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本文以合成开发具有实用价值的医用生物降解材料--高分子量聚乳酸为目的,并通过对其进行改性研究,使之更加适合医用生物材料的应用要求。
本文首先通过改变反应温度、反应时间、催化剂用量等合成条件,研究了聚丙交酯(PLLA)和聚乙交酯丙交酯(PGLA)共聚物的聚合规律,得到了可用于制备生物医用材料的分子量高达50万g/mol的PLLA均聚物和PGLA共聚物,并采用IR、DSC、TGA、NMR等方法表征了聚合物的结构与性能。
由于聚乳酸的酸性降解产物易引起炎症反应、主链上没有功能性基团、材料表面亲水性弱以及不能接枝药物等缺点,限制了聚乳酸的广泛应用。而功能性的基团能够有效地改善聚合物材料的生物降解性、生物相容性以及材料表面亲水性。本文以聚乙二醇(PEG)、聚天冬氨酸(PASP)改性PLA,得到PEG-PASP-PLA三嵌段共聚物,提高了PLA的亲水性,研究了影响共聚物亲水性和特性粘数的各种因素。通过接触角实验证明共聚物的亲水性与其中PEG、聚天冬氨酸的含量成正相关系;并通过丙交酯和环氧氯丙烷的共聚,成功的在PLLA侧链上引入了可以作为反应活性点的氯元素,丙交酯和环氧氯丙烷的共聚物经相转移催化等反应接上一些反应性基团如胺基等,进而接枝药物。
本文还成功制备了制备高分子量(>251KD)的P(MBC(5-甲基-5-苄氧羰基-三亚甲基碳酸酯)-LLA)和P(MBC-外消旋乳酸(DLLA))共聚物,并首次合成了三元共聚物P(DLLA-乙交酯(GA)-MBC)。然后在Pd/C或Pd(OH)2/C的作用下,脱除聚合物链段侧基的保护基团—苄基,得到侧基含有-COOH功能团的聚合物。将功能性聚合物制备薄膜,在其表面接枝抗凝血性材料—低分子量肝素分子,得到药物缓释高分子聚合物。研究了该系列聚合物的体外降解性能、亲水性能、力学性能以及热性能和结晶性能。结果表明,和聚乳酸相比,此类共聚物的体外降解性能、热性能和加工性能有所改善,亲水性能明显增强,力学性能得到更好的平衡,有助于综合利用。
聚乳酸(PLA)和羟基磷灰石(HAP)都具有良好的生物相容性,可作为内植材料使用。本文将水热合成法得到的HAP粒子用聚乙烯醇(PVA)的二甲亚砜(DMSO)溶液表面改性后,作为增强材料的HAP在PLLA基质中的分散情况得到明显改善。为了使材料强度符合骨内固定材料的要求,本文对挤出成型后的PLLA棒材进行热拉伸取向增强的实验,研究了PLLA/HAP、PLLA/HAP-PDLLA和PLLA/HAP-PVA等不同复合材料体系的拉伸比率、拉伸温度和拉伸速率对材料增强效果的影响规律;通过对自制的聚乙丙交酯(PGLA)熔融纺丝,并经热拉伸、加捻、编织、涂膜后,得到手术缝合线样品。PGLA纤维的断裂强度,延伸度适中,初始模量比均聚物聚乙交酯(PGA)纤维低,柔性有所改善,作为手术缝合线具有更好的操作性能;利用合成的PDLLA,成功地加工制备了降解时间为1-2个月,具备一定柔韧性,但仍然具有一定的强度和模量的医用降解鼻泪管,该材料能在人体内支撑并起到管道的作用,其降解时间,正好适合于病人自身鼻泪管的生成,使病人在人工管降解以后病症得到治愈,该医用降解材料已经在有关医院展开了临床应用实验。
最后,本文还对PDLLA及PLLA的降解规律进行了研究。在pH分别为1.6、12的缓冲溶液和pH为7.4的模拟体液中,进行了聚合物的体外降解实验。本文还研究了PLLA的热降解规律,其机理为无规断链,热降解反应级数为1级,活化能是90.05kJ/mol,并且提出了抑制聚合物在加工过程中分子量急剧下降的控制方法;本文研究制备的聚乳酸及其制品,其最终目的是用于医用生物降解材料,因此对其进行必要的医用材料安全性实验是必需的。通过与项目合作单位--复旦大学医学院进行的系列实验研究,初步毒理实验结果表明本课题合成的聚合物材料无毒,可以作为医用材料进一步开发应用。