140℃，單體與引發(fā)劑的物質(zhì)的量之比為12000:1。在最適宜條件下制備的PLLA分子量分布較窄，粘均分子量為74萬。并研究了PLLA分子量與其力學(xué)強度之間的關(guān)系，結(jié)果表明：PLLA材料的抗彎強度和抗彎模

5、量均隨PLLA分子量的增加而增加，抗彎強度和抗彎模量分別可達(dá)186 MPa和2.81 GPa。PLLA樣品斷口形貌表明，隨著PLLA分子量的增加，PLLA樣品的韌性逐漸增強；并可在斷口表面觀察到PLLA的球形結(jié)晶痕跡。
　　 采用無有機溶劑存在的熔融共混法制備PLLA/PES共混物，對制備的PLLA/PES共混物進行了IR、XRD、熱分析以及結(jié)晶性能分析，結(jié)果表明：PES的加入能有效提高PLLA的結(jié)晶速度和結(jié)晶度，且PLLA球晶

6、變得更加完整；PLLA/PES共混物中PLLA與PES是不完全相容的兩種高分子物質(zhì)。對PLLA/PES共混材料力學(xué)性能的研究表明，PES的加入雖然降低了PLLA/PES材料的拉伸強度、拉伸模量以及抗彎強度、抗彎模量，但PLLA/PES材料的斷裂伸長率卻得到了很大的提高，大大提高了PLLA/PES材料的韌性。SEM分析表明：隨著PES含量的增加，PLLA/PES材料斷口表面變得越來越粗糙，且出現(xiàn)越來越多的韌窩，表明PES的加入能夠有效改善

7、PLLA存在的脆性問題，且隨著PES的增加，PLLA/PES材料的韌性變得越來越好。
　　 采用熔融共混法制備n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料，研究了n-HA含量對n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料的力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：摻入n-HA粉末后，除拉伸強度降低外，n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料的抗彎強度、抗彎模量、拉伸模量和剪切強度均比PLLA/PES材料要大很多；當(dāng)n-HA粉末含量為10 wt％時，n-HA/PLLA/P

8、ES復(fù)合材料的抗彎強度和剪切強度可分別達(dá)到178 MPa和127 MPa；復(fù)合材料的抗彎模量和拉伸模量隨著n-HA含量的增加而增加，最大值可分別達(dá)6.9 GPa和3.7 GPa。填充在n-HA/PLLA/PES中的長棒狀n-HA顆粒對復(fù)合材料起到了很好的增強作用。
　　 對PLLA、PLLA/PES和n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料進行體外降解性能研究，主要研究了PBS中各生物材料在降解過程中發(fā)生的吸水率、失重率、分子量大小及

9、分布系數(shù)、力學(xué)性能、斷口形貌以及PBS的pH值的變化；研究結(jié)果表明：PLLA、PLLA/PES和n-HA/PLLA/PES樣品的吸水率和失重率均隨著降解時間的延長逐漸變大；在同一降解時期，n-HA/PLLA/PES樣品的吸水率明顯高于PLLA和PLLA/PES樣品的吸水率，而n-HA/PLLA/PES樣品的失重率明顯低于PLLA/PES和PLLA樣品的失重率，填充的HA降低了n-HA/PLLA/PES樣品的降解速度；同一時期，浸有n-H

10、A/PLL/PES樣品的PBS溶液pH值要比浸有PLLA和PLLA/PES樣品的PBS溶液pH值高。隨著降解時間的延長，PLLA、PLLA/PES和n-HA/PLLA/PES樣品的力學(xué)強度均逐漸降低；但n-HA/PLLA/PES樣品在降解初期(12周之前)能保持較好的力學(xué)強度。
　　 通過細(xì)胞毒性試驗、全身急性毒性試驗、亞急性毒性試驗、溶血試驗、抑菌試驗、熱原試驗、皮內(nèi)試驗和肌肉埋植試驗等對n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料進行

11、生物相容性評價。結(jié)果表明：MG-63成骨樣細(xì)胞在復(fù)合材料浸提液中無細(xì)胞毒性；細(xì)胞在復(fù)合材料表面具有良好的黏附、增殖和生長情況；n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料對實驗動物無急性毒性、不引起溶血反應(yīng)、無致熱反應(yīng)、無刺激、無抑菌作用；該材料在實驗動物體內(nèi)重要臟器的病理切片結(jié)果表明n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料具有良好的組織相容性。
　　 n-HA/PLLA/PES復(fù)合材料體內(nèi)降解結(jié)果表明：復(fù)合材料植入動物體內(nèi)后，成骨融合較好，材