可降解生物多孔支架材料的制备与性能分析研究 高分子材料学专业

目录【摘要】 2【关键词】 21前言 21.1组织工程支架材料 21.2组织工程多孔支架制备要求 31.3组织工程三维多孔支架的制备及孔结构形态 31.3.1组织工程多孔支架的致孔方法和技术 31.4组织工程三维多孔支架的力学性能 51.5研究思路 52.实验部分 62.1本实验所用到的试剂及仪器 62.2测试样品支架制备常温模压/粒子浸出法 72.3磷酸盐缓冲液（PBS）配制 92.4多孔支架结构形态的表征 92.4.1多孔支架孔结构的形态分析 92.4.2多孔支架表面亲水测试 92.4.3多孔支架湿态下的力学性能测试 93.数据分析与处理 103.1多孔支架孔结构的形态分析 103.1.1盐粒掺量与PDLLA多孔材料表面形貌的关系 103.1.2多孔支架材料的孔隙率测量 113.2多孔支架表面亲水测试分析 123.3多孔支架湿态下的力学性能测试分析 134结论 16【参考文献】 175.致谢 18【Abstract】 19【KeyWords】 19可降解生物多孔支架材料的制备与性能【摘要】制作具有良好三维多孔结构的可降解三维多孔细胞支架是组织工程的关键技术之一。本论文探讨了一种新型聚合物支架制作方法常温模压/粒子浸出法。首先制成聚合物溶液，利用非溶剂快速聚沉的方法得到聚合物/羟基磷灰石/氯化钠三元混合体系，然后将三元混合体系沉积层在糊状下模压成型，干燥后浸滤除盐。采用密度法测定其空隙率；表面和内部结构、孔径分布由扫描电镜观察得到。结果表明利用此种方法制作的PDLLA及PDLLA/HA支架孔隙率达到90.0％和孔径在150300μm之间,三维支架结构稳定，孔径和孔隙率等各项参数可控制。掺入羟基磷灰石(HA),提高了支架材料的润湿和力学性能。润湿状态下，材料的力学性能明显下降，但纳米羟基磷灰石的添加明显延缓了材料强度和刚性的衰减。【关键词】可降解聚合物多孔支架外消旋聚乳酸(PDLLA)湿态力学性能1前言组织工程是用细胞和细胞外基质替代物再造组织或器官的新方法，将使组织器官缺损的治疗进入制造组织或器官的新时代。新兴的组织工程利用可降解材料做成三维支架，对细胞外基质结构和功能进行仿生，起到细胞外基质替代物的重要作用，在形成或长出相应的组织或器官后材料就自动降解消失，巧妙地解决了异体排斥问题。用于制备支架的材料有胶原、多聚糖、聚己内酯、聚乳酸(PLA)及其共聚物（PLGA）等一系列可降解聚合物[1]。另一为材料科学家所广泛研究的课题是包括羟基磷灰石（HA）和生物活性玻璃的生物陶瓷。如果将二者有机的结合起来，形成新一代生物医用材料（即第三代生物材料）[2]，不仅保持生物学活性特点，同时又不会象惰性物移植那样为病患者带来二次手术痛苦，生物材料在完成其使命后充分降解并直接由代谢排出体外。目前,新一代生物材料已成为国际上材料前沿领域一个十分活跃的研究方向,在组织工程中已开始有广泛的临床应用。1.1组织工程支架材料组织工程的要素和关键技术之一为细胞外基质替代物具有特定形状和相连孔结构的可降解三维多孔细胞支架。多孔支架的孔结构、表面性质、力学性能和降解行为主要由支架材料的性质和支架的制备所决定，并对其功能的实现起着非常关键的作用。其基本原理和方法是将在体外培养扩增的正常组织细胞种植到具有良好生物相容性且在体内可逐步降解吸收的组织工程多孔支架上，形成细胞一支架复合物，细胞在支架上增殖、分化，然后将此复合物植入机体组织病损部位，在体内继续增殖并分泌细胞外基质，伴随着材料的逐步降解，形成新的与自身功能和形态相适应的组织和器官，从而达到修复病损组织和器官的目的。