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新型杂化纳米磷灰石的制备及其与聚乙丙交酯高聚物的复合材料的研究

【摘要】:针对传统纳米羟基磷灰石(n-HA)与聚乙丙交酯(PLGA)复合过程中的纳米粒子易团聚以及两者界面相容性差的问题,常用的解决方法为n-HA粒子的表面接枝改性,但该法均有一定的缺陷性,近年来,一种新型的n-HA的改性方法是制备有机/无机杂化纳米粒子。基于此,本文将一些生物相容性好的生物大分子(环糊精(CDs)、羧甲基-β-环糊精(CM-β-CD)和木质素)以反应物的方式引入,制备新型杂化纳米羟基磷灰石。其目的是将其与PLGA有效复合,获得一种力学性能、降解性能及生物学性能均优异的复合材料,用于骨修复领域。首先,在合成纳米羟基磷灰石过程中将不同类型的环糊精分子和不同含量的Mg~(2+)以反应物的形式引入,制备杂化纳米磷灰石,并与传统的n-HA对比,通过FTIR、XRD、SEM、分散性和PBS浸泡实验证实,环糊精分子和Mg~(2+)已成功地进入到n-HA结构中,且杂化n-HA的结晶度显著降低,在疏水性溶剂中的分散性和在PBS中的溶解度也得以提高。体外细胞实验表明,与传统的n-HA相比,共杂化的n-HA显著增强了细胞的黏附和增殖性,且Mg~(2+)含量越高,材料的生物活性越高。其次,为进一步获得分散性能更好的纳米磷灰石,在合成过程中将两亲性大分子CM-β-CD以反应物的方式引入,通过共沉淀法获得杂化的纳米磷灰石(CM-β-CD-HA(Co))。通过FTIR、XRD、XPS、TGA、TEM及分散性实验与共混法改性的n-HA进行对比研究,结果表明,该法更有利于在n-HA表面接枝更多的有机物和有效改善n-HA在CH_2Cl_2中的分散性。且将杂化的n-HA与PLGA复合,通过XRD、SEM、DSC等表征和体外细胞实验得出:CM-β-CD-HA(Co)在PLGA基体中的分散性和界面结合性更好,其结晶度和拉伸强度明显提高,当添加10 wt%CM-β-CD-HA(Co)后,复合材料的拉伸强度比PLGA基体提高了14.84%,体现了良好的力学性能;体外细胞实验表明,该材料无细胞毒性,且具有更好的细胞黏附性和增殖能力。然后,本文选用另一种天然两亲性生物高分子木质素通过相同的方法对n-HA进行杂化改性,考察了添加不同含量及不同反应时间等反应条件的影响,同时与共混法改性的n-HA进行对比研究,FTIR、XRD、TGA、TEM及分散性实验表明,杂化改性的n-HA在疏水性溶剂中有更好的分散性,且添加木质素的量越多以及合适的反应时间越有利于提高其分散性。将以上不同的改性n-HA分别与PLGA复合,通过万能试验机、SEM、DSC等表征和体外细胞实验表明,分散性好的改性n-HA在PLGA基体中的分散性和界面结合性较好,当添加10 wt%L-HA(0 h)后,PLGA的拉伸强度提高了15.09%,且复合材料无明显细胞毒性,表现出更好的细胞黏附性和增殖能力。最后,本文将木质素和CM-β-CD联合引入制备杂化纳米磷灰石,考察反应物不同引入顺序对杂化纳米磷灰石的影响,同时与单一引入木质素或CM-β-CD的杂化n-HA进行对比研究。FTIR、TEM、分散性实验等结果表明,联合改性n-HA(g1-HA)的形貌变为球状,且具有更高的接枝率和更好的分散性。将联合改性的g1-HA与PLGA复合,万能试验机、SEM、DSC、POM的表征以及体外降解和细胞实验表明,g1-HA在PLGA基体中的分散性和界面结合性明显提高,热力学性能优异,且当其添加量为15 wt%时,材料的拉伸强度仍然比PLGA基体提高了14.53%,比单一添加木质素或CM-β-CD的改性n-HA有更好的拉伸强度提高效果;且降解性和细胞活性没有明显差异,证明该联合杂化改性方法对n-HA的改性有较好的协同作用。

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