（生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)論文）組織工程用高分子支架材料的研制及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

碩士學(xué)位論文 中文摘要 支架材料。本研究的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為3 個(gè)部分進(jìn)行： 一高分子納米材料的制備及表征 1 本實(shí)驗(yàn)以賴氨酸二異氰酸酯一甘油共聚物通過超臨界抗溶劑結(jié) 晶技術(shù)( s a s ) 成功制備出多孔隙高分子支架材料，其平均孔徑為 1 0 0 0 - - 4 0 0 0 ( 2 7 6 o 8 7 2 啪) ，孔隙率為7 5 6 。 2 通過一系列方法對(duì)高分子材料進(jìn)行表征，證實(shí)該高分子材料具 有作為組織工程支架材料所需要的理化性能。 3 制備高分子支架材料的全過程均采用無毒原料和無毒工藝， 有機(jī)溶劑基本去除，獲得的高分子材料對(duì)機(jī)體無毒，符合“綠色化學(xué)” 觀點(diǎn)。 二高分子納米材料的生物相容性評(píng)價(jià) 通過對(duì)高分子支架材料( l d i g ) 進(jìn)行急性毒性實(shí)驗(yàn)、溶血反應(yīng)、 熱原實(shí)驗(yàn)和肌肉內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該材料無毒性，無熱原性、 不引起溶血反應(yīng)，植入后局部組織反應(yīng)小，生物相容性良好。 三高分子納米材料與骨髓源成骨細(xì)胞的生物相容性研究 大鼠成骨細(xì)胞能在多孔高分子支架材料表面正常粘附、爬行、增 殖并分泌細(xì)胞外基質(zhì)，說明該材料具有良好的骨細(xì)胞相容性。 關(guān)鍵詞：組織工程，支架材料，高分子，生物降解，生物相容性 碩士學(xué)位論文 英文摘要 t i s s u ee n g i n e e r i n ge m e r g ea st h et i m e sr e q u i r ei n1 9 8 0 so ft h e2 0 t h c e n t u r y o n eo fi t sc h a r a c t e d s t i c s i st h a ts e e dc e l l sa r ep l a n t e do n s c a f f o l d sm a t e r i a l sa n dt h et i s s u ee n g i n e c r i n gt i s s u ei s # a n t e di n t ot h e b o n ed e f e c t a r e ao n c ei tf o r m n o w a d a y s ，s c a f f o l d sr e s e a r c hi st h eh o t s p o t i nt i s s u ee n g i n e e r i n gf i e l d a ni d e a lt i s s u ee n g i n e e r i n gm a t e r i a ls h o u l d m e e tt h ed e m a n d s a s f o l l o w s ：( 1 ) r i g h tb i o c o m p a t i b i l i t y ；( 2 ) r i g h t b i o d e g r a d a b i l i t yo rr e s o r b a b t i t y ；( 3 ) i t sd e g r a d a t i o ns p e e dc o r r e s p o n d sw i t h t h eb o n eg r o w t hc a p a b i l i t y ；( 4 ) p o r o u sf a b r i c a t i o nw i t ha p e r t u r ef t o m 2 0 0 v a nt o4 0 0 “m ；( 5 ) v e r ys t r o n gp e n e t r a t i o np o w e r ；( 6 ) e x a c tl a c u n as i z e f o rg r o w t ho fs e e dc e l l s ；( 7 ) m e c h a n i c a ls t r e n g t hp r o v i d i n gm i c r o - s t r e s s c i r c u m s t a n c ef o rc e l l s ；e t c s c a f f o l dm a t e r i a l si ne x i s t e n c ei n v o l v ei nn a t u r a la n ds y n t h e t i c m a t e r i a l s t h es c a f f o l dm a t e r i a l sw h i c h r e c e i v e d c o n s i d e r a b l e i n v e s t i g a t i o n i n c l u d e c o l l a g e n , p l a , p g a , p m m a , h a ，t e l a n d c o r a l s y n t h e t i c m a c r o m o l e c u l em a t e d a l sh a v ea d v a n t a g e ss u c ha s c o n t r o l l a b l ec a p a b i l i t y , n oi m m u n o g e n i c i t ya n dr i g h tb i o c o m p a t i b i l i t y p l a , p g aa n dp l g aa r et h eb i o d e g r a d a b l em a t e r i a l