BMPLGA-PLLGC/NBAG-β-TCP复合支架材料的制备与性能研究

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骨组织工程通过将多孔支架材料、细胞和生长因子等复合作为细胞外基质的临时替代物,从而为骨修复再生提供了新的方法,具有广阔的应用前景。制备复合支架材料为骨组织工程中较为优异的解决方法,其综合了各种生物材料的优点,同时将材料的缺点补强,是如今骨组织工程研究的热点方向之一。纳米生物玻璃(NBAG)和β-磷酸三钙(β-TCP)是良好的无机生物材料,生物活性和生物相容性都较为优秀,但其自身脆性太大,难以成型。本文运用溶液共混法结合冷冻干燥技术将NBAG和β-TCP与可降解的高分子PLLGC/BMPLGA体系复合,制备的复合支架材料具有三维的多孔结构、合适的孔径、高强度的机械性能、良好的生物相容性和较强的骨诱导能力。本论文通过减压蒸馏法制备并提纯了高纯度的L-丙交酯、D,L丙交酯和乙交酯三种单体,将L-丙交酯、乙交酯和ε-己内酯通过熔融共聚法合成了PLLGC;以过氧化苯甲酰为引发剂,将D,L丙交酯、乙交酯接枝顺丁烯二酸酐熔融共聚制备了MPLGA,再用1,4-丁二胺进行改性制备了BMPLGA。采用红外光谱和核磁共振氢谱对反应各步骤的产物进行表征,所得产物纯度较高,最终得到的产物PLLGC重均分子量约为1.2×10~5 Da,BMPLGA重均分子量约为5.5×10~4 Da。通过运用热致相分离法结合冷冻干燥技术制备PLLGC/BMPLGA多孔支架,通过扫描电子显微镜探究了多孔支架形貌、孔径以及孔结构。研究得出了PLLGC/BMPLGA多孔支架最佳的制备条件:质量比PLLGC:BMPLGA=1:3,聚合物浓度为10 wt%,预冷温度为-30℃,此条件下得到的支架材料形貌较好,孔壁厚度和孔径大小合适,孔隙率和抗压强度皆在良好范围内。结果表明,聚合物浓度越高,支架孔隙率越低,抗压强度越大;预冷温度越高,支架孔隙率越高,抗压强度越低。采用溶胶-凝胶法并结合冷冻干燥技术,使用分子量为20000的PEG分散溶液制备了纳米生物玻璃;运用固相反应沉淀法,以钙元素和磷元素的摩尔比为2:1制备了纳米级的β-磷酸三钙。对两种无机材料进行FTIR、SEM和DSC-TG表征分析。结果表明,制备的纳米生物玻璃为非晶态,粒径在100 nm左右,制备的β-磷酸三钙粒径在300 nm左右。将纳米生物玻璃和β-磷酸三钙通过溶液共混法结合冷冻干燥技术制备了BMPLGA-PLLGC/NBAG-β-TCP复合支架材料,对将其进行SEM表征,探究无机物浓度和冷冻温度对于支架形貌、孔径、孔结构、孔隙率和抗压强度的影响。扫描电镜图显示NBAG和β-TCP均匀的分散在支架的孔上,具有连通孔结构。结果表明,支架的抗压强度随着无机物浓度的增加先变大后变小,而孔隙率减小。当无机物含量为10 wt%时,抗压强度最大,预冷温度变化规律与多孔支架一致。为探究PLLGC/BMPLGA多孔支架材料和BMPLGA-PLLGC/NBAG-β-TCP复合支架材料的降解性能,将两种支架分别浸泡在1×PBS缓冲溶液中40 d,探究40 d期间PBS缓冲溶液的p H变化、支架吸水率、失重率、抗压强度和形貌变化。结果表明,在经过40 d的降解试验后,两种材料的p H均有下降,多孔支架的p H下降至6.72,复合支架材料的p H材料下降至7.01;两种材料的吸水率,失重率均随着降解时间的增加而增大,复合支架的变化更为明显;两种支架的抗压强度均随降解时间的增加而减少,复合支架减少的幅度更小;从扫描电镜图中可以明显看到两种支架上均出现了大量的微孔以及孔洞破损形成了块状的降解物质。将第4代rBMSCs细胞与PLLGC/BMPLGA多孔支架材料和BMPLGA-PLLGC/NBAG-β-TCP复合支架材料共培养14 d,对两种支架进行生物相容性评价。采用CCK-8法探究了细胞在支架上的生长情况和细胞毒性;通过倒置荧光显微镜进行Di O染色分析观察细胞活性;通过扫描电子显微镜测试观察了细胞在支架上培养后的细胞形态。结果表明,rBMSCs细胞在两种支架材料上生长状况良好,复合支架材料的生长情况明显优于多孔支架材料,两种支架材料均无细胞毒性,均能促进细胞的成骨分化,生物相性良好。
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