本文關(guān)鍵詞：組織工程支架材料聚乳酸的微孔發(fā)泡制備及其性能表征研究

  更多相關(guān)文章： 聚乳酸 微孔發(fā)泡 熱分析 穩(wěn)定性 力學(xué)性能 生物相容性

【摘要】：聚乳酸是一種應(yīng)用較廣泛的人工合成高分子材料,其優(yōu)良的生物可降解性和生物相容性等特點(diǎn)使其在生物、醫(yī)藥和食品等領(lǐng)域越來(lái)越備受關(guān)注。然而,迄今為止,國(guó)內(nèi)、外對(duì)聚乳酸材料的組織工程支架的制備和性能研究還在進(jìn)一步探討和完善,以滿足生物工程應(yīng)用的不同需求。本文以固態(tài)無(wú)溶劑氣體發(fā)泡技術(shù),分別在二氧化碳(C02)和空氣(Air)條件下對(duì)左旋聚乳酸(PLLA)和外消旋聚乳酸(PDLLA)進(jìn)行了2.0MPa至6.0MPa不同飽和壓力下的支架制備。同時(shí),基于熱分析(DSC、SSDSC、TGA和DMA)技術(shù),結(jié)合掃描電子顯微鏡(SEM)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、廣角X射線衍射(WAXRD)等現(xiàn)代分析手段以及生物學(xué)酶降解實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞實(shí)驗(yàn),研究了不同飽和壓力、不同種類氣體和不同形態(tài)的聚乳酸的支架結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)和結(jié)晶度等；表征了其熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能、體外降解性和細(xì)胞相容性,并探討制備條件對(duì)支架性能的影響及其規(guī)律,另外,利用Kissinger、-Doyle和Vyazovkin數(shù)學(xué)模型進(jìn)行支架材料的熱分解動(dòng)力學(xué)研究。具體如下：首先,當(dāng)飽和壓力從2.0 MPa增至6.0MPa時(shí),三類聚乳酸支架(PLLA-CO2、 PLLA-Air和PDLLA-CO2)的泡孔孔徑均逐漸減小、泡孔密度均逐漸增大,且泡孔孔徑(D,μm)隨飽和壓力(p,MPa)的增大呈指數(shù)式衰減,而泡孔密度(Log(N),個(gè).cm-3)隨飽和壓力(p, MPa)的增大呈線性增長(zhǎng)。比較相同飽和壓力下制得的三種支架,發(fā)現(xiàn)其泡孔孔徑從大到小依次為PDLLA-C02PLLA-CO2PLLA-Air,這是因?yàn)镃02比Air具有更好的溶解度和擴(kuò)散系數(shù),且氣體在無(wú)定形態(tài)的聚合物中更易溶解。其次,PLLA-CO2、PLLA-Air和PDLLA-CO2三類支架材料的活化能、熱穩(wěn)定性、使用壽命和彈性均隨飽和壓力的增大而增大。其酶降解實(shí)驗(yàn)表明,酶會(huì)優(yōu)先降解聚乳酸中的無(wú)定形部分,且孔徑越小、孔隙率越高的支架材料的降解速率越慢。對(duì)于半結(jié)晶態(tài)的PLLA,發(fā)泡后的PLLA-CO2和PLLA-Air中的晶體相含量均高于原樣的,但前者的晶體相含量隨飽和壓力的增大而增大,且含有4%～12%的束縛之無(wú)定形相,而后者的晶體相含量隨飽和壓力的增大呈先增大后減少的趨勢(shì),且不存在束縛之無(wú)定形相；對(duì)于無(wú)定形態(tài)的聚乳酸(PDLLA),發(fā)泡后的PDLLA-CO2支架中并沒有晶體相的產(chǎn)生,只是存在少量(5%)的束縛之無(wú)定形相。最后,我們研究了發(fā)泡性能和機(jī)械強(qiáng)度較優(yōu)異的PLLA-CO2支架材料的細(xì)胞毒性、生長(zhǎng)與分化性,結(jié)果表明該支架材料具有良好的生物相容性,且支架的孔隙率越高越有利于細(xì)胞的存活和分化。本論文的研究揭示了飽和壓力、發(fā)泡氣體及聚乳酸類型與其對(duì)應(yīng)支架的泡孔結(jié)構(gòu)、相態(tài)變化、穩(wěn)定性和力學(xué)性能的關(guān)系,這為進(jìn)一步制備可調(diào)控的聚乳酸及其復(fù)合材料的組織工程支架奠定理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：聚乳酸 微孔發(fā)泡 熱分析 穩(wěn)定性 力學(xué)性能 生物相容性