sa p p h e dm o s t b r o a d l y t h e i rd i s a d v a n t a g e s i n c l u d ea s f o l l o w i n g ：l o w m e c h a n i c a l s t r e n g t h , a c i dd e g r a d a t i o no u t c o m e su n f a v o r a b l et oc e i l sg r o w t h ，n o t c o r r e s p o n d i n gb i o d e g r a d a t o ns p e e dw i t hb o n eg r o w t h , t o x i co r g a n i c m 碩士學(xué)位論文 英文摘要 s o l v e n t sr e m a i n e d i nt h i ss t u d y , t h eo b t a i n e dm a c r o m o l e e u l em a t e r i a l - - l d i gp o l y m e r w a sp u r i f i e da n dn a n o m e t e r i z e db ym o a n so fs a s am a c r o m o l e c u l e s c a f f o l dm a t e r i a lw i t hc e r t a i na p e r t u r ea n dl a c u n ar a t ew a sa c q u i r e d t h e e x p e r i m e n t a ls t u d yw a sd i v i d e di n t o3p o r t i o n s 嬲f o l l o w s ： 1 p r e p a r a t i o n a n dc h a r a c t e r i s t i c so fp o l y m e r i cs c a f f o l d sn a n o - ( 1 ) t h ep o l y m e r i cs c a f f o l d sm a t e r i a lw a sm e a s u r e db ys c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p ea s1 0 0 0 4 0 0 0p m ( a v e r a g e2 7 6 0 _ 8 7 2r t m ) ， ( 2 ) t h em a e r o m o l e c u l em a t e r i a lw a sr e v e a l e da sap o t e n t i a lt i s s u e e n g i n e e r i n gm a t e r i a lb y as e r i e so fc h a r a c t e r i z a t i o ni np h y s i c a lc a p a b i l i t y ( 3 ) t h eo b t a i n e dm a e r o m o l e e u l em a t e r i a lw a sp u r ea n dn o n t o x i cd u e t oi n n o x i o u sr a wm a t e r i a la n dp r o c e s sw h i c ha c c o r d e dw i t ht h ev i e w p o i n t o f g r e e nc h e m i s t r y a n de l i m i n a t i o no fo r g a n i cs o l v e n t i nt h ee o u l s eo f 2 b i o l o g i c a le v a l u a t i o no fm a c r o m o l e c u l en a n o m a t e r i a l s a c c o r d i n gt ot h ec o r r e l a t i v er e g u l a t i o n so f t e c h n i c a le v a l u a t i o n s t a n d a r d so fb i o m e d i c a lm a t e r i a l sa n dm e d i c a li n s t r u m e n t sp r o m u l g a t e d b yn a t i o n a lm i n i s t r yo fh e a l t h ，t h ee x p e r i m e n t so fa c u t et o x i c i t y ，p y r o g e n ， h e m o l y s i sa n di m p l a n t a t i o ni n t om u s c l e sw e r ei n v e s t i g a t e dt oe v a l u a t e t h eb i o e o m p a t i b i l i t yo ft h ep o l y m e r t h er e s u l t so fe x p e r i m e n t so na c u t e i v 碩士學(xué)位論文英文摘要 t o x i c i t y , p y r o g e n , h e m o l y s i s ，i m p l a n t a t i o ni n t om u s c l e sm e tt h er e g u l a t o n s 3 b i o c o m p a t i b i l i t yo fm a c r o m o l e c u l en a l l o m a t e r i a la n dm a r r o w ( 1 ) m i c eo s t e o b l a s t ss t i c k e dt ot h es u r f a c eo ft h em a t e r i a la n d p