组织工程多孔细胞支架的生物相容性取决于所用材料的生物相容性和支架的表面性质，其多孔结构和外形主要由支架制备方法决定，其表面理化性质和形态则主要取决于所用材料的性质和制备方法，也可通过其它方法加以改进。支架的力学性质和降解速率则由材料的分子量及其分布、组成、结晶性、亲疏水性和支架的孔隙率、孔尺寸、孔形态等因素决定，植入体内后还与植入部位的微环境有关。织工程支架材料是指能与组织活体细胞结合并能植入生物体的材料，它是组织工程化组织的最基本构架。1.2组织工程多孔支架制备要求在组织工程中多孔支架起到细胞外基质的作用，是对细胞外基质的结构和功能的仿生。除可注射性材料以外，大多数组织工程支架必须预先制成多孔支架。组织工程多孔支架需要满足以下要求：（1）良好的生物相容性，即无明显的细胞毒性、炎症反应和免疫排斥；（2）合适的可生物降解吸收性，即与细胞、组织生长速率相适应的降解吸收速率。（3）合适的孔尺寸、高的孔隙率(>90%)和相连的孔形态，以利于大量细胞的种植、细胞和组织的生长、细胞外基质的形成、氧气和营养的传输、代谢物的排泄以及血管和神经的内生长；（4）特定的三维外形以获得所需的组织或器官形状；（5）高的表面积和合适的表面理化性质以利于细胞粘附、增殖和分化，以及负载生长因子等生物信号分子；（6）与植入部位组织的力学性能相匹配的结构强度，以在体内生物力学微环境中保持结构稳定性和完整性，并为植入细胞提高合适的微应力环境[3]。1.3组织工程三维多孔支架的制备及孔结构形态除可注射性材料以外，大多数组织工程支架必须预先制成多孔支架。组织工程多孔支架的制备方法决定了支架的孔结构和外形，同时支架结构对其力学性能、表面性质和降解性质也有较大的影响，因而从组织工程学科一开始兴起，组织工程支架的制备技术就受到研究者足够的重视，出现了多种多样的制备方法。组织工程多孔支架孔结构从制备方法上看，大孔尺寸、孔壁尺寸、孔壁内微细结构取决于致孔方法，而解剖外形和尺寸则取决于成型方法。因而，组织工程支架的制备通常分为致孔和外形成型两个层次，二者必不可少，相互结合才能制得满足要求的支架。因而，组织工程多孔支架的制备也主要有两个方面的问题需要解决，即获得相连的多孔结构和合适的外形[4]。1.3.1组织工程多孔支架的致孔方法和技术1.3.1.1纤维支架纤维支架是组织工程研究中最早采用的细胞外基质替代物之一，主要由PGA或其共聚物等结晶性聚合物纤维构成。利用纺织技术将直径1O～15μm的纤维制成织物或无纺物，其孔隙率高达97%，比表面积高达0.05μm-1，但存在力学强度较差、承压时会坍塌的缺点。将织物热处理或采用PLLA或PLGA溶液涂覆织物[4]的方法，可使相邻纤维间形成物理连结，从而使纤维支架稳定、耐压。PGA纤维支架易于借助于阴模制成各种形状，已成功地用于软骨等多种组织工程领域。纤维支架的不足之处在于孔隙率和孔尺寸不易控制，亦不易独立调节[3]。1.3.1.2粒子致孔法粒子致孔法指首先将组织工程材料和致孔剂粒子制成均匀的混合物，然后利用二者不同的溶解性或挥发性，将致孔剂粒子除去，于是粒子所占有的空间变为孔隙。致孔剂粒子可采用氯化钠、酒石酸钠和柠檬酸钠等水溶性无机盐或糖粒子，也可用石蜡粒子或冰粒子。最常用的方法是，利用无机盐溶于水而不溶于有机溶剂、聚合物溶于有机溶剂而不溶于水的特性，用溶剂浇铸法将聚合物溶液／盐粒混合物浇铸成膜，然后浸出粒子得到多孔支架。1.3.1.3相分离法／冷冻干燥法用于制备组织工程多孔支架的相分离法是指将聚合物溶液、乳液或水凝胶在低温下冷冻，冷冻过程中发生相分离，形成富溶剂相和富聚合物相，然后经冷冻干燥除去溶剂而形成多孔结构的方法。因而，相分离法又往往称为冷冻干燥法。