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R318.08
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 主要符號(hào)對(duì)照表7-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 組織工程支架材料的研究進(jìn)展13-15
• 1.2.1 常用的組織工程支架材料13
• 1.2.2 組織工程支架材料的制備方法及研究進(jìn)展13-15
• 1.3 固態(tài)無(wú)溶劑氣體發(fā)泡技術(shù)及其在支架材料制備上的應(yīng)用15-17
• 1.3.1 固態(tài)無(wú)溶劑氣體發(fā)泡技術(shù)的原理15
• 1.3.2 固態(tài)無(wú)溶劑技術(shù)制備生物支架材料的研究現(xiàn)狀及前景15-17
• 1.4 聚乳酸(PLA)及其研究進(jìn)展17-20
• 1.4.1 聚乳酸的結(jié)構(gòu)及性能17
• 1.4.2 聚乳酸的應(yīng)用研究17-20
• 1.5 問題的提出和研究方法20-21
• 1.6 本論文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排21-22
• 第二章 左旋聚乳酸(PLLA)支架材料的二氧化碳(CO_2)固態(tài)無(wú)溶劑制備及其表征22-47
• 2.1 引言22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)主要試劑及儀器22-24
• 2.3 支架材料的制備及性能測(cè)試方法24-27
• 2.3.1 CO_2固態(tài)無(wú)溶劑法制備PLLA多孔支架24-25
• 2.3.2 掃描電鏡分析(SEM)25
• 2.3.3 傅立葉變換紅外光譜分析(FTIR)25
• 2.3.4 廣角X射線衍射分析(WAXRD)25-26
• 2.3.5 差示掃描量熱分析(DSC)26
• 2.3.6 熱重分析(TGA)26
• 2.3.7 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械性能分析(DMA)26
• 2.3.8 支架材料的蛋白酶降解實(shí)驗(yàn)26-27
• 2.4 結(jié)果與討論27-45
• 2.4.1 PLLA-CO_2支架材料的泡孔形態(tài)學(xué)分析27-29
• 2.4.2 PLLA-CO_2支架材料的鏈結(jié)構(gòu)分析29-31
• 2.4.3 PLLA-CO_2支架材料的結(jié)晶度及剛性無(wú)定形結(jié)構(gòu)分析31-36
• 2.4.4 PLLA-CO_2支架材料的熱穩(wěn)定性及熱分解動(dòng)力學(xué)研究36-41
• 2.4.5 PLLA-CO_2支架材料的力學(xué)性能分析41-43
• 2.4.6 PLLA-CO_2支架材料的蛋白酶降解43-45
• 2.5 本章小結(jié)45-47
• 第三章 左旋聚乳酸(PLLA)支架材料的空氣(Air)固態(tài)無(wú)溶劑制備及其表征47-78
• 3.1 引言47
• 3.2 實(shí)驗(yàn)主要試劑及儀器47-48
• 3.3 支架材料的制備及性能測(cè)試方法48-50
• 3.3.1 Air固態(tài)無(wú)溶劑法制備PLLA多孔支架48
• 3.3.2 掃描電鏡分析(SEM)48-49
• 3.3.3 傅立葉變換紅外光譜分析(FTIR)49