r o l i f e r a t e di nt h ec o u r s eo fn a t u r en o r m a l l ys i n c et h e yw e r es e e d e d0 1 1 t h es c a f f o l d s a st h et i m eo fo s t e o b l a s tc u l t u r ee x t e n d e d ，t h ed e n s i t yo f c e l l so nt h em a c r o m o l e c u l em a t e r i a ls c a f f o l d si n c r e a s e da n do s t e o b l a s t s s e c r e t e de x t r a c e l l u l a rm a t r i x i tw a sp r o v e dt h a tt h ep o l y m e rm a t e r i a lh a d f a v o u r a b l eb i o c o m p a t i b i l i t ) ，o fo s t e o b l a s t sa n dw a sa l li d e a lm a t e r i a li n k e yw o r d s ：t i s s u ee n g i n e e r i n g ，s c a f f o l dm a t e r i a l ，n a n o m e t e r , p o l y m e r ，b i o d e g r a d a t i o n ，b i o e o m p a t i b i l i t y v 碩士學(xué)位論文 縮略詞英漢對(duì)照表 縮略詞英漢對(duì)照表 縮寫英文全稱中文全稱 a s s o c i a t i o no fd e n t a la c a d e m y a m e r i c a ns o c i e t yo fm a t e r a i lt e s t i n g b o n e d e f e c t b o n em a r r o ws t r o m a lc e l l d o u b l e d i s t i l l e dw a t e r e n v i r o n m e n t a lb e n i g nc h e m i s t r y f o o da n dd r u ga d m i n i s t r a t i o n f u s e dd e p o s i t i o nm o d e l i n g g r e e nc h e m i s t r y h y d r o x y a p a t i t e h e m a t o x y l i na n de o s i n h o u r i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d i z a t i o no r g a n i z a t i o n l a c t i ca c i d l y s i n ed i i s o c y a n a t e m i n u t e m o l e c u l a rw e i g h t n i t r o b l u e - t e r a z o l i u m n a n o t e c h n o l o g y o s t e o b l a s t o p t i c a ld e n s i t y p h o s p h a t e b u f f e r e ds a l i n e p o l y d e x t r o g y r - l a c t i ca c i d p o l y d e x t r o g y r ，l e v o g y r - l a c t i ca c i d p o l y g l y c o l i ca c i d p o l y 一6 一h y d r o x y b u t y r a t e p o l y l a c t i ca c i d p o l y 。l e v o g y r 。l a c t i ca c i d p o l y m e t b y i m e t h a c r y l a t e p r o p y l e n ef u m a r a t e p o l y u r e t h a n e 國(guó)際牙科學(xué)會(huì) 美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì) 骨缺損 骨髓基質(zhì)細(xì)胞 雙蒸水 環(huán)境無害化學(xué) 美國(guó)食品與藥品管理局 熔融成型 綠色化學(xué) 羥基磷灰石 蘇木素一伊紅 小時(shí) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 乳酸 賴氨酸二異氰酸酯 分鐘 分子量 四唑氮藍(lán) 納米技術(shù) 成骨細(xì)胞 光密度 磷酸鹽緩沖液 聚右旋乳酸 消旋聚乳酸 聚乙醇酸 聚b 一羥基丁酯 聚乳酸 聚左旋乳酸 聚甲基丙烯酸甲酯 聚反丁烯二酸酯 聚氨酯 撇枷肋溉訛眥叭剛腿胍h瑚隊(duì)眥璺 一唧m瞄眥眥眥眥臥眥眥蘭即 碩士學(xué)位論文 縮略詞英漢對(duì)照表 r e s s s a s s c f s c f e s c f t s c p l s e m s e s d s 0 e d s r - p u t i p s 、h 豫h r a p i de x p a n s i o no fs u p e r c r i t i c a ls o l u t i o n s u p e r c r i t i c a la n t i s o l v e n tp r e c i p i t a t i o n s u d e r c r i t i c a lf l u i d s u p e r c r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n