《蓝色天空》ppt课件

1、HA/PLA复合资料的制备及生物活性评价 学生：王俊凤学生：王俊凤 导师：张导师：张 军军 教授教授报告内容1、 绪论绪论2、 丙交酯丙交酯(LA)的制备与提纯的制备与提纯3、 丙交酯开环聚合制备聚乳酸丙交酯开环聚合制备聚乳酸4、 HA/PLA复合资料的制备与性能评价复合资料的制备与性能评价5、 HA/PLA复合资料的体外水解与生物活性评价复合资料的体外水解与生物活性评价6、 创新与展望创新与展望7、 硕士期间的研讨成果硕士期间的研讨成果8、 致致 谢谢绪论绪论1.1 选题背景选题背景骨骼是人体的支架，担负着支持、承重、贮钙等功骨骼是人体的支架，担负着支持、承重、贮钙等功能，是人体的重要的组织

2、器官。能，是人体的重要的组织器官。 由疾病、创伤、功能退化或先天异常等缘由呵斥的由疾病、创伤、功能退化或先天异常等缘由呵斥的骨缺损是临床常见病症。骨缺损是临床常见病症。研制理想的骨移植和修复资料是医学和生物资料科研制理想的骨移植和修复资料是医学和生物资料科学领域中的重要研讨课题。学领域中的重要研讨课题。曾经运用于临床的骨移植资料有同种骨曾经运用于临床的骨移植资料有同种骨(包括自体骨包括自体骨和异体骨和异体骨)、异种骨和非生物体来源的人工骨替代、异种骨和非生物体来源的人工骨替代资料资料 。人工骨组织修复生物医用资料的开发研讨具有艰苦人工骨组织修复生物医用资料的开发研讨具有艰苦的意义。的意义。 1

3、.2 生物资料生物资料 生物资料生物资料(Biomaterials)，普通是指生物医，普通是指生物医用资料，是用于对人体进展诊断、治疗、用资料，是用于对人体进展诊断、治疗、修复或交换其病损组织、器官或增进其功修复或交换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术资料。能的新型高技术资料。生物资料的分类 a. 以资料的生物性能分类 生物惰性资料生物惰性资料氧化物陶瓷、玻璃陶瓷、Si3N4陶瓷、医用碳素资料、医用金属资料生物活性资料生物活性资料羟基磷灰石、磷酸钙、磁性资料、生物玻璃生物降解资料生物降解资料-TCP生物降解陶瓷、生物陶瓷药生物降解陶瓷、生物陶瓷药物载体物载体b. 以资料的属性分类以资料的

4、属性分类生物医用金属生物医用金属资料资料具有高的机械强度和抗疲劳性能，不能与骨组织发生化学键性结合，金属弹性模量较骨过高，易呵斥骨应力吸收，引起种植体松动。生物医用高分子生物医用高分子资料资料非降解型：主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等，主要用于人体软、硬组织修复体、人工器官、人造血管、管腔制品等方面。可降解型：主要包括胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚己丙酯等；主要用于药物释放和送达载体及非永久性植入安装。生物陶瓷生物陶瓷具有良好的生物相容性，包括陶瓷、玻璃、碳素等无机非金属资料。强度和韧性较差，很难满足人体承力较大部位的需求，目前主要用于作小的承力部件、

5、涂层，低负载的植入体。生物衍生资料生物衍生资料是由经过特殊处置的天然生物组织构成的生物医用资料，也称为生物再生资料。或具有类似于自然组织的构型和功能，或是其组成类似于自然组织，在维持人体动态过程的修复和交换中具有重要作用。主要用作人工心瓣膜、血管修复体、皮肤掩膜、骨修复体、巩膜修复体、鼻种植体、血液透析膜、血浆加强剂等。生物医用复合生物医用复合资料资料性能优势：降解方式和降解速率的可调性；力学性能的加强和改善。性能优势：降解方式和降解速率的可调性；力学性能的加强和改善。 分为：分为： 有机有机/有机复合生物资料有机复合生物资料 金属金属/无机复合生物资料无机复合生物资料 有机有机/无机复合生物

