电纺PBC组织工程支架的制备与研究

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组织工程是一门应用生命科学与工程学的原理与技术,研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织器官生物替代物的新兴学科。生物可降解材料是组织工程的重要研究方向之一,本课题主要是以静电纺工艺研究一种新型的能用于组织工程支架的可降解生物材料--脂肪族聚碳酸丁二酯(PBC)。采用静电纺技术制取PBC电纺膜,探索了最佳成形工艺;添加了甲壳素纳米晶须以增强膜的力学性能和热稳定性;采用低温等离子体处理接枝明胶以提高纤维膜的亲水性。通过扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)、差示扫描量热仪(DSC)、X射线光电子能谱(XPS)、接触角分析、力学测试等测试手段对电纺膜的表面形貌、化学结构变化、热性能、表面接枝性能、亲水性以及力学性能等进行了表征。测试结果表明:(1)在固定电压为18KV的条件下,PBC进行静电纺丝的最佳溶剂为甲酸,最佳甲酸浓度为25%,最佳接收距离为20cm,所得的纳米纤维呈现致密稳定的棒状结构。一般来讲,溶液的浓度与纤维直径成正相关,与孔隙率成负相关;用不同PBC浓度的甲酸溶液所制得的薄膜孔隙率变化并不大。PBC具有较好的生物降解性,前期主要是非晶区部分的降解,降解速度较快;后期主要是晶区部分的降解,降解速度明显减缓。(2)纳米晶须可以很好地分散于甲酸。红外光谱研究表示,纳米晶须与PBC是以两个独立的相存在,并没有发生化学基团间的反应。纳米晶须的存在可以提高电纺膜的拉伸强度、弹性模量、起始分解温度和结晶度等热力学性能。当纳米晶须:PBC的质量比为2.5:100时,相应的热力学性能最为优异。在此比例下,纳米晶须的添加有效提高了PBC的拉伸性能,大分子取向度提高,从而提高了结晶度以及力学性能。(3)对纳米晶须/PBC电纺膜进行了等离子体表面改性。相比与氮气,氦气的改性效果更为明显,且在处理功率与时间分别为80W,2min时,材料的亲水性处于最佳状态。通过接枝明胶可以大大延长表面改性的时效性。FTIR及XPS测试显示,经等离子表面处理后,破坏了部分的C=O或C-H键,形成了新的C-N和C-O。用明胶接枝后,引入了大量的亲水基团,从而大幅提高了电纺膜的亲水性。SEM表面形貌研究表明,等离子体处理对电纺膜表面有一定的刻蚀作用。但是通过后续的失重率测试及力学性能测试,发现其对纤维膜的宏观质量及力学性能影响并不明显。
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