按体系形态的不同可简单地分为乳液冷冻干燥法、溶液冷冻干燥法和水凝胶冷冻干燥法[3]。1.3.1.4气体发泡法气体发泡法可避免在制备支架时使用有机溶剂。该法将聚合物压成片，浸泡在高压二氧化碳中直至饱和，甚至超临界状态，然后降至常压，气体的热力学不稳定性导致气泡成核和增长，形成多孔支架，但孔为闭孔结构。若将发泡法与粒子浸出法相结合，则可制得相连的开孔结构的多孔支架。若将聚合物粉末和致孔剂粒子混合物在室温下模压制取圆片，则该法还可避免使用高温，有利于在温和的条件下引人生长因子。受控释放的生长因子可保持90%的生物活性，已用于平滑肌组织工程。发泡法中影响孔隙率和孔结构的因素主要有聚合物结晶性和分子量、平衡时间、放气速率等。结晶性聚合物PLLA和PGA难以发泡，无定型聚合物PLGA易发泡；聚合物分子量越高越难以发泡，孔隙率越低；在高压气体中平衡时间越长，孔隙率越高；放气速率对孔隙率影响较小[5]。1.3.1.5烧结微球法将可降解聚合物微球加入模具中，加热至玻璃化温度以上，保持一定时间后冷却、脱模可制得烧结微球支架。热处理时微球相互接触处由于链运动而连结在一起，冷却至室温后该结构被固定下来，因而得到多孔的烧结微球支架。微球紧密堆积产生的孔隙成为支架的孔，孔尺寸范围为37～150μm，与微球尺寸成正比，孔隙率则随微球尺寸增大略有增加，为31～39%，孔相连性很好。支架压缩模量为241～349MPa，随微球尺寸减小而增大。该支架的孔隙率与松质骨中组织分率(30%)相近，力学性能也与松质骨相当，因而可作为松质骨修复的“负”模板，修复完成后孔的部分成为组织，聚合物微球部分降解后成为松质骨的空隙。该法优点在于孔相连性好，孔尺寸易调控，力学强度大，缺点则在于孔尺寸偏小，孔隙率亦低[3]。针对现有的支架制作方法如有机溶剂发泡法、三维喷涂法、相分离法、高压气体发泡法、浇注NaC1沥清法等，具体分析其存在缺点的原因如下：(1)有机溶剂残留。隐藏有破坏细胞及活性因子活性的危险；(2)高温拔丝损害分子稳定性，且喷涂技术难度大、成本高；(3)空隙分布不均匀。不利于成骨细胞附着、增殖和移行；(4)由于固有粘滞性限制，采用气体法和溶剂发泡等方法时开孔率低。不利于细胞向支架深部移行及营养、代谢产物交换；(5)因聚合物溶液流动或者使用粘合剂将导致部分氯化钠颗粒被包裹，从而开孔率下降并且遗留潜在危害；(6)在溶剂浇注法中由于聚合物溶液与氯化钠密度不同。而出现氯化钠沉淀。导致空隙上下分布不均匀难以制作成大型稳定的支架。虽然沥取加高压气体法㈨进行了改进。但是由于聚合物颗粒间结合相对松散,而且加工条件较高,使用仍有不便。表1.制备组织工程多孔支架的各种方法和技术的特点制备方法材料要求孔尺寸(μm)孔隙率(%)比表面积(μm-1)孔形态其他纤维支架纤维20-10097<0.05相连性好，不规则孔力学强度差粒子致孔法可溶或热塑性30-50093-95不规则孔，高孔隙率时相连性好孔隙率和孔径可独立调控相分离/冷冻干燥可溶<20090-9750-100m2/g大孔和微孔相连微孔孔尺寸偏小气体发泡法无定型可溶<100-500<95<20相连大孔,含少量微孔避免溶剂和高温，无表面皮层烧结微球法可溶热塑性30-15030-40相连性好压缩强度高组织工程多孔支架作为细胞外基质的替代物，其外形和孔结构对实现其作用和功能具有非常重要的意义。尽管现有的制备方法和技术在调控多孔支架的外形和孔结构上已取得了很大的进展，但各种制备方法和技术各有其优缺点，单一的一种方法难以满足组织工程多孔支架的所有要求，往往要根据支架的实际要求，将多种方法结合起来才能制备出需要的支架。