磷酸钙/聚癸二酸甘油酯基复合支架的制备及性能研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HELING0702
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因创伤、肿瘤、感染等因素造成的骨组织缺损修复是临床面临的主要挑战之一。从仿生的角度设计制备具有多孔结构和力学性能的支架是解决这一问题的根本途径。磷酸钙盐由于具有良好的生物相容性、生物降解性、骨传导性以及无毒副作用等特性,被广泛用做骨组织修复支架材料。然而,磷酸钙盐多孔支架材料本身脆性大、力学性能差,特别是当孔隙率比较大时,这直接影响其在临床的使用效果。鉴于此,本课题将通过聚癸二酸甘油酯(PGS)及其改性后得到的聚(癸二酸-甘油-乙二醇)(PEGS)共聚物对磷酸钙盐支架(β-磷酸三钙,β-TCP;骨水泥,CPC)进行改性。研究了高分子材料的合成条件对其理化性能的影响的规律,复合支架的制备工艺条件对其力学性能、体外生物学性能的影响规律及力学性能增强的机理。得到的主要研究结论如下:  PGS预聚体及PEGS合成。对于PGS的合成,研究了原料摩尔配比、反应温度对PGS预聚体的分子量、化学结构和热性能的影响。结果表明,第一步在氩气氛围下、癸二酸和甘油摩尔配比1∶1、反应温度130℃、反应时间24 h及第二步抽真空反应3-5h等条件下得到的PGS预聚体,经纯化后分子量可达12000 Da。采用PEG对PGS进行接枝改性,发现PEG摩尔比为20%时得到的嵌段共聚物的接触角约为25.0°,且具有较好的热交联成膜性能。  β-TCP/PGS复合支架的制备与性能。采用真空热交联和真空冷冻干燥两步法在β-TCP表面“原位交联”PGS制备β-TCP/PGS复合支架。研究了不同PGS负载量、冷冻温度和时间等因素对复合支架性能的影响。结果表明:在PGS固含量15%、冻干温度-50℃和冻干时间24 h时,得到的β-TCP/15P-CFV支架,最大压缩强度提高了200倍,断裂伸长率提高了3.7倍(相对于β-TCP多孔支架)。进一步采用SEM、FT-IR、XPS分析发现,PGS在β-TCP表面的原位交联及HCOO--Ca2+离子键的形成是导致复合支架力学性能提高的主要原因。体外矿化结果表明制备的复合支架具有较好的生物活性,可促进钙的沉积。细胞实验结果表明,HUVECs(内皮细胞)和rBMSCs(骨髓间充质干细胞)两种细胞均可渗透到支架内部,且呈现较好的铺展性,同时复合支架可促进细胞的增殖。  CPC/PEGS复合支架的制备与性能。采用涂覆的方法,通过热交联和真空冷冻干燥工艺制备CPC/PEGS支架,研究了不同含量的PEGS对复合支架力学性能和体外生物学性能的影响。结果发现,热处理过程对CPC的晶型和结晶度无显著的影响。力学结果表明,CPC/PEGS-8支架和CPC/PEGS-16支架具有较好的力学结果,相比于CPC支架,最大压缩强度提高了3.2倍。体外矿化实验结果表明,CPC/PEGS支架具有良好的生物活性,可促进钙的沉积。PEGS含量的增加可提高细胞在支架上的增殖。  本研究通过“原位交联”的方法,用高分子材料对无机盐多孔支架进行改性,制备出了具有良好力学性能的复合支架,支架的脆性大等缺点得到了显著的改善。同时高分子材料的加入,促进了钙和磷的在支架上的沉积。另外,细胞结果表明复合支架更有利于细胞的增殖。
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