6、资料无机复合生物资料1.3 HA/PLA复合资料复合资料资料种类优点缺陷羟基磷灰石(HA)良好的生物相容性，骨传导性和骨诱导性，耐腐蚀，力学强度高脆性大、抗折强度低聚乳酸(PLA)具有良好的生物相容性和生物降解性，较好的热成型性，降解速度可调降解产物略呈酸性，易引起体内炎症反响，X-射线不显影 HA和PLA两种资料单独运用都不是理想的骨替代资料。两者复合有望得到力学强度高，模量适宜，可以被生物吸收的骨修复和交换资料。1.3.2 HA/PLA复合资料的性能复合资料的性能力学性能界面相容性降解行为生物相容性1.3.3 影响复合资料性能的要素影响复合资料性能的要素 a、HA粒径、形状、用量及能否外表

7、改性 b、PLA分子量及其性质 c、复合资料的制备方法1.4 PLA及其单体简介及其单体简介PLA单体：乳酸或丙交酯单体：乳酸或丙交酯C6H8O4(3，6-二甲基二甲基-1，4-二氧杂环己烷二氧杂环己烷-2，5-二酮二酮) 乳酸的旋光异构体：乳酸的旋光异构体：D-乳酸L-乳酸丙交酯的光学异构体丙交酯的光学异构体L-丙交酯D-丙交酯meso-丙交酯D,L-丙交酯聚乳酸聚乳酸(PLA)的光学异构体的光学异构体1.5 PLA的合成方法的合成方法1、直接法、直接法 2、间接法、间接法缩合脱水裂解环化催化ROP脱水缩合2 丙交酯的制备与提纯丙交酯的制备与提纯2.1 实验内容实验内容a 粗丙交酯的制备粗丙

8、交酯的制备b 粗丙交酯的提纯粗丙交酯的提纯c 丙交酯的表征丙交酯的表征 1熔点熔点 (毛细管熔点法毛细管熔点法 2红外光谱红外光谱IR 3X-射线衍射射线衍射XRD 4综合热分析综合热分析TGA-DSC乳酸催化剂逐步升温逐步减压乳酸低聚物脱水裂解环化快速升温快速减压催化剂丙交酯2.2 结果与讨论结果与讨论1脱水温度脱水温度10012014016018001020304004080 丙 交酯产率/% 脱水温度/脱水率/%图图2-1 脱水温度对丙交酯产率及脱水率的影响脱水温度对丙交酯产率及脱水率的影响(催化剂含量催化剂含量0.8%、15mL稀释剂稀释剂0.00.40.81.21.62.010203

9、040 丙 交酯产率/%催化剂用量/%图图2-2 催化剂用量对丙交酯粗产率的影响催化剂用量对丙交酯粗产率的影响(15ml稀释剂，脱水温度稀释剂，脱水温度160，解聚温度，解聚温度260 3解聚温度21022023024025026010203040 丙交酯产率/%解聚温度/图图2-3 2-3 解聚温度对丙交酯产率的影响解聚温度对丙交酯产率的影响( (催化剂含量催化剂含量1.2%1.2%、脱水温度、脱水温度160) 160) 4稀释剂 表2-1 乙二醇用量对丙交酯产率的影响 100mL乳酸、催化剂含量1.2%、脱水温度 160、解聚温度250 5最正确工艺条件下的丙交酯合成最正确工艺条件下的丙交

10、酯合成 表表2-2 最正确工艺条件下丙交酯的合成最正确工艺条件下丙交酯的合成 120160缩聚和缩聚和220250解聚，催化剂解聚，催化剂用量用量0.12%，稀释剂，稀释剂15mL(6) (6) 丙交酯提纯方法的改良丙交酯提纯方法的改良 表表2-3 2-3 两种重结晶方法的比较两种重结晶方法的比较 方法方法1 1：乙酸乙酯做提纯溶剂；方法：乙酸乙酯做提纯溶剂；方法2 2：无水乙：无水乙醇和乙酸乙酯联用醇和乙酸乙酯联用2.3 2.3 丙交酯的表征丙交酯的表征1 1红外光谱红外光谱 图图2-4 D,L-丙交酯红外谱图丙交酯红外谱图2D,L-丙交酯的丙交酯的DSC分析分析图图2-5 D,L-丙交酯的

