本文關鍵詞：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

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

【摘要】：聚乳酸是一種應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使其在生物、醫(yī)藥和食品等領域越來越備受關注。然而,迄今為止,國內、外對聚乳酸材料的組織工程支架的制備和性能研究還在進一步探討和完善,以滿足生物工程應用的不同需求。本文以固態(tài)無溶劑氣體發(fā)泡技術,分別在二氧化碳(C02)和空氣(Air)條件下對左旋聚乳酸(PLLA)和外消旋聚乳酸(PDLLA)進行了2.0MPa至6.0MPa不同飽和壓力下的支架制備。同時,基于熱分析(DSC、SSDSC、TGA和DMA)技術,結合掃描電子顯微鏡(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酶降解實驗和細胞實驗,研究了不同飽和壓力、不同種類氣體和不同形態(tài)的聚乳酸的支架結構、官能團和結晶度等；表征了其熱穩(wěn)定性、力學性能、體外降解性和細胞相容性,并探討制備條件對支架性能的影響及其規(guī)律,另外,利用Kissinger、-Doyle和Vyazovkin數學模型進行支架材料的熱分解動力學研究。具體如下：首先,當飽和壓力從2.0 MPa增至6.0MPa時,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)的增大呈指數式衰減,而泡孔密度(Log(N),個.cm-3)隨飽和壓力(p, MPa)的增大呈線性增長。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,這是因為C02比Air具有更好的溶解度和擴散系數,且氣體在無定形態(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。其酶降解實驗表明,酶會優(yōu)先降解聚乳酸中的無定形部分,且孔徑越小、孔隙率越高的支架材料的降解速率越慢。對于半結晶態(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,且不存在束縛之無定形相；對于無定形態(tài)的聚乳酸(PDLLA),發(fā)泡后的PDLLA-CO2支架中并沒有晶體相的產生,只是存在少量(5%)的束縛之無定形相。最后,我們研究了發(fā)泡性能和機械強度較優(yōu)異的PLLA-CO2支架材料的細胞毒性、生長與分化性,結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應支架的泡孔結構、相態(tài)變化、穩(wěn)定性和力學性能的關系,這為進一步制備可調控的聚乳酸及其復合材料的組織工程支架奠定理論和實驗基礎。
【關鍵詞】：聚乳酸 微孔發(fā)泡 熱分析 穩(wěn)定性 力學性能 生物相容性
【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R318.08
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 主要符號對照表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展13-15
• 1.3 固態(tài)無溶劑氣體發(fā)泡技術及其在支架材料制備上的應用15-17
• 1.3.1 固態(tài)無溶劑氣體發(fā)泡技術的原理15
• 1.3.2 固態(tài)無溶劑技術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)及其研究進展17-20
• 1.4.1 聚乳酸的結構及性能17
• 1.4.2 聚乳酸的應用研究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)無溶劑制備及其表征22-47
• 2.1 引言22
• 2.2 實驗主要試劑及儀器22-24
• 2.3 支架材料的制備及性能測試方法24-27
• 2.3.1 CO_2固態(tài)無溶劑法制備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 動態(tài)熱機械性能分析(DMA)26
• 2.3.8 支架材料的蛋白酶降解實驗26-27
• 2.4 結果與討論27-45
• 2.4.1 PLLA-CO_2支架材料的泡孔形態(tài)學分析27-29
• 2.4.2 PLLA-CO_2支架材料的鏈結構分析29-31
• 2.4.3 PLLA-CO_2支架材料的結晶度及剛性無定形結構分析31-36
• 2.4.4 PLLA-CO_2支架材料的熱穩(wěn)定性及熱分解動力學研究36-41
• 2.4.5 PLLA-CO_2支架材料的力學性能分析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45-47
• 第三章 左旋聚乳酸(PLLA)支架材料的空氣(Air)固態(tài)無溶劑制備及其表征47-78
• 3.1 引言47
• 3.2 實驗主要試劑及儀器47-48
• 3.3 支架材料的制備及性能測試方法48-50
• 3.3.1 Air固態(tài)無溶劑法制備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 動態(tài)熱機械性能分析(DMA)49
• 3.3.8 支架材料的蛋白酶降解實驗49-50
• 3.4 結果與討論50-76
• 3.4.1 PLLA-Air支架材料的泡孔形態(tài)學分析50-52
• 3.4.2 PLLA-Air支架材料的鏈結構分析52-54
• 3.4.3 PLLA-Air支架材料的結晶度及剛性無定形結構分析54-61
• 3.4.4 PLLA-Air支架材料的等溫結晶動力學及等溫結晶后的熔融行為61-70
• 3.4.5 PLLA-Air支架材料的熱穩(wěn)定性及熱分解動力學研究70-73
• 3.4.6 PLLA-Air支架材料的力學性能分析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)無溶劑制備及其表征78-96
• 4.1 引言78
• 4.2 實驗主要試劑及儀器78-80
• 4.3 支架材料的制備及性能測試方法80-81
• 4.3.1 CO_2固態(tài)無溶劑法制備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驗81
• 4.4 結果與討論81-94
• 4.4.1 PDLLA-CO_2支架材料的泡孔形態(tài)學分析81-83
• 4.4.2 PDLLA-CO_2支架材料的鏈結構分析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)定性及熱分解動力學研究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 實驗主要試劑及儀器96-97
• 5.3 體外細胞培養(yǎng)實驗97-98
• 5.3.1 HeLa細胞在支架材料上的種植97
• 5.3.2 細胞毒性實驗(MTT法)97-98
• 5.3.3 細胞粘附實驗98
• 5.3.4 統(tǒng)計處理98
• 5.4 結果與討論98-100
• 5.4.1 支架材料對HeLa細胞增殖的影響98-99
• 5.4.2 HeLa細胞在支架材料上粘附的細胞形態(tài)學分析99-100
• 5.5 本章小結100-102
• 第六章 總結與展望102-104
• 6.1 全文總結102-103
• 6.2 展望103-104
• 參考文獻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】

中國期刊全文數據庫 前9條

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本文編號：731958