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PHBV/HA骨修复材料的制备、改性与表征

作　者: 孟星华
导　师: 李光
学　校: 东华大学
专　业: 仿生材料
关键词: 羟基磷灰石聚羟基丁酸戊酸共聚酯骨修复仿生矿化交互浸渍
分类号: R318.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

骨骼是有序排列的胶原纤维和高度取向的纳米羟基磷灰石形成的天然复合材料。天然骨的多级结构和成形的过程给研究骨仿生材料提供了许多启示。本文选择有良好生物相容性和力学性能的聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)作为基体材料,通过共混聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和纳米珍珠粉来改善材料的基本性能,并采用仿生矿化和交互浸渍的方法制备带有羟基磷灰石(HA)涂层的复合材料。通过静电纺丝制备了PHBV支架,并分析了在不同预处理条件下仿生矿化的HA的结构、形貌、组成和数量,同时对材料的生物相容性作出了评价,为骨修复材料的选择和应用提供了有价值的参考。首先用溶液共混的方法制备了PHBV/PBS共混膜,利用DSC、TGA表征了材料的热性能,并对其力学性能进行了测试。结果表明,虽然PHBV与PBS是不相容的,但共混材料的力学性能比单一组分都要好。通过交互浸渍的方法,在共混膜表面生长HA,并通过调节不同的实验参数,考察其对HA生成量的影响。交互浸渍的周期、pH值,预处理、组分含量和温度对于生成的HA的质量有很大影响。周期的增加、预处理的进行以及温度的提高,对HA的生成都是起促进作用的。而pH值在7.4时最有利于HA的生长,其值的升高或者降低都会减少HA的生成量。通过红外图谱和SEM观察证明交互浸渍法生成的HA与骨磷灰石很相似,属于碳酸钙型磷灰石。将纳米珍珠粉混入PHBV制成复合膜。纳米分散的珍珠粉可以改善材料的力学性能和亲水性。此外,珍珠粉的加入可以使复合膜通过仿生矿化的方法短时间内在表面沉积HA矿化层。红外分析证明膜表面确实覆盖了弱晶型的HA。珍珠粉的加入为HA的异相成核创造了更为有利的的条件,而且还提高了PHBV在模拟体液(SBF)中的矿化能力。细胞粘附实验和碱性磷酸酶的活性检测证明纳米珍珠粉的加入可以增强材料的生物相容性和活性,更有利于其作为骨修复材料。通过在SBF中添加少量的无机组分或有机组分,制备出了不同形貌特点的矿化HA涂层。此外,在SBF中通入过量的二氧化碳可以成功地在材料表面诱导矿化出弱晶型的棒状碳酸钙。这证明了将模拟体液作为介质矿化弱晶型碳酸钙的可能性。从结构仿生和组分仿生角度出发,采用静电纺丝制备了形态结构良好的PHBV纤维支架。利用不同的预处理条件探索出了简单的工艺参数,成功引发了羟基磷灰石在纤维表面的定向生长,产生的矿化层可以帮助维持支架的形状。通过细胞粘附实验和碱性磷酸酶活性检测证明了经过仿生矿化后的复合支架比单一的支架材料具有更好的生物相容性和活性。本文的创新之处在于通过加入纳米珍珠粉既改善了PHBV的力学性能与生物相容性,又提高了HA的生长活性；通过细致的参数调节探讨了各种参数对于HA成核和生长的影响；首次通过在SBF中通入气体稳定矿化出了弱晶型的棒状碳酸钙颗粒,为利用无机物定向矿化羟基磷灰石提供了依据。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-23
  1.1 引言  11
  1.2 骨的结构与性质  11-12
    1.2.1 骨的缉成  11-12
    1.2.2 骨的力学性能  12
  1.3 骨修复复合材料的研究  12-15
    1.3.1 羟基磷灰石  13-14
    1.3.2 羟基磷灰石复合材料  14-15
  1.4 利用仿生技术探索骨修复材料的制备  15-22
    1.4.1 结构仿生  15-16
    1.4.2 仿生矿化  16-22
  1.5 本论文的研究目的及研究内容  22-23
第二章交互浸渍制备PHBV/PBS/HA复合膜及其影响因素的研究  23-34
  2.1 引言  23
  2.2 实验部分  23-25
    2.2.1 原料及药品  23
    2.2.2 PHBV/PBS共混膜的制备  23-24
    2.2.3 交互浸渍法制备HA/PHBV/PBS复合膜材料  24
    2.2.4 材料的分析表征  24-25
  2.3 结果与讨论  25-33
    2.3.1 共混膜配比对力学性能的影响  25-26
    2.3.2 共混膜的热性能分析  26-27
    2.3.3 HA残余量分析  27-32
    2.3.4 红外图谱分析  32-33
  2.4 结论  33-34
第三章 PHBV/珍珠粉复合膜性能及影响仿生矿化因素的研究  34-53
  3.1 引言  34
  3.2 实验部分  34-38
    3.2.1 药品及试剂  34-35
    3.2.2 珍珠粉的改性制备  35
    3.2.3 PHBV/珍珠粉复合膜的制备  35
    3.2.4 模拟体液的制备  35-37
    3.2.5 仿生矿化培养  37-38
    3.2.6 复合膜的性能测试与表征  38
  3.3 结果与讨论  38-52
    3.3.1 珍珠粉对PHBV膜力学性能的影响  38-39
    3.3.2 PHBV/珍珠粉膜表面亲水性分析  39
    3.3.3 PHBV/珍珠粉膜表面形成的HA的FT-IR(ATR)及XRD分析  39-41
    3.3.4 热失重分析  41-42
    3.3.5 PHBV/珍珠粉复合膜形貌的表面观察  42-44
    3.3.6 珍珠粉诱导HA生长的机理分析  44-45
    3.3.7 SBF中添加组分对PHBV表面矿化的影响  45-50
    3.3.8 生物相容性分析  50-52
  3.4 结论  52-53
第四章 PHBV静电纺支架的制备、矿化处理和生物相容性评价  53-64
  4.1 引言  53
  4.2 实验部分  53-55
    4.2.1 试剂与材料  53-54
    4.2.2 静电纺PHBV多孔支架的制备  54
    4.2.3 静电纺支架的预处理和仿生矿化  54-55
  4.3 结果与讨论  55-63
    4.3.1 静电纺支架制备工艺的讨论  56-57
    4.3.2 支架预处理条件对矿化效果的影响  57-58
    4.3.3 支架矿化后表面物性的改变  58-60
    4.3.4 生物形容性评价  60-63
  4.4 结论  63-64
第五章全文总结  64-66
参考文献  66-72
附录一:在校期间发表学术论文情况  72-73
附录二:致谢  73

PHBV/HA骨修复材料的制备、改性与表征

内容摘要

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