s u p e rc r i t i c a lf l u i dt e c h n o l o g y s o l u t i o nc a s t i n g p a r t i c u l a t el e a c h i n g s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y s p o n t a n e o u se m u l s i f i c a t i o n s o l v e n t d i f f u s i o n s a l t i n go u t e m u l s i f i c a t i o n - d i f u s i o nm e t h o d s e l f - r e i n f o r c e dp o l y - l - l a c t i ca c i d t h e r m a l l yi n d u c e dp h a s es e p a r a t i o n v o l u m e v o l u m e w e i g h t v o l u m e 超臨界流體快速膨脹技術(shù) 超臨界流體抗溶劑結(jié)晶 超臨界流體 超臨界流體萃取 超臨界流體技術(shù) 溶液澆鑄顆粒瀝濾 掃描電鏡 自乳化溶劑擴(kuò)散法 鹽析乳化一擴(kuò)散法 自增強(qiáng)聚左旋乳酸 熱致相分離技術(shù) 體積體積 重量體積 碩士學(xué)位論文前言 前言 2 0 世紀(jì)8 0 年代，隨著細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展和 生物醫(yī)學(xué)材料的開發(fā)與應(yīng)用，出現(xiàn)了組織工程學(xué)( t i s s u ee n i g e e r i n g ) ，這門新 學(xué)科為組織缺損修復(fù)提供了一種新的選擇。其方法是將種子細(xì)胞種植于細(xì)胞支架 材料上，形成組織工程復(fù)合材料，這是最理想的修復(fù)材料，它具有自體組織的優(yōu) 點(diǎn)，同時(shí)避免了供體有限和二次創(chuàng)傷等缺點(diǎn)。骨組織是由骨基質(zhì)和細(xì)胞兩大部分 構(gòu)成的復(fù)合物，從仿生出發(fā)，工程化骨組織替代物的設(shè)計(jì)常遵循以下原則：骨細(xì) 胞+ e 伽s ( 細(xì)胞外基質(zhì)) + 支架+ 信號(hào)分子= 骨替代物。其中支架材料是骨組 織工程研究的重點(diǎn)。 9 0 年代，人們對(duì)骨組織工程細(xì)胞支架材料做了大量研究，認(rèn)為支架材料的骨 傳導(dǎo)性、生物相容性與生物降解性、孔隙大小與孔隙率、表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素對(duì) 細(xì)胞的粘附與生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響，并最終決定對(duì)骨缺損部位的修復(fù)效果，據(jù)此提 出1 2 條骨組織工程支架材料應(yīng)具備的條件：( 1 ) 便于手術(shù)操作；( 2 ) 支架材料的吸收 速率與骨生長(zhǎng)速率相匹配；( 3 ) 可以塑形；( 4 ) 具有骨傳導(dǎo)性或骨誘導(dǎo)性；( 5 ) 保證精 確的力學(xué)性能：( 6 ) 促進(jìn)骨質(zhì)沉積；( 7 ) 促進(jìn)骨生長(zhǎng)；( 8 ) 可防止軟組織向移植物一骨 組織界面生長(zhǎng)；( 9 ) 平均孔徑在2 0 0 4 0 0 p m 之間：對(duì)周圍組織無不良影響；o d 消毒過程不影響支架材料的性能：降解產(chǎn)物無毒。 現(xiàn)有支架材料包括天然和人工合成兩類，研究較多且較理想的有膠原 ( c o l l a g e n ) 、聚乳酸( p o l y l a t i ca c i d ，p l a ) 、聚羥基乙酸( p o l y g l y c o l i c a c i d ，p g a ) 、聚甲基丙烯酸甲酯( p o l y m e t h y l m e t h a c r y l a t e ，p 1 4 a ) 、羥基磷灰 石( 姒) 、磷酸三鈣( t r i c a l c i u mp h o s p h a t e ，t c p ) 、珊瑚( c o r a l ) 等。其中 合成聚合物具有性能可控、無免疫排斥反應(yīng)以及生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，從2 0 世 紀(jì)6 0 年代中期就開始用作骨修復(fù)材料，p l a 、p g a 以及p l g a 是目前應(yīng)用最廣的 幾種可降解性材料，其不足之處在于：機(jī)械強(qiáng)度不夠，降解產(chǎn)物呈酸性不利于骨 細(xì)胞生長(zhǎng)，降解速度與成骨速度欠協(xié)調(diào)，植入局部無菌性炎癥，殘留溶劑對(duì)機(jī)體 有毒，等等。 鑒于當(dāng)前組織工程支架材料存在的不足點(diǎn)，人們一直設(shè)想利用現(xiàn)代高科技手 段人工合成理想的支架材料，并進(jìn)而制備出性能優(yōu)異的仿生型人工骨。該研究已 成為生物材料學(xué)、組織工程學(xué)及臨床醫(yī)學(xué)共同努力的目標(biāo)，高分子技術(shù)為制備這 種支架材料提供了可行的途徑。從理論上講，納米聚合物材料較傳統(tǒng)支架材料具 有更精確的微細(xì)結(jié)構(gòu)與更好的可控性，便于根據(jù)需要制備出符合仿生原理的組織 工程支架，為骨細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖提供三維空間和營(yíng)養(yǎng)代謝環(huán)境。目前關(guān)于用納米 級(jí)聚合物作為組織工程材料的研究很少報(bào)道。 