1.4组织工程三维多孔支架的力学性能组织工程多孔支架应具有与病损组织相当的力学性能，能适应病损部位的生物力学微环境，并在组织生长过程中能保持其结构完整性和承受压力，直至新生组织代替支架起支撑作用。其力学性能除取决于支架材料本身的力学性能外，主要受支架孔隙率的影响，随孔隙率增加而显著减小，在高孔隙率时尤甚。因组织工程多孔支架往往需要高于90%的孔隙率，其力学性能比本体聚合物要低得多。孔隙率高于90%的支架的压缩模量通常在10-102KPa数量级[6]。1.5研究思路由于医用可降解多孔支架巨大的社会、经济价值和学术意义，自九十年代以来，组织工程学的研究在全世界迅速升温，从细胞分化和扩增、生物材料及多孔支架、组织构建等各个方面全方位展开，部分组织工程产品(如人工皮肤)已开始临床应用。相比而言，我国在组织工程研究上起步比国外稍晚，但发展迅速，特别是在组织构建方面取得了重大进展，己在初步的人体临床中取得成功，基本与世界先进水平同步。但到目前为止，临床实验以及大部分动物实验中所需的组织工程材料和支架仍然主要依靠进口，现有的材料和多孔支架尚不能完全满足细胞培养和组织构建的要求。在骨组织工程中，90％的孔隙率和至少100m的孔径往往是细胞渗透和新生组织血管化所必需具备的条件[7]。聚合物溶液、乳液或水凝胶在低温下冷冻发生相分离，形成富溶剂相和富聚合物相，然后经冷冻干燥除去溶剂可以形成多孔结构。孔的形态和孔隙率通过改变溶液中聚合物的浓度、冷冻温度和溶剂的类型等来控制。这种方法虽然可以制得高孔隙率的支架材料但却存在孔尺寸偏小的问题，不太适合制备大孔结构[3]。除了上述热诱导相分离技术，微球烧结、气体发泡和粒子浸滤等方法也被用来制备三维多孔支架材料。其中，粒子浸滤法制得的支架材料孔隙率可达91～93%，孔隙率由粒子含量决定；孔尺寸（50～500μm）则由粒子尺寸决定；孔的比表面积随粒子用量增大和粒径减小而增大。致孔剂可采用氯化钠、酒石酸钠和柠檬酸钠等水溶性无机盐或糖粒子,也可用石蜡粒子或冰粒子。该方法具有操作简单、适用性广，孔隙率、孔尺寸和相互连通性易独立调节的特点，成为实现多孔和相连孔结构的通用方法，得到了广泛的应用。另外，粒子浸滤法如果和气体发泡法，冷冻干燥等方法结合起来使用，对于改善孔的连通程度很有帮助[8]。Li以NaCl为致孔剂，首先将聚合物、硅灰石和致孔剂混合均匀后压实，然后在聚合物熔点附近烧结成型并辅以NaCl粒子浸滤的方法制成了匀质大孔可降解生物材料。由于商业可降解聚合物大都是尺寸较大的粒料，利用此方法制备多孔结构时需要事先对聚合物进行微粉化，物料的研磨混和过程容也易造成致孔剂尺寸的减小。鉴于此，本项目拟发展以下技术步骤制备多孔的可降解生物复合材料：（1）首先制成聚合物溶液，利用非溶剂快速聚沉的方法得到聚合物/羟基磷灰石/氯化钠三元混合体系；（2）将三元混合体系沉积层本毕业论文工作基于骨质生物材料的多孔结构需要和干、湿态力学性能的差异，设计制备了骨组织工程用PDLLA/HA生物多孔支架材料。为解决活性填料——羟基磷灰石（HA）和致孔剂NaCl在聚合物基体中的分散问题，利用含少量溶剂的可降解聚合物溶液／致孔剂混合物在室温下的可塑性和形状保持能力，提出了一种新的常温模压／粒子浸出法，用于制备各种形状的三维多孔支架。这种常温模压成型将致孔和外形成型有机结合，实现了简便可行的多孔支架的一步成型。克服传统的粉末压实烧结辅以粒子浸滤技术的缺点，在制备聚合物多孔结构中引入非溶剂快速聚沉的技术步骤，形成方便可行的制备生物多孔材料方法。通过改变生物活性填料的用量、致孔粒子尺寸和含量来实现材料生物活性材料微结构的可控。研究材料的外部使用环境（磷酸缓冲液PBS润湿等）、聚合物降解和多孔结构对生物支架材料的力学性能、尤其是湿态力学性能的影响，为新一代生物医用材料的制备和应用提供方法上的探索和进行优化设计的依据。