聚癸二酸丙三醇酯复合骨修复支架材料的制备与应用

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在生活节奏越来越快的今天,运动、工伤、交通事故和疾病等原因引起的骨组织损伤,不仅严重地影响了人们的日常出行和健康生活,更是临床医学面临的重大挑战。一般而言,临床上使用的骨组织修复材料需要具备优良的生物相容性、降解性、无毒副作用和骨传导性,并且在组织再生过程中具有相适应的生物机械性能等。而制备出具有力学性能好、生物活性高的修复支架材料是目前研究的热点。  聚癸二酸丙三醇酯(PGS)是由丙三醇和癸二酸通过缩聚反应制得的弹性材料,由于具有较好的生物相容性、降解性及优异的成血管化性能而在软组织的修复中得到广泛的关注。此外,PGS弹性体是由预聚和交联两步法合成得到,从而使得PGS在与其它材料复合时加工性能非常突出。因此,本研究尝试将PGS拓展到骨修复材料领域。以常用的聚乳酸(PLA)和β-磷酸三钙(β-TCP)为对象,研究PGS的复合或改性对材料理化性能和成骨性能的影响规律。因此,本课题主要进行了以下两个方面的研究:  (1) PLA/PGS复合支架的制备与性能。针对PLA存在亲水性差、脆性大、降解速度缓慢等缺陷,采用NaCl颗粒析出法制备PLA/PGS复合支架。研究改性前后PLA支架的理化特性、机械性能、生物学性能及变化规律。实验采用两步法制备PGS弹性体,并进一步采用盐析法结合二元共混、直接涂覆和氧等离子体预处理法制备了两种不同比例的PLA/PGS复合支架:PLG7和PLG9。结果证明PGS含量增多,PLG支架的亲水能力逐渐增强;矿化实验SEM图像显示PLG多孔支架的生物矿化活性较好;所有PLG多孔支架与BMSCs共培养时,对细胞的增殖没有明显的影响。降解实验表明表面涂覆法制备的PLG多孔支架的降解趋势是很明显的,并且随PGS的增加,降解速度逐渐加快。  (2)3D打印制备光交联PGS-2CinA/β-TCP复合支架。针对β-TCP较差的力学强度和柔韧性,难以成型、致孔率低、降解缓慢且溶液呈强碱性等问题,提出以PGS的优异性能对其进行复合并改性,通过光固化-3D打印技术制备出PGS-2CinA/β-TCP复合支架,并对材料的力学以及生物学性能等方面做了评价。研究合成了两种不同接枝率的PGS-2CinA(1∶1/1∶2)。通过对原料比和紫外光照时间的控制,可以控制PGS-2CinA高弹体的交联程度;PGS-2CinA高弹体具有优良的机械性能和外观形态;PGS-2CinA和β-TCP通过物理混合并采用3D打印技术快速成型,所制备的PGS-2CinA/β-TCP复合支架具有高孔隙率;力学测试表明,交联程度更高的PGS-2CinA(1∶2)/β-TCP复合支架的力学强度更高;降解实验表明PGS-2CinA/β-TCP支架降解速度明显更快。光交联PGS-2CinA/β-TCP多孔支架对BMSCs无毒副性,具备较好的生物活性。
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