碩士學(xué)位論文前言 本研究選擇賴氨酸二異氰酸酯一甘油共聚物，采用超臨界抗溶劑結(jié)晶過程 ( s a s ) 等技術(shù)將高分子材料純化，并獲得具有一定孔徑和孔隙率的高分子支架 材料。聚合物制備過程符合國(guó)際上“綠色化學(xué)”的要求。本課題重點(diǎn)研究高分子 材料支架的制備工藝、理化特性和生物相容性，旨在獲得一種無毒、可以生物降 解、具有生物活性的組織工程支架材料，為制造理想的骨組織工程復(fù)合材料并用 于骨修復(fù)提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 2 碩士學(xué)位論文第一部分組織工程用高分子支架材料的制備與表征 第一部分組織工程用高分子支架材料的制備與表征 引言 2 0 世紀(jì)9 0 年代以來，人們對(duì)組織工程細(xì)胞支架材料傲了大量研究，認(rèn)為支架 材料的生物降解性與生物相容性、孔隙大小與孔隙率、表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等“1 因素對(duì) 細(xì)胞的粘附與生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響，并最終決定對(duì)組織缺損部位的修復(fù)效果。 生物可降解支架材料的研制是組織工程研究中的重要內(nèi)容之一，它可為細(xì)胞 生長(zhǎng)提供附著載體和生長(zhǎng)空間。最終形成具有一定形態(tài)和功能的組織或器官現(xiàn) 有支架材料包括天然和人工合成兩類，研究較多且較理想的有膠原( c o l l a g e n ) 、 聚乳酸( p o l y l a t i ca c i d ，p l a ) 、聚羥基乙酸( p o l y g l y c o l i ca c i d ，p g a ) 、聚 甲基丙烯酸甲酯( p o l y m e t h y l m e t h a c r y l a t e ，p m m a ) ，等等隅”。這些聚合物具 有性能可控、無免疫排斥反應(yīng)以及生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，p l a 、p g a 以及p l g a 是 目前應(yīng)用最廣的幾種可降解性材料，但真正用于組織工程的材料多為國(guó)外廠家生 產(chǎn)，價(jià)格昂貴，購(gòu)買困難。 本研究旨在利用衛(wèi)生部納米生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制的新一代高分子材料 賴氨酸二異氰酸酯一甘油共聚物( l d i g ) ，通過加工成型制備組織工程用細(xì)胞支 架材料，并加以表征分析，探索其作為組織工程支架的可行性。 1材料與方法 1 。1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器設(shè)備 1 1 1 材料和試劑 賴氨酸二異氰酸酯一甘油共聚物( l d i g ) 二氯甲烷 氮?dú)?二氧化碳 聚苯乙烯 無水乙醇 氯仿 i 1 2 儀器設(shè)備 三頸圓底瓶、圊底燒瓶、量杯 玻璃儀器氣流烘干機(jī) p 砸- 5 2 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 d s c 2 9 1 0 熱分析儀 h - 8 0 0 透射電鏡 衛(wèi)生部納米生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長(zhǎng)沙匯虹化玻儀器試劑有限公司 中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院試劑中心 中南大學(xué)化工學(xué)院 上海振興化學(xué)一廠 中南大學(xué)湘雅醫(yī)院試劑中心 汕頭光華化工廠 長(zhǎng)沙匯虹化玻儀器試劑有限公司 長(zhǎng)沙匯虹化玻儀器試劑有限公司 上海青浦滬西儀器廠 中南大學(xué)分析測(cè)試中心 德國(guó)h e t t i c h 公司 碩士學(xué)位論文 第一部分組織工程用高分子支架材料的制備與表征 超聲粉碎儀德國(guó)h e t t i c h 公司 j b 9 0 - d 型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)中國(guó)標(biāo)本模型場(chǎng)制造 電熱恒溫真空干燥箱上海市精慧儀表公司 電子天平湖南湘儀醫(yī)療器械廠 6 0 0 型三用水箱江蘇金壇市富華儀器有限公司 w r s 一1 a 數(shù)字熔點(diǎn)儀上海物理光學(xué)儀器廠 5 d x f t - i r 紅外光譜儀美國(guó)n i c o l t 公司 烏氏粘度計(jì)上海天平儀器廠 d a t a p h y s i c s1 5 表面接觸角分析儀 德國(guó) 凝膠色譜儀湖南師范大學(xué)化工研究院 j e o lj s m - 5 6 0 0 l v 型掃描電子顯微鏡湖南師范大學(xué)分析測(cè)試中心 生物力學(xué)試驗(yàn)杌( s h i m a d z ua g _ 2 0 l 【n g )日本島津試驗(yàn)機(jī)株式會(huì)社 超臨界萃取與反應(yīng)裝置北京新特科技發(fā)展公司 1 2 實(shí)驗(yàn)方法 1 2 ，高分子多孔支架材料的制備 采用衛(wèi)生部納米生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的賴氨酸二異氰酸酯一甘油共聚物 ( l d i g ) 材料，以s c 2 5 - 4 2 型( 容積2 5 2l ，壓力4 2 御a ) 超臨界流體裝置制備。 操作流程為( 圖i - i ) ；實(shí)驗(yàn)前調(diào)好高壓釜水浴、冷凝槽，啟動(dòng)高壓柱塞泵，將 c 仉輸入高壓釜中，調(diào)節(jié)壓力為8 0 1 2 0m p a ，溫度為3 5 3 8 ，將溶有5 0g 聚合物的氯仿輸入到高壓釜中，c o s 繼續(xù)輸入，維持溫度和壓力恒定( 溫度為3 6 ，壓力1 0 0m p a ，c 0 b 密度7 0 0k g m ，c 如與氯仿流量比為3 6 ) ，輸入溶液3 0m i n 后停止。