11、丙交酯的DSC图图3D,L-丙交酯的丙交酯的XRD分析分析20406001000200030004000 Counts2/()图图2-6 D,L-丙交酯的丙交酯的XRD图图2.4 小结小结(1) 以无水氧化锌为脱水剂及解聚剂，在全程低真空条下，由乳酸分别在120160缩聚和220250解聚，合成了丙交酯，粗产率可达40.2%。水泵减压，降低了反响难度。最正确条件下丙交酯平均粗产率达38.6%。(2) 丙交酯提纯过程中，无水乙醇和乙酸乙酯联用，与单纯用乙酸乙酯溶剂相比，可使丙交酯四次重结晶收率提高8.7%，而且产物熔点符合要求。(3) 经过重结晶得到了高纯度的丙交酯，并用IR、XRD、 DSC

12、等对其进展了测试，证明合成产物的构造与实际构造一致。3 丙交酯开环聚合制备聚乳酸丙交酯开环聚合制备聚乳酸3.1 3.1 聚乳酸的制备与纯化聚乳酸的制备与纯化 LALA的熔融聚合及产物的纯化的熔融聚合及产物的纯化 粘度法测定粘度法测定PLAPLA的分子量的分子量 IRIR分析分析PLAPLA的构造的构造3.2 3.2 结果与讨论结果与讨论 调查要素：丙交酯纯度、催化剂用量、调查要素：丙交酯纯度、催化剂用量、 聚合温度、聚合时间聚合温度、聚合时间3.3 3.3 本章小结本章小结3.1 聚乳酸的制备与纯化聚乳酸的制备与纯化洗涤洗涤称量称量抽真空封管抽真空封管 熔融聚合熔融聚合溶解聚合物溶解聚合物沉淀

13、沉淀洗涤洗涤真空枯燥真空枯燥 3.2 结果与讨论结果与讨论1丙交酯纯度丙交酯纯度 表表3-1 3-1 丙交酯纯度与聚乳酸分子量的关系丙交酯纯度与聚乳酸分子量的关系 反响温度为反响温度为170170，反响时间为反响时间为5h5h0.00.10.20.30.40. 40. 81. 21. 62. 0 聚乳酸分子量/104催化剂用量/%图图3-1 催化剂用量与催化剂用量与PLA分子量的关系分子量的关系170，5h 1501601701801901.01.52.0 聚乳酸分子量/104聚合温度/ 图图3-2 聚合温度对聚合反响的影响聚合温度对聚合反响的影响0.15%，5h4聚合时间聚合时间246810

14、121.21.62.02.42.8 聚乳酸分子量/104聚合时间/h图图3-3 3-3 时间对聚合反响的影响时间对聚合反响的影响170170，0.15%0.15% 5PLA的红外光谱图的红外光谱图C-H C-O-C C-O C-O C=O 图图3-4 聚聚D,L-乳酸的红外光谱图乳酸的红外光谱图 -OH 3.3 小结小结PLA分子量的大小随催化剂浓度的增大而添加，但催化剂的浓度到达0.15%时，分子量的大小随催化剂浓度的添加而降低。提高温度或延伸时间都有利于聚合反响的发生，但温度过高，时间过长，容易发生炭化等副反响，反而使分子量降低。丙交酯开环聚合的最正确条件：运用提纯后的丙交酯，催化剂浓度为