相对于微米级的羟基磷灰石,采用纳米羟基磷灰石同聚乳酸复合能很好的改善复合材料的界面结合表现,有望很好地解决复合材料研究过程中出现的HA和PLA之间的界面相容性和分散性的问题,因而很可能成为羟基磷灰石/聚乳酸复合生物材料领域令人瞩目的一个新的研究方向[9]。2.实验部分2.1本实验所用到的试剂及仪器主要仪器：SEMS3400N(Ⅱ)型日本株式会社日立高新技术接触角仪(59980-35,Cole-Parmer)CJJ78-1型磁力加热搅拌器真空干燥箱原料:外消旋聚乳酸(PDLLA),济南岱罡生物科技有限公司产，粘均分子量为7.5万；氯仿，上海申翔化学试剂有限公司，分析纯；羟基磷灰石，BerkkeleyAdvancedBiomaterials,Inc(USA)，球形，平均粒径50nm；氯化钠：天津红岩化学试剂,分析纯，筛粉150～300m的颗粒备用。2.2测试样品支架制备常温模压/粒子浸出法将聚合物PDLLA在40℃水浴锅中溶于氯仿(CHCl3)溶剂中，磁力搅拌得到聚合物浓溶液，然后(加入固体质量比分别为10%;20%;30%的羟基磷灰石nHA,超声10Min)加入一定比例盐粒子(NaCl)，混合均匀，大部分溶剂挥发后，急速加入非溶剂(CH5OH)快速聚沉，聚合物溶液/盐粒混合物呈面团状。将其置于模具于10MP(约6t)压制成φ10厚度约为5-8mm的圆柱体。在室温中干燥24h再置于真空干燥箱40℃干燥24h,然后用去离子水滤去样品中的盐粒子(NaCl),烘干制得实验测试样品[10]。多孔材料的制备过程示于图1。本实验采用精制食盐作为致孔剂，实验前用标准筛筛选所需粒径范围内的食盐颗粒，以确保其颗粒大小均匀在150-300μm。图1：多孔支架测试样品的制备流程简要示意图本实验制备了纯PDLLA和NaCl质量比1:7；1:8；1:9；和掺入羟基磷灰石（nHA）10%;20%;30%(按PDLLA+nHA固体成分,下同)等共八组样品进行性能对比测试。表2.实验样品的编号编号样品组分编号样品组分①PDLLA:NaCl1:7⑤PDLLA:NaCl1:8nHA20%②PDLLA:NaCl1:8⑥PDLLA:NaCl1:9nHA20%③PDLLA:NaCl1:9⑦PDLLA:NaCl1:8nHA10%④PDLLA:NaCl1:7nHA20%⑧PDLLA:NaCl1:8nHA30%2.3磷酸盐缓冲液（PBS）配制为模拟人体生理环境，测试多孔支架在湿态下的压缩力学性能，需将多孔支架经磷酸盐缓冲液（PBS）预湿处理。配制0.01M磷酸盐缓冲液（PBS），称取8gNaCl、0.2gKCl、1.44gNa2HPO4和0.24gKH2PO4,溶于800ml蒸馏水中，用HCl调节溶液的pH值至7.4，最后加蒸馏水定容至1L即可。2.4多孔支架结构形态的表征2.4.1多孔支架孔结构的形态分析采用HITACHI公司S一3400N(Ⅱ)型扫描电子显微镜(SEM)观察多孔材料的表面形貌、孔径大小及分布、孔间连通情况，加速电压10kV,样品全部进行蒸金处理。多孔支架孔隙率=(1－多孔支架重量/支架表观体积/聚合物本体密度)×100%。2.4.2多孔支架表面亲水测试利用接触角仪(59980-35,Cole-Parmer)测量八组样品的亲水角a，说明孔率结构和nHA对多孔支架与水的亲附能力。图2.接触角示意图2.4.3多孔支架湿态下的力学性能测试测试生物多孔材料的湿态力学性能（压缩强度和压缩模量），将测试结果与干态（室温、干燥状态）力学数据进行比较。考察PBS润湿、孔结构、孔隙率等因素对材料湿态力学性能的影响[11]。