繼續(xù)輸入c 仉3 0m i n ，然后打開高壓釜噴嘴，排放c 0 。至1 個(gè)大氣壓，于 流化床收集結(jié)晶聚合物。 測(cè)支架材料孔隙率的方法如下：取已知體積的3 個(gè)樣品，置于不銹鋼板上， 重物錘擊，破壞其孔隙結(jié)構(gòu)，然后測(cè)其體積，孔隙率= ( 初始體積一錘擊體積) 初始體積 x 1 0 0 。 1 2 2 高分子多孔支架材料的表征 ( 1 ) 熔點(diǎn)( t i ) 和玻璃化溫度e l ) 測(cè)定” 采用w r s l a 數(shù)字熔點(diǎn)儀檢測(cè)。測(cè)定范圍：室溫至1 2 0 ，“起始溫度”控制 精度o 8 c 。線性升溫速率偏差：小于1 0 。測(cè)定熔點(diǎn)精度：小于2 0 范圍內(nèi)： 0 5 c ，1 0 0 2 0 0 ：0 8 。標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管尺寸：外徑由i 4 衄，內(nèi)徑西i 0 珊。 樣品填裝高度：3 唧。l d i g 聚合物在室溫、真空條件下干燥后，密封于鋁制器皿 中，然后用u s a d s c 2 9 1 0 微分掃描熱量計(jì)檢測(cè)t i ，在氮?dú)獬掷m(xù)凈化下以1 0 m i n 的速度升溫。 4 碩士學(xué)位論文第一部分組織工程用高分子支架材料的制備與表征 ( 2 ) 親水性能測(cè)試 用德國(guó)d a t a p h y s i c s1 5 表面接觸角分析儀，測(cè)試范圍0 1 8 0 。( 誤差 0 1 。) 將聚合物樣品溶于氯仿中，在載玻片上流延成膜。將載玻片水平放在接觸 角分析儀的平臺(tái)上，用微量注射計(jì)將三蒸水滴在樣品膜上，然后迅速計(jì)量接觸角 大小 ( 3 ) 生物力學(xué)測(cè)試 用s h i m a d z ua 6 - 2 0 k n g 型生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)( 日本島津試驗(yàn)機(jī)株式會(huì)社) 對(duì)聚 合物樣品( 5 x 2 0m m 圓柱體) 進(jìn)行抗壓縮強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度測(cè)試。 “) 紅外吸收光譜測(cè)定 以壓片法用5 d x f t - i r 紅外光譜儀測(cè)定l d i g 聚合物的紅外光譜圖，以表征各 分子鍵的波數(shù)和吸熱峰特征。 ( 5 ) 電子顯微鏡觀察 將高分子支架材料經(jīng)過酒精系列脫水及液態(tài)二氧化碳臨界點(diǎn)干燥，于其表面 噴金，j e o lj s m - 5 6 0 0 l v 型掃描電子顯微鏡觀察材料表面形態(tài)，并測(cè)量顆粒大小， 加速電壓：2 0k v ，分辨率：1 0 2 4 1 0 2 4 。 1 2 3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 所有計(jì)量數(shù)據(jù)均以均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差( 霉i ) 表示，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析均以s p s s i o 0 軟件行t 檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料行x2 檢驗(yàn)。以p o 0 5 表示差異具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， p 5 0 0 ) 的聚合物不適用，原因是聚合物在c 仉中溶解度太低。 超臨界流體包覆技術(shù)“”是將溶解有兩種不同溶質(zhì)的s c f 通過一個(gè)噴嘴進(jìn)行減壓膨 脹，通過控制萃取和預(yù)膨脹條件使包覆劑在細(xì)顆粒析出后即刻析出，包覆在細(xì)顆 粒周圍形成球形包覆顆粒。 本實(shí)驗(yàn)采用的s a s 技術(shù)是以超臨界c 硯作為反萃取劑，溶劑氯仿與超臨界c 魄 互溶，溶質(zhì)為l d i g 共聚物，在超i i 缶界c o , 中的溶解度很小，當(dāng)s c f 溶解到溶液中 時(shí)，使溶液稀釋膨脹，降低氯仿對(duì)溶質(zhì)的溶解能力，在短時(shí)間內(nèi)形成較大的過飽 和度，使溶質(zhì)結(jié)晶析出，形成純度高、尺寸分布均勻的微?；蛭⒔z，微粒或微絲 成型后得到一定孔徑和孔隙率的材料。其特點(diǎn)“”是操作溫度較低，殘留溶劑少， 造粒、干燥一步完成。而且溶劑和抗溶劑可以回收循環(huán)利用。大大減少了有機(jī)溶 劑的用量，減少了對(duì)環(huán)境的污染。與r e s s 相比，s a s 不需要考慮溶質(zhì)溶解，。操 作的溫度和壓力相對(duì)溫和；與液體抗溶劑法相比，減少了在液體抗溶劑過程中， 復(fù)雜的后處理過程。超臨界流體的擴(kuò)散系數(shù)可以達(dá)到液體擴(kuò)散系數(shù)的兩倍數(shù)量 級(jí)，超臨界流體抗溶劑可以快速擴(kuò)散到液體溶液中，形成的過飽和度是液體抗溶 劑過程無法達(dá)到的，故沉析微粒的粒徑比用液體抗溶劑過程小。 自g a l l a g h e r 等“”于1 9 8 9 年首先應(yīng)s a s 以來。人們相繼用相平衡、結(jié)晶 動(dòng)力學(xué)，噴嘴霧化和質(zhì)量傳遞解釋超臨界抗溶劑結(jié)晶過程，但許多現(xiàn)象目前未得 到滿意的解釋。有報(bào)道”2 叮降低溫度有利于聚合物結(jié)晶生成離散體，而較高的溫 度會(huì)使之塑化，溶液濃度的增加，不利于聚合物結(jié)晶形成微粒；另外，在超臨界 狀態(tài)下攪拌作用及c o , 所含雜質(zhì)亦不利于聚合物的結(jié)晶。