15、0.15%，在170，聚合7h。红外光谱阐明产物是聚乳酸：4 HA/PLA复合资料的制备与性能表征4.1 实验部分1HA的制备：快速均匀沉淀法，900烧结1h2HA/PLA复合资料的制备溶液共混-超声分散-溶剂挥发法，即SUD法，HA/PLA分别为 0/100，5/95，10/90，20/80)将HA分散于N,N-二甲基甲酰胺DMF)中, 搅拌20min将PLA 溶于DMF中，搅拌20min二者同时置于超声波清洗器中，超声分散20min将HA悬浊液滴入正在超声搅拌的PLA溶液中，再超声搅拌5min倒入铺有铝箔的模具中，流平，放入65烘箱中鼓风枯燥6h65真空枯燥6h3分析与检测分析与检测 1

16、X-射线衍射射线衍射(XRD) 2 红外光谱分析红外光谱分析(IR) 3 透射电镜透射电镜(TEM) 4) 光学显微镜光学显微镜 5) 溶胀度测定溶胀度测定 6) 综合热分析综合热分析TGA-DSC4.2 结果与讨论结果与讨论(1) HA的的XRD分析分析图4-1 HA的XRD谱图试样试样XRD图谱的图谱的d值与值与JCPDS编制的编制的PDF羟基磷灰石羟基磷灰石 (9-432)的的d值相吻合值相吻合 2HA的红外谱图的红外谱图图图4-2 HA的的IR谱图谱图OH-OH-OH-PO43-PO43-PO43-PO43-图4-3 HA的TEM照片(80,000)及电子衍射图谱晶体呈现短棒状，长度在

17、3060nm，宽度在2040nm之间，成纳米级。图图4-4 HA分散在分散在DMF中的中的TEM照片照片5HA在PLA中的分散情况图4-5 HA/PLA薄膜的金相显微镜照片6复合资料的均匀性复合资料的均匀性 表4-1 TGA结果对对HA/PLA=10/90的复合资料，任取三个区域的样品，的复合资料，任取三个区域的样品，进展进展TGA分析。分析。7 7资料的溶胀性能资料的溶胀性能05101520253035400510 吸水率/%时间/h (0/100 HA/PLA) ( 5/95 HA/PLA) (10/90 HA/PLA) (20/80 HA/PLA)图图4-6 4-6 溶胀度曲线溶胀度曲线

18、 8DSC分析分析图图4-7 HA/PLA复合资料的复合资料的DSC图图HA/PLA: a: 0/100 b: 5/95 c: 10/90 d: 20/809IR分析分析图图4-8 HA/PLA复合资料的复合资料的IR图图 对比可见：对比可见： 原来在原来在PLA未缔合的羟基伸缩振动峰未缔合的羟基伸缩振动峰 3453cm-1，在，在HA/PLA中复合资料中消逝；中复合资料中消逝；PLA的羰基的羰基伸缩振动峰伸缩振动峰1756cm-1减弱，而减弱，而C-O键的伸缩振键的伸缩振动动1187cm-1加强。由此可知，复合资料两相物加强。由此可知，复合资料两相物质构造有所变化，质构造有所变化，PLA中的

19、羰基与中的羰基与HA中的羟基中的羟基经过氢键产生新的经过氢键产生新的O-H键，使键，使HA中的羟基伸缩中的羟基伸缩振动向远红外区挪动，同时，引起振动向远红外区挪动，同时，引起PLA中的中的C=O键电子云向新键挪动，所以，羰基峰减弱，键电子云向新键挪动，所以，羰基峰减弱，C-O峰加强。另外，峰加强。另外，HA中的中的Ca2+与与PLA中的羧中的羧基发生静电亲和作用，导致红外谱图上羰基峰基发生静电亲和作用，导致红外谱图上羰基峰变弱。变弱。4.3 小结小结1、 以均匀沉淀制备了结晶完善、颗粒尺寸为以均匀沉淀制备了结晶完善、颗粒尺寸为3060nm的的HA。2、 选择选择DMF做分散剂，以做分散剂，以