为表征多孔支架的力学性能，进行压缩测试，以10％应变（σ10）时压应力表示，确定其压缩模量（E）和抗压强度。试验是在室温(25℃)微机控制电子万能机械试验机,压头下降速度定为3mm/min,圆柱试样尺寸为φ10mm，高度约4-8mm，用于测试在潮湿态下力学性能。8组样品分别进行干湿态压缩测试，分别求取其平均值和标准偏差值[12]。3.数据分析与处理3.1多孔支架孔结构的形态分析3.1.1盐粒掺量与PDLLA多孔材料表面形貌的关系以PDLLA为原料，粒径为150-300μm的盐粒子（NaCl）为致孔剂，其掺入量为10%;20%;30%，制备了多孔材料试样，其剖面形貌的SEM照片分别如图3所示.图3.（a）①号样品PDLLA:NaCl1:7图3.(b)②号样品PDLLA:NaCl1:8图3.(c)③号样品PDLLA:NaCl1:9图3.（d）⑤号样品PDLLA:NaCl1:8nHA20%图3.（e）⑤号样品PDLLA:NaCl1:8nHA20%从图3.(a)(b)(c)可以看出，①②③号样品随着食盐掺量的增加，试样中孔的密度明显增大，孔径减小；试样中有大量蜂窝状的孔洞，表面及内部孔隙分布较均匀；孔径在约140-330μm分布较多，与致孔剂NaCl粒径相当。图中显示孔的形状较规则，可能是由于PDLLA的硬度比较大，MW较高，使其能较好地保持孔的形状，但同时也使孔的连通性降低。从图3.(b)(d)②⑤号样品相比较，⑤添加了20%的nHA,但孔结构和孔隙率并没有明显变化。3.1.2多孔支架材料的孔隙率测量三维多孔支架孔隙率按如下公式计算：式中w为多孔支架的重量;v为支架的表观体积，ρp为聚合物本体的密度。而V=πR2×H，ρp=1.1g/cm3表3.各组样品的孔隙率从表3.可以看出，在NaCl颗粒大小相同的情况下，多孔支架材料的孔隙率由NaCl掺量决定，孔隙率随NaCl掺量的提高而增大．因此，在制备多孔材料时，可以用NaCl掺量来控制孔隙率。而且在多孔支架材料掺入羟基磷灰石(nHA),随着掺入量的增加，多孔支架材料孔隙率减少，但减少得并不显著,这与图3.相吻合。3.2多孔支架表面亲水测试分析编号a1a2a3平均a①89.688.487.888.6②89.092.291.490.7③96.292.089.892.7④77.875.676.576.6⑤79.878.477.278.5⑥82.081.279.480.7⑦80.082.279.480.5⑧67.670.169.068.9表4.八组样品的亲水接触角(度)根据表4.比较①②③测得的接触角值变化，可以看出多孔支架随着孔隙率的增大，接触角值增大，但幅度不大，即润湿性稍微降低。比较①④；②⑤；③⑥；⑦⑤⑧测得的接触角值的变化，可以看出多孔支架中掺入了羟基磷灰石后，接触角值减小，即润湿性提高了。3.3多孔支架湿态下的力学性能测试分析本实验主要选取②PDLLA:NaCl1:8和⑤PDLLA:NaCl1:8nHA20%两组样品进行多孔支架在湿态下压缩力学性能的测试。多孔支架的预湿处理:对②⑤两组样品，在室温下(25℃)浸泡0h；1h；2h；5h；10h；15h；20h，每次浸泡取三个样品对其进行压缩测试。其他样品组只进行浸泡0h和5h的压缩测试。压缩测试中以10％应变（σ10）时压应力表示，确定其压缩模量（E）和抗压强度。图5.②号样品PDLLA:NaCl1:8未经PBS预湿处理的压缩应力-应变曲线PDLLA多孔材料未经PBS预湿处理的压缩应力-应变曲线如图5所示。在低应变(<0.3%，即压紧前)时应力一应变关系偏离线性，压紧后至应变约3%的范围内应力一应变呈线性关系，应变大于3%后，应力一应变关系偏离线性关系。