s a s 過程的獨(dú)立參數(shù)乜1 剮包括溶液濃度、溶液流量、氣體流量、高壓釜溫度、高壓釜壓力等。本實(shí)驗(yàn)控 制溫度為3 6 c ，壓力1 0 0m p a ，c 也密度7 0 0k g m ，c 如與氯仿流量比為3 6 和 4 0 ，得到的材料在宏觀上呈網(wǎng)狀多孔隙分布。 綜上所述，本研究制備高分子納米粒的原料選擇、設(shè)計(jì)實(shí)施、微?；^程及 其產(chǎn)物均符合國(guó)際上綠色化學(xué)瞌捌( g r e e nc h e m i s t r y ) 的要求。綠色化學(xué)又稱 為環(huán)境無害化學(xué)( e n v i r o n m e n t a lb e n i g nc h e m i s t r y ，e b c ) ，是利用化學(xué)來防止 污染的一門科學(xué)。目的是通過利用一系列的原理與方法來降低或消除化學(xué)產(chǎn)品設(shè) 8 碩士學(xué)位論文 第一部分組織工程用高分子支架材料的制備與表征 計(jì)、制造與應(yīng)用中有害物質(zhì)的使用與產(chǎn)生，使所設(shè)計(jì)的化學(xué)產(chǎn)品或過程更加環(huán)境 友好。綠色化學(xué)包括所有可以降低對(duì)人類健康與環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響的化學(xué)方法、 技術(shù)和過程 3 2 高分子材科的表征 一種用于綴織工程的高分子材辯，必須有適當(dāng)?shù)牟ＡЩ瘻囟? 五) 。以便在 應(yīng)用時(shí)提供穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)l o i g 共聚物的玻璃化溫度評(píng)價(jià)表明，熔點(diǎn)( l ) 和玻璃化溫度( t 1 ) 分別為9 3 4 、8 8 6 ，其熱容量在低于8 8 6 時(shí)不會(huì)發(fā) 生改變，故適用于生物體經(jīng)d a t a p h y s i c s1 5 表面接觸角分析儀測(cè)得本聚合物 的接觸角為6 7 3 ，這與當(dāng)前組織工程中應(yīng)用廣泛的聚羥基乳酸非常接近，后 者接觸角為6 4 。4 7 。可見本最具有是夠的親水性。允許營(yíng)養(yǎng)液和代謝產(chǎn)物的接 觸及細(xì)胞粘附生長(zhǎng)。理想的組織工程材料應(yīng)具備一定的支撐強(qiáng)度，本研究采用的 共聚物平均初始?jí)嚎s強(qiáng)度為4 2 6 o 7 8m p a 、抗斷裂強(qiáng)度為1 1 6 3 士2 3 0m p a ， 這個(gè)強(qiáng)度用于組織工程細(xì)胞支架及非承重部位的骨缺損填充隨刎完全適用。 該共聚物支架材料( l d i g ) 的紅外光譜圖在1 1 0 7 3c 酊1 處有_ c _ o - c 一吸收峰， 于1 6 4 0c 皿。處是e ：o 伸縮振動(dòng)峰。與s t o r e y 、k n o l k e r 等“劫學(xué)者報(bào)道的一致，在 1 7 2 0c f f l 處有強(qiáng)吸收帶，是由于反應(yīng)過程中_ n h c 0 曠基團(tuán)的生成伴隨2 2 6 2c 皿 處異氰酸酯基團(tuán)( n c o ) 的定量消失形成的。 掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，高分子支架材料不同部位的孔隙率不一，其孔徑大小在1 0 岫2m ，平均在1 0 0 0 4 0 0 0 岫( 2 7 6 o 士8 7 2 蛐) ，孔隙率為7 5 儺，經(jīng)改 進(jìn)工藝后達(dá)到8 2 ，6 ，共聚物的斷面觀顯示，由納米晶須交織形成的內(nèi)部孔隙不 僅為細(xì)胞生長(zhǎng)提供了巨大的表面。而且這些孔隙相互交通允許營(yíng)養(yǎng)液和代謝產(chǎn)物 自由流動(dòng)。這結(jié)構(gòu)特征類似于當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的多孔聚亞氨酯圳。 4 小結(jié) ( 1 ) 本實(shí)驗(yàn)以賴氨酸二異氰酸酯一甘油共聚物通過超臨界抗溶劑結(jié)晶技術(shù)( s a s ) 成功制備出多孔隙高分子支架材料，其平均孔徑為1 0 0 0 4 0 0 0 岫( 2 7 5 o 8 7 2 岫) ，孔隙率為7 5 麟。 ( 2 ) 通過一系列方法對(duì)高分子材料進(jìn)行表征，證實(shí)該高分子材料具有作為組織工 程支架材料所需要的理化性能。 ( 3 ) 制備高分子支架材料的全過程均采用無毒原料和無毒工藝，有機(jī)溶劑基本去 除，獲得的高分子材料對(duì)機(jī)體無毒，符合“綠色化學(xué)”觀點(diǎn)。 參考文獻(xiàn) 【l 】t h o m s o nr c , w a l m c , y a s z e m s k im j ，c ta 1 b i o d v g r a d a b l cp o l y m e rs c a f f o l d s t or c g c n 啪t co r g a n s 川a d v a n c e si np o l y m e r s ，s c i e n ，1 9 9 5 ，1 2 2 ：2 4 5 - 2 7 4 碩士學(xué)位論文 第一部分組織工程用高分子支架材料的制備與表征 【刁l a n g e rr t i s s u ee n g i n e e r i n g j s c i e n c e , 1 9 9 3 ，2 6 0 ( 5 1 1 0 ) ：5 2 9 【3 】 鄭俊民，平其能藥用天然及合成高分子材料【a 】見：鄭俊民高分子材料學(xué) 【h q 北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社, 2 0 0 0 ：8 1 - 1 3 4 4 1 。