20、SUD法，制得法，制得HA/PLA复合资料。复合资料。3、 HA在在PLA中的分散比较均匀，有细微聚会。中的分散比较均匀，有细微聚会。TGA分析阐分析阐明，明，HA/PLA复合资料均匀性良好。复合资料均匀性良好。HA的参与，影响复的参与，影响复合资料的溶胀性能，随着合资料的溶胀性能，随着HA参与量的添加，溶胀度明显参与量的添加，溶胀度明显提高。提高。HA的参与，将有利于资料生物相容性的提高。的参与，将有利于资料生物相容性的提高。4、 IR、DSC分析阐明，以分析阐明，以HA加强的加强的PLA的热稳定性加强。的热稳定性加强。复合物中的界面结协作用在微观上表现为复合物中的界面结协作用在微观上表现为

21、HA中中Ca2+与与PLA中的羧基氧原子的孤对电子的静电附着，以及中的羧基氧原子的孤对电子的静电附着，以及HA中中羟基与羟基与PLA中氧原子之间的氢键作用。中氧原子之间的氢键作用。5 HA/PLA复合资料的体外降解复合资料的体外降解与生物活性测试与生物活性测试5.1 实验部分 资料的制备 用SUD法制备HA/PLA复合资料薄膜，HA含量为 10%。以纯PLA作为对照。 表5-1 R-SBF的配方3体外实验内容 表5-2 生物活性测试安排 5.2 结果与讨论结果与讨论1 SBF溶液pH值的变化024686.906.957.007.057.107.157.207.257.307.357.407.4

22、57.50 pH值降解时间/W PLA 10/90 HA/PLA图图5-1 资料降解过程中资料降解过程中SBF溶液溶液pH值随时间的变化值随时间的变化 前4周内，PLA迅速发生降解生成低聚物，pH值变化较大。随后4周，pH继续降低。降解趋于完全，pH值变化平缓。HA的参与使得pH值下降速度减慢。 缘由：HA粒子妨碍了水分子和降解产物分散，且随着溶液酸性加强，溶液中游离的Ca2+与羧基构成离子键，端羧基有效浓度降低，自催化降解效应减弱。同时，降解过程中，HA产生的OH-离子对溶液的酸性也起了一定的中和作用。 2 失重率失重率024680123456 失 重率/%时 间/W 10/90 HA/PL

23、A PLA1.550.615.282.23图图5-2 体外降解中失重率随时间的变化体外降解中失重率随时间的变化3 分子量的变化 024681416182022242628303218.0,40.8% PLA分 子 量/104时 间/W PLA 10/90 HA/PLA18.0,40.8%19.9,34.5%15.6,48.7%30.4图5-3 PLA分子量随降解时间的变化一开场大分子量的聚合物的断裂导致了分子量快速下降，当分子量下降到一定程度时，分子链的断裂对分子量的绝对值影响逐渐趋缓。 复合资料的失重率明显低于同期单纯PLA资料，降解速度明显减慢。缘由：HA呈碱性，可以与酸性降解产物发生反响

24、， 降低了资料内部酸性降解产物的自催化反响，也对资料周围pH值下降有一定的缓冲作用；HA颗粒在复合资料中类似一种物理屏障，可减慢水分子等降解介质的进入和降解产物的释放速度；复合资料的降解速度减慢，一方面可延伸资料强度维持时间，有利于组织细胞长入及生存环境的稳定；另一方面也可防止短期内大量降解产物释放，从而添加资料的生物相容性。4 HA含量的变化含量的变化 表5-3 HA含量随降解时间的变化5 XRD分析分析图5-4 HA/PLA复合资料降解不同时间的XRD谱图25.97 资料外表微观分析SEM 0W 4W 8W图图5-5 HA/PLA复合资料降解不同时间的复合资料降解不同时间的SEM照片照片24005.3 小结1、 HA/PLA复合资料的降解包括PLA的降解和HA的钙化两个方面。2、 纯的PLA的水解液的pH值下降速度、失重率明显高于HA/PLA复合资料。因此，可以经过调理复合资料中HA的含量，调理资料的降解速率，以减少无菌性炎症的发生，满足不同组织对资料降解速率的要求。3、 复合薄膜在SBF中浸泡可以长出类骨磷灰石颗粒，随着浸泡时间的延伸，磷灰石堆积增多。XRD分析阐明生成的磷灰石结晶不完好。6 6 创新与展望创新