由直线部分的斜率可求得压缩模量E，而压缩强度以压缩应变为10%时的压缩应力σ10来表示。②号样品未经PBS预湿处理的σ10=0.65Mpa,压缩模量E=12.7。图6.②号样品PDLLA:NaCl1:8经PBS预湿处理20h的压缩力图图6示出PDLLA多孔支架材料的经PBS预湿处理20h的应力-应变曲线。从图6同样可以看出，在低应变(<0.1%，即压紧前)时应力一应变关系偏离线性，压紧后至应变约3%的范围内应力一应变呈线性关系，应变大于3%后，应力一应变关系偏离线性关系。由直线部分的斜率可求得压缩模量E，而压缩强度以压缩应变为10%时的压缩应力σ10来表示。②号样品经PBS预湿处理20h后的σ10=0.54Mpa,压缩模量E=9.2，与纯聚合物多孔材料相比力学性能显著降低。图7.⑤号样品PDLLA:NaCl1:8nHA20%未经PBS预湿处理的压缩力图PDLLA/HA多孔纳米复合材料未经PBS预湿处理的压缩应力-应变曲线如图7所示。在低应变(<0.7%，即压紧前)时应力一应变关系偏离线性，压紧后至应变约5%的范围内应力一应变呈线性关系，应变大于5%后，应力一应变关系偏离线性关系。由直线部分的斜率可求得压缩模量E，而压缩强度以压缩应变为10%时的压缩应力σ10来表示。⑤号样品未经PBS预湿处理的σ10=0.91Mpa,压缩模量E=15.9图8.⑤号样品PDLLA:NaCl1:8nHA20%经PBS预湿处理20h的压缩力图图8示出PDLLA/HA多孔纳米复合材料的经PBS预湿处理20h的应力-应变曲线。在低应变(<0.5%，即压紧前)时应力一应变关系偏离线性，压紧后至应变约3%的范围内应力一应变呈线性关系，应变大于3%后，应力一应变关系偏离线性关系。由直线部分的斜率可求得压缩模量E，而压缩强度以压缩应变为10%时的压缩应力σ10来表示。⑤号样品经PBS预湿处理20h后的σ10=0.76Mpa,压缩模量E=14.2图9.②PDLLA:NaCl1:8和⑤PDLLA:NaCl1:8nHA20%经PBS预处理不同时段的σ10图10.②PDLLA:NaCl1:8和⑤PDLLA:NaCl1:8nHA20%经PBS预处理不同时段的E多孔支架②PDLLA:NaCl1:8和⑤PDLLA:NaCl1:8nHA20%两组样经PBS预湿处理，经不同时间后的σ10如图9.和图10.所示,掺入羟基磷灰石后，多孔支架的σ10和E明显比纯PDLLA多孔支架大，而σ10增加约为28%。初始值（干燥态）和总平均（针对所有在潮湿状态的数据）的σ10和E有显著差异。这意味着，一旦多孔支架经磷酸盐缓冲液(PBS)润湿1小时σ10相对干燥支架②的△σ10=0.1MPa⑤的△σ10=0.06MPa，机械性能从干到湿状态存在着明显的减少了。当支架经过PBS预湿，两组样品的σ10减少了约10%和6%。而E相对干燥支架②的△E=0.6MPa⑤的△E=1.1Mpa,两组样品的E分别减少了5%和7%。这一结果表明，多孔率支架易于被润湿且值得我们考虑润湿后对力学性能的影响。另一方面，在1小时至20小时润湿后其力学性能并没有显着减少。另外，从图9和图中还可以看出，随着润湿时间的延长，纯聚合物多孔材料和纳米复合材料多孔材料的力学性能都逐渐降低，但是纳米羟基磷灰石的引入明显延缓了这种趋势，5h后基本趋于平衡。这对于生物支架在组织工程中的应用、维持修复材料在湿态下必要的刚性和强度具有重要的意义。4结论1．采用常温模压/粒子浸出的方法，引入非溶剂快速聚沉的技术步骤，可以制备各种不同复杂形状的组织工程三维多孔支架，并能够克服生物活性填料在聚合物中的均匀分散，提高致孔质量。