超临界二氧化碳发泡技术制备PLGA多孔组织工程支架研究

摘要

支架作为组织工程的基本要素之一，其制备过程的开发是目前组织工程领域的研究热点。利用超临界流体技术制备生物可降解多孔支架，过程中能有效避免传统制备方法中有机溶剂的使用和高温操作条件，在组织工程及医用材料领域具有广阔的应用前景。本文以聚（乳酸-乙醇酸）共聚物(PLGA)为研究对象，采用超临界二氧化碳(SC-CO2)发泡法并结合NaCl颗粒滤沥，制备得到了具有高连通孔隙率的PLGA多孔支架，并对支架性质进行了表征。 首先对PLGA单组分SC-CO2发泡进行了研究，包括聚合物的组成及分子量、SC-CO2发泡过程温度、压力及泄压速率对泡孔形成的影响。PLGA分子量高时形成泡孔的孔径较为均一，且泡孔平均孔径以及连通孔隙率均随PLGA中乳酸含量的增加而增大;提高过程压力易形成孔径小泡孔密度高的微孔结构材料;降低泄压速率，泡孔易合并形成大孔;聚合物处于高弹态时，发泡温度较低时易形成特殊的多面体大孔结构，而当温度较高时，泡孔塌缩形成球形微孔结构，且泡孔尺寸随着温度升高而增大。通过改变SC-CO2发泡过程参数可以制备具有特定孔尺寸和形貌的PLGA多孔支架，实现泡孔在5-500μm范围内的连续调控。 在PLGA单组分发泡实验的基础上，引入NaCl作为致孔剂，采用SC-CO2发泡/颗粒滤沥法制备PLGA多孔支架，研究了NaCl的粒径及加入量对支架孔形貌的影响。NaCl的加入使得PLGA多孔支架形成尺寸在5-10μm以及100-250μm两种不同结构的泡孔，这两种结构的泡孔分别由PLGA在SC-CO2中发泡和NaCl洗脱的印迹所产生的。提高NaCl加入量，支架的总孔隙率增大且泡孔之间的连通性增强;采用较大粒径的NaCl与PLGA混合时，制备得到的多孔支架具有更高的连通孔隙率。利用SC-CO2发泡/颗粒滤沥法能制备出连通孔隙率高达80-90％的PLGA多孔支架，改善了PLGA单组分发泡中存在泡孔连通率低的问题。 最后，研究了PLGA多孔支架的体外降解行为和生物相容性。PLGA的降解属于本体降解，在降解初期能够在较长时间内（乳酸和乙醇酸比例为85∶15时，约为12周）维持支架的形貌和重量，并且PLGA的降解速率能够通过乳酸和乙醇酸配比的不同来调节。本文制备得到的PLGA多孔支架对细胞无毒害，可以应用于组织工程细胞培养中。

目录

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论文说明

致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 组织工程学概况

1．2 组织工程支架材料

1．2．1 组织工程支架材料的要求

1．2．2 组织工程支架材料的分类

1．3 多孔材料的制备方法

1．3．1 传统制备方法

1．3．2 气体发泡法

1．4 超临界流体发泡技术制备多孔组织工程支架

1．4．1 超临界流体性质

1．4．2 超临界流体与聚合物的相互作用

1．4．3 超临界流体技术在聚合物加工中的应用

1．4．4 SC-CO2发泡技术

1．5 本文研究思路及内容

第二章 超临界二氧化碳发泡法制备PLGA多孔支架

2．1 引言

2．2 实验材料与设备

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器与设备

2．3 实验方法

2．3．1 PLGA原料片制备

2．3．2 SC-CO2发泡工艺

2．4 分析方法

2．4．1 平均孔径及孔径分布测定

2．4．2 孔隙率测定

2．4．3 压缩模量测定

2．5 结果与讨论

2．5．1 聚合物基质对泡孔结构的影响

2．5．2 过程参数对泡孔结构的影响

2．5．3 支架孔隙率及压缩强度

2．6 本章小结

第三章 SC-CO2发泡／颗粒滤沥法制备高开孔率PLGA多孔支架

3．1 引言

3．2 实验材料与设备

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器与设备

3．3 实验方法

3．3．1 PLGA-NaCl原料片制备

3．3．2 SC-CO2发泡／颗粒滤沥法

3．4 分析方法

3．4．1 平均孔径及孔径分布测定

3．4．2 孔隙率测定

3．4．3 压缩模量测定

3．4．4 NaCl在支架中的残留检测

3．5 结果与讨论

3．5．1 致孔剂粒径及加入量对支架形态的影响

3．5．2 致孔剂存在时发泡过程温度和压力对泡孔形态的影响

3．5．3 NaCl的加入对支架孔隙率及抗压强度的影响

3．5．4 NaCl在支架中的残留检测

3．6 本章小结

第四章 PLGA多孔支架的体外降解行为及生物相容性研究

4．1 引言

4．2 实验材料与设备

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器与设备

4．3 实验方法

4．3．1 体外降解实验

4．3．2 体外细胞毒性实验

4．4 结果与讨论

4．4．1 体外降解实验

4．4．2 体外细胞毒性实验

4．5 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

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