纳米羟基磷灰石/聚己内酯复合纤维的制备及表征

摘要

随着全球医疗事业的蓬勃发展，生物医用材料也迎来了飞速发展的辉煌时期。大尺度纤维在制备人工血管、人工韧带等植入器械时具有独特的优势，因此，大量研究者投入到新型生物医用纤维材料的开发中。聚己内酯（PCL）是经过FDA认证的生物可降解材料，拥有很好的生物相容性，能通过熔融纺丝或静电纺丝制备成纤维。但是，纯PCL纤维的力学性能较弱，拉伸强度很低，不适合在大载荷环境下的应用。羟基磷灰石［Ca10(PO4)6(OH)2］（HAp）是人类骨骼和牙齿中的主要无机成分，同样具有良好的生物相容性，是一种广泛用于牙科和骨损伤修复的生物材料。纳米级羟基磷灰石（Nano-hydroxyapatite，NHA）不仅具有良好的生物相容性，而且具有良好的骨传导性和骨诱导性，其在生理环境中的早期矿化行为是诱导骨细胞粘附和生长的基础。众多研究表明，纳米颗粒可以增强聚合物基体的力学性能，NHA/PCL纳米晶体复合材料也在此类范畴。 本研究采用溶液共混/超声分散/冷冻干燥的方法将 PCL 和 NHA两种材料共混和分散，通过熔融纺丝制备成NHA/PCL纳米晶体复合纤维，并对纳米粒子的分散性、NHA/PCL 复合纤维的热学性能、力学性能和生物活性展开深入研究。结果表明，采用溶液共混/超声分散/冷冻干燥的方法可以将NHA纳米粒子均匀分散到PCL基体中，在复合比例小于 0.05 时不会发生严重团聚；采用熔融纺丝制备的NHA/PCL复合纤维直径为131-250?m，受复合比例、纺丝速度和牵伸倍数的综合影响；DSC表明NHA纳米颗粒阻碍了PCL分子链的规整排布，降低了 PCL 材料的熔融温度和结晶度，同时均匀分散的NHA纳米颗充当为PCL异相成核的成核点，加速PCL结晶；NHA纳米颗粒增强了 PCL 纤维的力学性能，这种增强作用来自于纳米棒晶与分子链特殊的“粘滞阻碍”作用；当NHA/PCL复合比例为0.05时，复合纤维力学性能达到最优，达到纺织上机要求；NHA 纳米粒子增加了复合纤维表面的亲水性，能够诱导复合纤维在 SBF 模拟生理体液中矿化。

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