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用于组织工程的可降解支架材料是组织工程成败之关键因素,通过设计及调节生物支架的微观环境,可使其不仅能作为细胞吸附、生长和增殖的基体,还可以为新器官的生长成形提供模板。以聚乳酸为代表的聚a-羟基酯,以其优异的生物相容性、生物降解性和可加工性,在制备组织工程支架材料方面得到了广泛的应用。
本文以聚L-乳酸(PLLA)为基本材料,以四氢呋喃(THF)和异丁醇(IBA)的混合物为溶剂,利用热诱导相分离技术制备了多孔双连续网格结构的组织工程支架。采用扫描电子显微镜(SEM)观察所得支架材料的断面形态,并用Image-pro-plus(4.5)软件分析断面的孔径,并计算出断面的平均孔径。
实验结果表明,采用热诱导相分离技术制备的PLLA多孔支架,可以得到微孔双连续结构,孔与孔之间有良好的连通性;并且多孔支架的孔径以及孔之间的连通性与陈化温度、淬火温度、聚合物溶液浓度以及溶剂性质有关。
在0.5 h的陈化时间下,多孔材料的平均孔径随实验中陈化温度的降低先增加后减小,在30℃陈化时,多孔材料的平均孔径最大,孔的连通性也最好。当陈化温度小于20℃或大于40℃时,多孔材料基本无孔。
多孔材料的平均孔径随淬火温度(-15℃~-40℃)的降低先稍有降低,再增加到最高,后又降低。淬火温度为-30℃时,孔之间的连通性以及孔的微观形态最好。
在同一混合溶剂比例下,制备的多孔材料的平均孔径随聚合物浓度(0.05~0.10 g/mL)的增加先增加后减小,在0.06 g/mL时出现一最大值。孔之间的连通性随溶液浓度的增加由差变好,最后又变差,在峰值对应的浓度下连通性最好。当溶液浓度太低(如浓度为0.04 g/mL)时,难以得到完整的支架材料,或得到的材料机械强度太低,没有实际应用价值。然而,当溶液浓度高于0.10 g/mL时,得到的材料孔隙率太低甚至无孔,也不具备实际应用价值。
当改变混合溶剂比例时,随着混合溶剂中IBA含量的增加,溶剂的溶解能力显著降低,但凝胶能力增加。IBA的含量为10%、20%(v/v)时,材料的孔径较大且孔之间的连通性好;IBA的含量为30%时,只有0.08~0.10 g/mL浓度下的聚合物溶液在淬火后能形成完好的凝胶,得出的支架孔径较大但孔之间的连通性差,0.08 g/mL的支架材料的孔基本呈闭合状态。当IBA的含量高于30%(v/v)时,聚合物很难溶解,制备的聚合物溶液在淬火后均形成的形态类似沉淀,经SEM扫描,材料基本无孔。
通过与本实验组其它两实验结果相比较发现,当保持混合溶剂组分之一及其所占的比例不变,另一组分换成其它溶剂时,所制备的支架材料的孔径及孔的连通性随溶液浓度变化的趋势基本一致,随着浓度的增加,平均孔径均先增加后减小,孔与孔之间的连通性也由差变好,最后又变差。
本文在实验数据基础上,探讨了影响因素与双连续网格材料孔径大小以及孔之间连通性的内在规律,并建立了部分参数与孔径大小之间的数学模型。