b r u d e rs p , f o xb p t i s s u ee n g i n e e r i n go f b o n e j c l i no r t h o p ，1 9 9 9 ，3 6 7 s ：6 8 4 【5 】 朱自強(qiáng)超臨界流體技術(shù)一原理和應(yīng)用嗍北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2 0 0 0 ：5 1 7 【6 】 蔡建國(guó)，周展云超臨界流體沉析制備微細(xì)顆粒的技術(shù)及其應(yīng)用叨化工進(jìn) 展，1 9 9 6 , 6 ：5 3 - 5 9 【刀任慧，丁一剛，吳元欣，等超臨界流體技術(shù)在超微粒子制備中的應(yīng)用川化工 進(jìn)展，2 0 0 1 ，9 ：3 0 - 3 2 【8 】m a t s o nd w , f u l t o nj l 3 e t e r s e nr c , e ta 1 r a p i de x p a n s i o no fs u p e r c r i t i c a lf l u i d s o l u t i o n s ：s o l u t ef o r m a t i o no fp o w d e r s , t h i nf i h ma n df i b e r s j 1 n de n gt h e m r e s ，1 9 8 7 ，2 6 ( 11 ) ：2 2 9 8 - 2 3 0 6 【9 】t o mj w 1 3 e b e n e d e t t ip g f o r m a t i o no f b i o e r o d i b l ep o l y m e r i cm i c r o s p h e r e sa n d m i c r o p a r t i c l e sb yr a p i de x p a n s i o no fs u p e r c r i t i c a ls o l u t i o n s 田b i o t e c h n o lp r o g , 1 9 9 1 ，7 ：4 0 3 - - 4 11 【1 0 1 t n a km f o r m a t i o no fs m a l lo r g a n i cp a r t i c l e sb yr e s s ：e x p e r i m e n t a la n d t h e o r e t i c a l i n v e s t i g a t i o n s j 1 0 u r n a lo fs u p e r c r i t i c a lh u i d s ，1 9 9 9 ，1 5 ：7 9 - 8 9 。 【z1 t t l r km 3 t i l sp , h e l f g e nb , e ta 1 m i c r o n i z a t i o no fp h a r m a c e u t i c a ls u b s t a n c e sb y t h er a p i de x p a n s i o no f s u p e r c r i t i c a ls o l u t i o n s ( r e s s ) ：ap r o m i s i n gm e t h o dt o i 加p r d v eb i o a v a i l a b i l i t yo fp o o r l ys o l u t ep h a r m a e e n t i c ma g e n t s j j o u r n a lo f s u p e r c r i t i c a lh u i d s ，2 0 0 2 , 2 2 , 7 5 8 4 【1 2 】孫曉宇，王亭杰，金涌r e s s 過程及其用于微細(xì)顆粒制備研究田化工進(jìn) 展，2 0 0 2 , 2 1 ( 1 ) ：2 9 3 3 【1 3 1 t i t l e sc , r i b e i r od ，r i c h a r dl e t a 1 a s u p e r c r i t i c a lf l u i d - b a s e dc o a t i n g t e c h n o l o g y ：p r o c e s sc o n s i d e r a t i o n s j j o u r n a lo fm i c r o e n c a p s u l a f i o n2 0 0 3 ，2 0 ( 1 ) ：8 9 6 【1 4 】k i mj h , p a x t o nt e , t o m a s k od l m i c r o e n c a p s u l a t i o no fn a p r o x e nu s i n gr a # d e x p a n s i o no fs u p e r c r i t i c a ls o l u t i o n s j b i o t e c h n o lp r o g ，1 9 9 6 , 1 2 ：6 5 0 - 6 6 1 【1 5 t ul s d e h g h a n if , f o s t e rn r m i c r e n i s a t i o n a n dm i c r o e n c a p s u l a t i o no f p h a r m a c e u t i c a l s j 1 p o w d e r t e c h n o l o g y , 2 0 0 2 ，1 2 6 ：1 3 4 - 1 4 9 【1 6 】b l e i c hj , k l e i n e b u d d ep m u l l e rb w , e ta 1 a e r o s o ls o l v e n te x t r a c t i o ns y s t e m - a n e w m i c r o p a r t i c l ep r o d u c t i o nt e c h n i q u e j i n