PHBV共混材料组织工程支架的研究

来源 :东华大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:edcujmtgb
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组织工程支架是组织工程学中最基本的组成部分。作为前沿学科和交叉学科,组织工程学将改变人们对组织移植和器官移植的传统观念而进入修复重建和再造的新领域。组织工程支架的材料物理化学性质对于组织培养环境都非常重要。许多不同的材料已经被用于组织工程学。作为聚羟基脂肪酸酯类材料(PHAs)中应用最为广泛的一种材料,天然生物可降解材料PHBV具有完全生物相容和无细胞毒性。其降解速度可以通过改变组分HV来调整。相比PHB,其具有熔点和结晶度较低、韧性强和加工性能好等优点。本文尝试利用PHBV/ECOFLEX共混材料作为组织工程支架的基质。ECOFLEX是一种由BASF公司生产的新型生物可降解聚酯,它的单体组成是对苯二甲酸、脂肪酸和1,4-丁二醇,常被用来与其它的生物可降解高聚物混合以改善其加工性能。本实验首先通过FT-IR、DSC、POM等测试手段对PHBV以及PHBV/Ecoflex?共混材料的化学结构、热性能和结晶性能进行了研究。通过分析PHBV纯品与PHBV共混料的红外光谱谱图,证明了共混材料含有大量的酯基。DSC的测试结果发现两种组分的相容性很好。ECOFLEX的加入破坏了PHBV的结晶,降低了PHBV的结晶性能。偏光显微镜照片进一步证明ECOFLEX的加入破坏了PHBV的结晶性能,从而改善了PHBV的力学性能并提高了材料的吸水率。但材料的溶胀比较小,有助于支架的尺寸稳定性。组织工程支架的制备对之后的细胞培养和分化非常重要,直接影响支架的结构与性能,从而进一步影响细胞的分裂与增殖。本研究采用粒子溶出法制备组织工程支架,该法将聚合物溶液和致孔剂的混合物浇铸在模具中,干燥成膜,然后将薄膜中的致孔剂用水完全溶去,干燥后即可得多孔薄膜。本研究选用PHBV/ECOFLEX共混材料作为组织工程支架材料基质,NaCl颗粒作为致孔剂。在传统的溶剂浇铸-粒子溶出法的基础上,通过调节共混物溶液浓度制得了不同形状尺寸且孔径、孔隙率满足组织工程支架要求的PHBV/ECOFLEX多孔支架。研究了共混物溶液的浓度、致孔剂粒径对支架成型、支架密度与孔隙率的影响。通过扫描电镜(SEM)分析了多孔支架的孔径、孔形态及孔分布。结果表明,共混物溶液浓度对支架成型影响较大,过低或过高的浓度都会导致支架成型较差,浓度范围在12%-15%时支架成型较好。利用浓度为15%的浇铸液可以制备复杂形状的多孔支架。所制支架内部孔洞分布均匀,贯通性好,孔径可由致孔剂的粒径来调控。支架孔隙率在86%与91%之间。另外,本实验采用了分次浇铸来制备形状较为复杂的组织工程支架。支架内部微孔成型好,分布均匀,相互贯通。孔隙率可达80%以上。本文同时研究了另外一种制备组织工程支架的新方法-纤维熔结法。利用PHBV共混材料作为组织工程支架材料基质,通过熔融纺丝,压片成型以及纤维熔结工艺制得了组织工程用三维多孔支架。通过差热分析仪(DSC)研究了利用PHBV共混材料制备多孔支架时PHBC共混材料纤维的熔结温度。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)对支架材料的孔径、孔的分布及形态进行了表征。同时,还进行了支架在模拟体液中的体外降解实验与成骨细胞的培养实验。研究了PHBV/ECOFLEX组织工程支架的体外降解行为与细胞生长情况。结果表明,PHBV共混物纤维的最佳熔结温度在130~140℃区间。支架孔隙率随压片过程中压力的增大而降低。压力为5MPa时,支架成型好,且孔隙率最高为59.5%。OM照片观察发现由纤维熔结法所制备的多孔支架结构的表面微孔分布均匀,成型完整。SEM照片显示采用压片成型/纤维熔结法可制得孔径在300-500μm之间、贯通性好的三维立体支架。体外降解实验表明支架材料的降解会引起pH值的微弱下降。支架材料的降解速率较慢。经过10周的体外降解,在纤维表面可以观察到明显的侵蚀现象。成骨细胞培养实验证明利用纤维熔结法制备的组织工程三维多孔支架非常适合细胞黏附与生长。
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