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生物功能化聚乳酸复合材料的制备及其性能研究

钟翠红

  聚乳酸(PLA)具有良好的生物相容性和生物可降解性,而且具有优异的力学性能和良好的加工性能,广泛应用于生物医学领域;但其亲水性和细胞亲和性差、降解产物偏酸性,易引起炎症等。为此,为了改善PLA材料的亲水性和细胞粘附性,最终赋予材料生物学功能,制备了聚乳酸与生物功能性材料(壳聚糖或胆固醇)的复合材料;同时,通过化学接枝的方法在壳聚糖或胆固醇分子中引入PLA链段,以改善生物功能化材料与PLA基体的界面相容性。 首先以异丙醇为溶剂,碱化壳聚糖与2-氯乙醇反应制备了羟乙基壳聚糖(HECS);然后,在微波辅助作用下,以辛酸亚锡为催化剂,HECS为大分子引发剂引发D,L-丙交酯开环聚合制备羟乙基壳聚糖-g-聚乳酸(HECS-g-PDLLA)共聚物。通过FT IR、1HNMR、DSC、XRD等对HECS和HECS-g-PDLLA的结构与性能进行了表征。在此基础上,进一步以二甲基亚砜为溶剂,采用溶液共混法制备了CS/PDLLA、HECS/PDLLA和HECS-g-PDLLA/PDLLA一系列不同组成的复合膜,通过扫描电镜和差热分析法对复合膜中各组分之间的相容性进行了研究。结果表明,与CS相比,HECS和HECS-g-PDLLA的结晶性能下降,溶解性能有所改善;复合膜的扫描电镜结果显示,在CS/PDLLA复合膜中,壳聚糖呈颗粒状分布在聚乳酸基质中,相分离现象严重;相对于CS/PDLLA复合膜,HECS/PDLLA复合膜的相容性有所改善,膜表面呈岛状结构;而HECS-g-PDLLA/PDLLA复合膜的相容性最好,随着HECS-g-PDLLA含量的增大,复合膜中两组分的相容性始终保持较好。 胆固醇是哺乳动物细胞膜中的一种基本组分,与细胞接触表现出优异的亲和性,能促进细胞的粘附和增殖。为此,本研究在微波辅助条件下,以辛酸亚锡为催化剂,胆固醇为小分子引发剂,引发L-丙交酯开环聚合制备了一系列具有不同分子量的胆固醇-聚(L-丙交酯)(CHOL-PLLAn)低聚物。通过正交实验研究了微波功率、催化剂用量、反应温度和反应时间对聚合反应的影响,确定了最佳合成条件为:辐射时间15min、微波功率35W、反应温度150℃、催化剂用量0.1%。并用FT IR、1NMR、SAXS、DSC、POM、体外细胞实验等对产物的结构和性能进行了表征。结果表明产物分子量与理论值接近;产物的结构是以胆固醇基为端基,聚乳酸链按103的螺旋状结构连接的层状结构。产物同时具有结晶性和液晶性,且与CHOL-PLLAn低聚物分子中胆固醇和PLLA链段的比例有较大关系:PLLA链段含量较小时,胆固醇占主导地位,产物能在较低、较宽的温度区间呈现液晶特性,如CHOL-PLLA2.5和CHOL-PLLA5低聚物;PLLA链段含量较大时,胆固醇处于从属地位,PLLA结晶能力增大,产物呈现较强的结晶性,仅在较高、较窄的温度区间呈现液晶特性,如CHOL-PLLA10和CHOL-PLLA20低聚物。体外细胞实验结果表明CHOL-PLLAn低聚物的细胞粘附率和增值率均有明显提高,说明胆固醇的存在有助于促进3T3细胞的粘附和增殖。 在此基础上,采用溶剂相分离法制备了CHOL-PLLAn液晶/PDLLA复合膜,并对其亲水性、形貌及细胞相容性进行了初步研究。结果表明:CHOL-PLLA2.5液晶的加入能改善复合膜的亲水性,而CHOL-PLLA5液晶的加入则能提高复合膜的疏水性;CHOL-PLLAn /PDLLA复合膜中均匀地分布了小液晶畴;胆固醇的引入,有利于复合膜对3T3细胞的粘附和增殖。……   
[关键词]:聚乳酸;壳聚糖;胆固醇;复合材料;生物功能化
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:暨南大学2011年