本文關(guān)鍵詞：新型骨修復用反應(yīng)性聚氨酯的研究

  更多相關(guān)文章： 骨組織工程材料 反應(yīng)性聚氨酯 力學性能 形狀記憶性能 細胞相容性

【摘要】：生物醫(yī)用聚氨酯以良好的生物相容性、良好的生物降解性、良好的力學性能和可塑性，自上世紀50年代末便用于骨缺損的修復治療。但聚氨酯材料并無生物活性，無法在體外或植入部位誘導組織再生或重建，只能作為載體或支撐材料使用。物理復合活性物質(zhì)，如羥基磷灰石、膠原、力生長因子（MGF）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）等，可以使材料產(chǎn)生一定的生物活性，但由于活性物質(zhì)釋放過快，缺乏持續(xù)性，對后期細胞發(fā)揮功能并無顯著影響�；瘜W接枝雖能克服物理復合的缺點，實現(xiàn)對活性物質(zhì)的牢固結(jié)合并起到一定的緩釋作用，但傳統(tǒng)的聚氨酯材料缺乏反應(yīng)活性基團。 基于此，本文擬在不改變聚氨酯優(yōu)良性能的前提下，合成一種整體富含反應(yīng)活性基團的聚氨酯材料（PU-COOH_n）。本實驗以聚乙二醇（PEG400）為助引發(fā)劑制得的聚乳酸大分子二醇（PDLLA-PEG400-PDLLA）為軟段，以六亞甲基二異氰酸酯（HDI）為偶聯(lián)劑、以2,2-二羥甲基丙酸（DMPA）和哌嗪（PPZ）為混合擴鏈劑，制得PU-COOH_n。選用PDLLA-PEG400-PDLLA為軟段既保證了材料的生物相容性又使材料有較高的力學強度；HDI為脂肪族二異氰酸酯，可以避免芳香族二異氰酸酯帶來的潛在的致癌性；DMPA可以為該材料提供側(cè)鏈羧基；哌嗪的引入使材料富含脲基，而脲基可以使材料內(nèi)部形成更豐富的氫鍵，進一步提高材料的力學強度。利用傅里葉紅外光譜（FTIR）、核磁共振（NMR）、X射線能譜（XPS）、凝膠滲透色譜（GPC）、差示掃描量熱法（DSC）等對所得材料的化學結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)進行了系統(tǒng)表征；然后采用力學拉伸試驗、動態(tài)力學分析（DMA）、靜態(tài)水接觸角和吸水率檢測、熱重分析對材料的力學性能、形狀記憶性能、親/疏水性和熱穩(wěn)定性進行了考察；最后檢測了PU-COOH_n系列材料的細胞相容性。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下： 1．以PDLLA-PEG400-PDLLA為軟段，HDI為偶聯(lián)劑，DMPA和PPZ為擴鏈劑，在無水甲苯體系下，經(jīng)辛酸亞錫催化制得一系列不同羧基含量的嵌段聚合物。確定了所得材料的化學結(jié)構(gòu)，研究了不同反應(yīng)物配比對材料性質(zhì)的影響： ①FTIR、NMR、XPS結(jié)果表明，PDLLA-PEG400-PDLLA、HDI、DMPA和PPZ已成功聚合，制得了PU-COOH_n材料； ②GPC結(jié)果顯示，隨著DMPA用量從0.1增加至0.3，PU-COOH_n材料的數(shù)均分子量（Mn）從3.39萬降至2.15萬； ③通過“羅丹明染色法”確定了PU-COOH_n材料中的羧基含量，分別為0.75wt%、0.78wt%、0.86wt%；羧基轉(zhuǎn)化率分別為31.25%、30.42%、31.93% ④DSC分析結(jié)果顯示，PU-COOH_n材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）隨DMPA用量的增加略有降低，分別為28.5℃、27.7℃、26.7℃。 2.利用靜態(tài)水接觸角和吸水率檢測、力學拉伸試驗、動態(tài)力學分析、形狀固定率和回復率檢測、熱重分析，考察了PU-COOH_n材料的親/疏水性、力學性能、形狀記憶性能、熱穩(wěn)定性： ①靜態(tài)水接觸角和吸水率檢測結(jié)果顯示，隨羧基含量的增加，PU-COOH_n材料的親水性增強。 ②力學拉伸試驗和動態(tài)力學分析顯示，PU-COOH_n有較好的力學性能：三種材料的楊氏模量、拉伸強度和斷裂伸長率分別為：668.75MPa/36.38MPa/287.18%、570.68MPa/38.75MPa/366.68%、523.40MPa/28.63MPa/301.58%，屬于典型的硬而韌材料； ③PU-COOH_n的形狀固定率和回復率均大于90%，說明PU-COOH_n具有良好的形狀記憶性能；形狀固定率隨材料硬段含量的增加而增加，回復率則相反； ④熱重分析顯示，隨硬段含量的增加，，PU-COOH_n的初始分解溫度從254.7℃增加至265.7℃；最大失重率分從99.8%降至95.9%；在分解溫度之前，基本沒有重量損失，說明材料有良好的熱穩(wěn)定性； 3.通過評價材料對成骨細胞的毒性、粘附和增殖的影響以及對巨噬細胞形態(tài)和分泌TNF-α、IL-1β和NO的影響，考察了PU-COOH_n的細胞相容性： ①成骨細胞毒性評價顯示，PU-COOH_n對成骨細胞的毒性在0級到1級范圍內(nèi)，符合ISO規(guī)定的合格醫(yī)用生物材料的要求； ②對成骨細胞和巨噬細胞作用顯示，隨羧基含量增加，PU-COOH_n促成骨細胞粘附和增殖能力降低，致炎性增強。
【關(guān)鍵詞】：骨組織工程材料 反應(yīng)性聚氨酯 力學性能 形狀記憶性能 細胞相容性
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：R318.08
