可生物降解形状记忆高分子复合材料的研究

摘要

本文选用可生物降解的形状记忆高分子——化学交联聚己内酯(cPCL)作为基体材料，聚癸二酸酐(PSA)以及功能化的多壁碳纳米管(MWNTs)作为改性材料制备了几种新型的可生物降解的形状记忆复合材料。并对这几种材料的一些重要性质如力学性能，形状记忆特性，体外降解性能和细胞毒性进行了考察，希望能得到形状记忆性能突出，生物力学和降解性能优良以及细胞毒性较低的新一代多功能型的复合材料。
　　 首先，我们制各了载药的cPCL/PSA复合材料(所载药物为扑热息痛)，然后系统讨论了该复合材料的力学，形状记忆，体外降解以及释药等性质。结果表明，该材料的力学性能优良，在热刺激下形状记忆性能显著。最重要的是，经过14周的体外降解实验我们发现加入PSA以后复合材料的降解速度明显加快。经过药物释放的实验可以得知，在PSA的帮助下药物的累计释放率也有所提升。
　　 其次，针对常规的温度诱导形状记忆聚合物在生物医学方面的局限性，我们尝试利用导电的无机纳米粒子——MWNTs制备了cPCL/MWNTs电致型形状记忆复合材料。但是，由于MWNTs本身较差的亲水性以及较高的细胞毒性，我们首先需要对其进行表面改性。我们改性的手段有酸氧化，共价接枝聚乙二醇(PEG)，以及原位沉积羟基磷灰石(HA)。结果表明，经过酸氧化后MWNTs表面出现了亲水性的羟基，羧基等，此外，PEG确实通过化学作用接枝到了碳纳米管表面，并且证实接枝PEG后的样品其亲水性和生物相容性都得到了一定程度的提高。经过热重分析(TGA)证实，利用生物矿化方法在MWNTs表面原位沉积的HA质量在80％以上，如此高的沉积效率使得MWNTs的生物相容性得到了显著的提高。
　　 最后，利用上面PEG改性后的MWNTs我们制备出了以cPCL为基体的电致型形状记忆复合材料。经过一系列的考察证实，该材料在50V的电压刺激下能够实现形状的回复并且回复率能维持在90％以上。但是与温度直接刺激的方式相比，其形状记忆回复速度还有待于提高。经过降解16周的考察，该材料的形状记忆行为，尤其是在电场刺激下的形状记忆回复能力大幅度降低，具体表现为在50V的电压下经过120s的回复，材料仅能回复到初始形状的60％左右。通过凝胶含量测试可知，在降解过程中，复合材料的基体与增强相之间界面能的降低导致的相分离以及cPCL交联网状结构的破坏是其形状记忆性能降低的最主要因素。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1形状记忆聚合物

1.1.1定义

1.1.2发展以及研究现状

1.1.3形状记忆聚合物的分类

1.2可生物降解的形状记忆聚合物

1.2.1可生物降解形状记忆聚合物的定义

1.2.2可生物降解的形状记忆聚合物分类

1.2.3可生物降解形状记忆聚合物在生物医学上的用途以及意义

1.2.4影响聚合物生物降解性能的因素

1.2.5几种典型的可生物降解聚合物

1.3碳纳米管的改性以及复合材料

1.3.1碳纳米管的性质以及用途

1.3.2碳纳米管在生物医学领域应用

1.3.3碳纳米管的改性

1.3.4碳纳米管复合材料的制备与表征

1.4本课题的来源、目的、研究内容及创新

1.4.1本课题的来源

1.4.2本课题研究的意义、目的

1.4.3本课题的研究内容

1.4.4本课题的主要创新点

第2章载药的cPCL／PSA复合材料形状记忆性能以及体外降解过程的研究

2.1实验试剂及仪器

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器

2.2实验方法

2.2.1 cPCL的制备

2.2.2载药cPCL的制备

2.2.3载药cPCL／PSA的制备

2.3实验结果表征

2.3.1材料成分的表征

2.3.2 cPCL、载药的cPCL以及载药的cPCL／PSA复合材料力学性能的考察

2.3.3 cPCL、载药的cPCL以及载药的cPCL／PSA复合材料形状记忆性能表征

2.3.4体外降解性能的考察

2.3.5载药的cPCL与载药的cPCL／PSA复合材料释药性能考察

2.4实验结果分析

2.4.1 FTIR结果分析

2.4.2材料力学性能分析

2.4.3材料形状记忆性能的分析

2.4.4体外降解性能的考察

2.4.5药物释放考察

2.5小结

第3章 多壁碳纳米管的改性

3.1实验试剂及仪器

3.1.1实验试剂

3.1.2实验仪器

3.2本章中出现的缩写名词的解释

3.3实验方法

3.3.1碳纳米管的酸氧化处理

3.3.2碳纳米管共价接枝PEG

3.3.3在碳纳米管表面原位沉积HA

3.4实验结果表征

3.4.1红外结果表征(FTIR)

3.4.2扫描电子显微镜表征(SEM)

3.4.3透射电子显微镜表征(TEM)

3.4.4 X射线衍射表征(XRD)

3.4.5接触角的测定(CA)

3.4.6样品在水中的分散性测试

3.4.7热分析(TGA)

3.4.7细胞毒性测试(MTT)

3.5实验结果分析

3.5.1 FTIR考察

3.5.2原位沉积HA的相关考察

3.5.3细胞毒性的考察

3.6小结

第4章 聚己内酯／多壁碳纳米管纳米复合材料电致型形状记忆性能以及体外降解过程的研究

4.1实验试剂及仪器

4.1.1实验试剂

4.1.2实验仪器

4.1.3本章中所涉及的缩略名次及其解释

4.2实验方法

4.2.1 MWNTs的改性

4.2.2 cPCL／PEG-M复合材料的制备

4.3实验结果表征

4.3.1 FTIR表征

4.3.2复合材料力学性能的考察

4.3.3 复合材料形状记忆性能表征

4.3.4体外降解性能的考察

4.3.5导电性能测试

4.4实验结果表征

4.4.1复合材料制备条件的优化确定

4.4.2 MWNTs的选择

4.4.3材料电学性能测试

4.4.4体外降解性能考察

4.5小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文