• 3.3.4 廣角X射線衍射分析(WAXRD)49
• 3.3.5 差示掃描量熱分析(DSC)49
• 3.3.6 熱重分析(TGA)49
• 3.3.7 動(dòng)態(tài)熱機(jī)械性能分析(DMA)49
• 3.3.8 支架材料的蛋白酶降解實(shí)驗(yàn)49-50
• 3.4 結(jié)果與討論50-76
• 3.4.1 PLLA-Air支架材料的泡孔形態(tài)學(xué)分析50-52
• 3.4.2 PLLA-Air支架材料的鏈結(jié)構(gòu)分析52-54
• 3.4.3 PLLA-Air支架材料的結(jié)晶度及剛性無(wú)定形結(jié)構(gòu)分析54-61
• 3.4.4 PLLA-Air支架材料的等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)及等溫結(jié)晶后的熔融行為61-70
• 3.4.5 PLLA-Air支架材料的熱穩(wěn)定性及熱分解動(dòng)力學(xué)研究70-73
• 3.4.6 PLLA-Air支架材料的力學(xué)性能分析73-75
• 3.4.7 PLLA-Air支架材料的蛋白酶降解75-76
• 3.5 本章小結(jié)76-78
• 第四章 外消旋聚乳酸(PDLLA)支架材料的二氧化碳(CO_2)固態(tài)無(wú)溶劑制備及其表征78-96
• 4.1 引言78
• 4.2 實(shí)驗(yàn)主要試劑及儀器78-80
• 4.3 支架材料的制備及性能測(cè)試方法80-81
• 4.3.1 CO_2固態(tài)無(wú)溶劑法制備PLLA多孔支架80
• 4.3.2 支架材料的掃描電鏡分析(SEM)80
• 4.3.3 傅立葉變換紅外光譜分析(FTIR)80
• 4.3.4 廣角X射線衍射分析(WAXRD)80
• 4.3.5 差示掃描量熱分析(DSC)80
• 4.3.6 熱重分析(TGA)80-81
• 4.3.7 支架材料的蛋白酶降解實(shí)驗(yàn)81
• 4.4 結(jié)果與討論81-94
• 4.4.1 PDLLA-CO_2支架材料的泡孔形態(tài)學(xué)分析81-83
• 4.4.2 PDLLA-CO_2支架材料的鏈結(jié)構(gòu)分析83-84
• 4.4.3 PDLLA-CO_2支架材料的廣角X射線衍射分析84-86
• 4.4.4 PDLLA-CO_2支架材料的差示掃描量熱分析86-89
• 4.4.5 PDLLA-CO_2支架材料的熱穩(wěn)定性及熱分解動(dòng)力學(xué)研究89-93
• 4.4.6 PDLLA-CO_2支架材料的蛋白酶降解93-94
• 4.5 本章小結(jié)94-96
• 第五章 支架材料的生物相容性研究96-102
• 5.1 引言96
• 5.2 實(shí)驗(yàn)主要試劑及儀器96-97
• 5.3 體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)97-98
• 5.3.1 HeLa細(xì)胞在支架材料上的種植97
• 5.3.2 細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)(MTT法)97-98
• 5.3.3 細(xì)胞粘附實(shí)驗(yàn)98
• 5.3.4 統(tǒng)計(jì)處理98
• 5.4 結(jié)果與討論98-100
• 5.4.1 支架材料對(duì)HeLa細(xì)胞增殖的影響98-99
• 5.4.2 HeLa細(xì)胞在支架材料上粘附的細(xì)胞形態(tài)學(xué)分析99-100
• 5.5 本章小結(jié)100-102
• 第六章 總結(jié)與展望102-104
• 6.1 全文總結(jié)102-103
• 6.2 展望103-104
• 參考文獻(xiàn)104-117
• 碩士在讀期間的研究成果及已發(fā)表的論文117-118
• 致謝118

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：731958