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 主要縮略詞7-12
• 1 緒論12-26
• 1.1 問題的提出及研究意義12-15
• 1.2 醫(yī)用可降解聚氨酯基本性質(zhì)和性能15-22
• 1.2.1 聚氨酯的化學結(jié)構(gòu)16-17
• 1.2.2 醫(yī)用可降解聚氨酯的降解性能17-18
• 1.2.3 醫(yī)用可降解聚氨酯的生物相容性18-19
• 1.2.4 醫(yī)用可降解聚氨酯的力學性能19-20
• 1.2.5 醫(yī)用可降解聚氨酯的形狀記憶性能20-22
• 1.3 聚氨酯改性即反應(yīng)性聚氨酯制備的國內(nèi)外研究進展22-23
• 1.4 研究思路及主要研究內(nèi)容23-24
• 1.4.1 研究思路23-24
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容24
• 1.5 本論文的創(chuàng)新點24-26
• 2 反應(yīng)性聚氨酯的合成與表征26-40
• 2.1 前言26-27
• 2.2 材料與方法27-28
• 2.2.1 實驗耗材與設(shè)備27
• 2.2.2 PDLLA-PEG400-PDLLA 的制備與純化27
• 2.2.3 PU-COOH_n材料的制備與純化27-28
• 2.3 PUU-COOHn材料的表征28-29
• 2.3.1 FTIR28-29
• 2.3.2 NMR29
• 2.3.3 XPS29
• 2.3.4 分子量測定29
• 2.3.5 DSC 分析29
• 2.3.6 羧基含量測定29
• 2.4 實驗結(jié)果29-37
• 2.4.1 PU-COOH_n制備條件的選擇29-30
• 2.4.2 原料配比對 PU-COOH_n分子量的影響30-31
• 2.4.3 PU-COOH_n材料的結(jié)構(gòu)表征31-35
• 2.4.4 PU-COOH_n羧基含量分析35-36
• 2.4.5 PU-COOH_n的 DSC 分析36-37
• 2.5 討論37-38
• 2.5.1 材料的制備37-38
• 2.5.2 材料的結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)38
• 2.6 結(jié)論38-40
• 3 反應(yīng)性聚氨酯材料的性能研究40-54
• 3.1 前言40
• 3.2 實驗材料和測試方法40-42
• 3.2.1 主要材料和設(shè)備40-41
• 3.2.2 PU-COOH_n材料的靜態(tài)水接觸角和吸水率測定41
• 3.2.3 PU-COOH_n 材料的力學拉伸試驗41
• 3.2.4 PU-COOH_n 材料的動態(tài)力學分析41
• 3.2.5 PU-COOH_n 材料熱重分析（TGA）41
• 3.2.6 PU-COOH_n 材料形狀固定率和回復率測定41-42
• 3.3 實驗結(jié)果與分析42-50
• 3.3.1 PU-COOH_n材料的親/疏水性42
• 3.3.2 PU-COOH_n材料的力學性能42-48
• 3.3.3 PU-COOH_n材料的形狀記憶性能48-49
• 3.3.4 PU-COOH_n 材料的熱穩(wěn)定性49-50
• 3.4 討論50-52
• 3.4.1 PU-COOH_n的親/疏水性50-51
• 3.4.2 PU-COOH_n的力學性能51
• 3.4.3 PU-COOH_n的形狀記憶性能51-52
• 3.4.4 PU-COOH_n的熱穩(wěn)定性52
• 3.5 小結(jié)52-54
• 4 反應(yīng)性可降解聚氨酯材料的細胞相容性評價54-68
• 4.1 前言54-55
• 4.2 試驗材料和方法55-58
• 4.2.1 主要材料和設(shè)備55
• 4.2.2 PU-COOH_n和 PDLLA 薄膜的制備55-56
• 4.2.3 原代成骨細胞的培養(yǎng)和純化56
• 4.2.4 PU-COOH_n材料細胞毒性評價56-57
• 4.2.5 成骨細胞在 PU-COOH_n材料上的粘附情況57
• 4.2.6 成骨細胞在 PU-COOH_n材料上的增殖情況57
• 4.2.7 巨噬細胞在 PU-COOH_n上的形態(tài)和 IL-1β、TNFα、NO 的分泌情況57-58
• 4.2.8 統(tǒng)計分析58
• 4.3 實驗結(jié)果及分析58-65
• 4.3.1 PU-COOH_n對成骨細胞的毒性58-59
• 4.3.2 成骨細胞在 PU-COOH_n材料膜表面的粘附情況59-61
• 4.3.3 成骨細胞在 PU-COOH_n材料上增殖情況61-62
• 4.3.4 巨噬細胞在 PU-COOH_n材料上的形態(tài)62-63
• 4.3.5 巨噬細胞在 PU-COOH_n材料上分泌 NO、IL-1β、TNF-α的情況63-65
• 4.4 討論65-66
• 4.4.1 PU-COOH_n材料的生物安全性65
• 4.4.2 PU-COOH_n材料的生物功能性65-66
• 4.5 小結(jié)66-68
• 5 主要結(jié)論和后續(xù)工作建議68-70
• 5.1 主要結(jié)論68-69
• 5.2 后續(xù)工作建議69-70
• 致謝70-72
• 參考文獻72-78
• 附錄78
• A 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文和專利目錄78
• B 作者在攻讀學位期間參與的科研項目78

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