多孔支架的孔隙率与加入致孔剂的量有关，孔隙率随着掺入的盐粒量提高而增大，与致孔剂的粒径和形状关系不大，孔隙率很容易得到控制。2．孔隙率的大小对可降解聚合物多孔材料的润湿影响不明显。多孔支架中掺入了羟基磷灰石后，接触角值减小，润湿性有较大的提高。3．常温模压／粒子浸出法制备的多孔支架的力学性能除与聚合物材料组成和分子量有关外，主要受孔隙率影响。孔隙率增大，力学性能降低。HA掺入PDLLA形成复合多孔支架后，可以明显提高材料的初始强度。润湿状态下，多孔材料的力学性能明显下降，但纳米羟基磷灰石的添加明显延缓了材料强度和刚性的衰减。【参考文献】[1]HouQP,GrijpmaDirkW,FeijenJ.Porouspolymericstructuresfortissueengineeringpreparedbyacoagulation,compressionmouldingandsaltleachingtechnique.Biomaterials2003;24:1937-1947.[2]HenchLL,PolakJM.Third-GenerationBiomedicalmaterials.Science2002;295:1014-1017.[3]吴林波，丁建东.组织工程三维多孔支架的制备方法和技术进展.功能高分子学报2003;(1):91-96.[4]MooneyDJ，McNamaraK，HemD，eta1．Stabilizedpolyglycolicacidfiber-basedtubesfortissueengineering[J]．Biomaterials．1996，17：l15—124．[5]任杰，滕新荣聚乳酸三维多孔材料的制备建筑材料学报2005;(8):710-713[6]EngelbergI,KohnJ.(1991)Physico-mechanicalpropertiesofdegradablepolymersusedinmedicalapplications:acomparativestudy.Biomaterials,12:292-304[7]GriffithLG.Emeringdesignprinciplesinbiomaterialsandscaffoldsfortissueengineering.AnnNYAcadSci2002;961:83-95[8]SpaansCJ,deGrootJH,BelgraverVW,PenningsAJ.Anewbiomedicalpolyurethanewithahighmodulusbasedon1,4-butanediisocyanateandepsilon-caprolactone.JMaterSci-MaterMed1998;9:675–678.[9]任杰;周新宇羟基磷灰石/聚乳酸及其共聚物复合生物材料上海生物医学工2004(25);41-54[10]吴林波，张俊川，景殿英，丁建东可降解聚酯多孔支架的常温模压成型应用化学：2005(09)．1024-1026[11]郭晓东，郑启新，杜靖远，可吸收羟基磷灰石／聚DL-乳酸骨折内固定材料机械强度和生物降解性研究中国生物医学工程学报2001(20);23-27[12]LinboWu,JunchuanZhang,DianyingJing,JiandongDing“Wet-state”mechanicalpropertiesofthree-dimensionalpolyesterporousscaffolds2005(05);264-271StudyonthePreparationandCharacterizationofPDLLA/HABiodegradablePorousScaff