聚L-乳酸(PLLA)/β-磷酸三钙(β-TCP)复合多孔骨支架材料的制备及性能研究

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骨组织工程支架材料一直是生物材料领域的研究热点之一。作为骨组织修复重建的组织工程载体材料,要求其具有良好的生物相容性,可控的生物降解性,适当的三维连通气孔立体结构,一定的机械强度和良好的细胞粘附特性。传统的β-磷酸三钙(β-tricalcium phosphate,β-TCP)生物陶瓷材料,具有良好的生物相容性、耐腐蚀等优点,其成分与骨矿物组成类似,但单独作为骨修复材料使用时,β-TCP存在脆性大、韧性差及模量过高等缺陷,限制了它在骨科方面的临床应用。聚乳酸作为骨修复材料,具有良好的生物相容性和生物降解性能,但其机械强度较差,且降解产物呈酸性,易引起体内炎症反应。为了满足骨组织修复材料的力学性能和生物学性能要求,本研究选用β-TCP与具有良好生物相容性和生物降解性的聚乳酸(PLLA)复合,制备PLLA/β-TCP多孔支架材料,并对这种支架材料的性能进行研究,为其在骨组织工程中的应用进行初步探讨。1、本文首先采用溶剂自扩散原理从聚L-乳酸(PLLA)/β-磷酸三钙(β-TCP)氯仿溶液中沉积得到PLLA/β-TCP复合颗粒,研究了不同扩散介质对该过程的影响。研究表明制备复合颗粒以丙酮/无水乙醇混合液为扩散介质沉积速率快、沉积充分,且得到的复合颗粒可以经模压成型、粒子沥滤工艺制备PLLA/β-TCP多孔复合支架。对多孔支架进行了有机溶剂残留量测试,结果表明制备的多孔支架中氯仿、丙酮、无水乙醇残留量分别为36.30ppm,2.07ppm,25.17ppm,满足组织工程支架材料要求。致孔剂粒径、致孔剂用量、PLLA/β-TCP配比及成型压力对支架的性能都有重要影响。本研究采用正交设计对成型工艺进行了优化,讨论了上述四因素对支架材料性能的影响。结果表明:当PLLA∶β-TCP=1∶2,成型压力5MPa,致孔剂粒径125~400μm,用量80wt%时是制备支架的最佳工艺条件,该条件下制备的支架材料孔结构三维贯通、抗压强度4.45 MPa、孔隙率60.7%,适合用作骨组织工程支架材料。2、将制得的支架材料浸泡在SBF液中,研究支架材料在静态、动态两种条件下的降解性能。测试材料吸水率、质量变化率、孔隙率变化、机械强度、分子量变化等,作扫描电镜(SEM)观察,以及IR和XRD光谱分析。结果表明所有的支架材料在浸泡24周后均能基本维持外形,支架表面都发现有类骨羟基磷灰石的形成,并逐渐由表面向内孔生长;且可通过调节β-TCP与PLLA的含量来调节支架的降解速度。降解24周后,材料的孔隙率、强度均有不同程度的降低,质量随时间不断增加。3、分别用犬的骨髓间充质干细胞(canine mesenchymal stem cells,cMSCs)和EA.Hy926内皮细胞与支架材料复合培养,对比了动态培养(在生物反应器内)和静态培养(在24孔板内)。两组研究结果发现细胞能在支架材料上粘附、增殖,并且细胞形貌正常,说明材料的加入不影响细胞的生物学行为,同时发现,动态培养的细胞比静态培养的细胞生长旺盛,代谢快。
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