骨修复用纳米生物玻璃/聚乳酸复合材料的研究

本文首次制备了纳米生物玻璃左旋聚乳酸复合材料，并针对两者之间界面不相容的现象，对生物玻璃表面进行了有针对性的改性；对其纳米颗粒的分散能力进行了表征，并对复合材料的力学性能和生物相容性进行了研究，以期能得到一种具有良好力学性能和生物活性的可降解骨组织修复材料。 （1） 以正硅酸乙酯为硅源，以磷酸氢二铵为磷源，硝酸钙为钙源制备了纳米生物玻璃的凝胶颗粒(BAG, SiO2: CaO: P2O5 =37/54/9, mol/mol) ；以其表面的硅羟基为引发点，采用丙交酯开环聚合原位改性的方法对其进行了表面改性得到了改性纳米生物玻璃的凝胶颗粒（m-BAG）；通过改性，使其表面性质由亲水性变为亲油性，提高了其在聚乳酸基体内的分散能力；m-BAG/PLLA复合材料改变了改性以前BAG/PLLA力学性能随生物玻璃含量增加而不断下降的趋势，保持了聚乳酸的力学性能，在m-BAG含量为2%的时候其拉伸强度相对于纯聚乳酸提高16%左右，模量达到纯聚乳酸的1.4倍；而当m-BAG含量为10wt%，复合材料保持与纯聚乳酸相似的拉伸强度，而此时10wt%BAG/PLLA复合材料的力学性能只有纯聚乳酸的80%; 生物玻璃凝胶/聚乳酸复合材料在模拟体液中表现了较高的钙沉积能力，最后在其表面都形成了羟基磷灰石的晶体，但是表面改性使其钙沉积的速度降低，在一定程度上减小了其活性；细胞试验表明，不论生物玻璃凝胶/聚乳酸复合材料还是改性后的复合材料都表现出了很高的细胞黏附性能和增殖性能。 （2） 通过煅烧将生物玻璃的凝胶颗粒制备了生物玻璃纳米颗粒，通过XRD和TGA确定该组成类型的生物玻璃的结晶温度在826ºC，我们选择其经过600ºC煅烧的非晶态的材料作为我们进一步研究的对象。通过六次甲基异氰酸酯作为偶联剂，我们将低分子量的Mn=9,700Da的聚乳酸偶连到生物玻璃纳米颗粒的表面；通过改性提高了生物玻璃/聚乳酸的拉伸强度和拉伸模量，并提高了其分散能力；模拟体液试验表明，其复合材料具有很强的钙沉积能力，细胞培养证明了优异的生物相容性；而且通过试验可以看出，生物玻璃相对于其原始的纳米凝胶颗粒具有更优异的钙沉积能力和细胞相容性。 （3） 通过将三臂聚乳酸添加到线性聚乳酸的内部，大幅度的提高了其冲击强度，当三臂聚乳酸含量达到2wt%-8wt%时，冲击强度达到线性聚乳酸的2倍左右；通过偏光显微镜观察，可以看到三臂聚乳酸提高了线性聚乳酸的结晶成核速度，使其最后晶体数量增多，形态变小；而通过等温结晶试验表明其结晶速度提高，结晶是以异相成核的三维生长方式进行的；流变学试验表明加入三臂聚乳酸有力的降低了体系的复数粘度，当三臂聚乳酸含量达到8%时候，在频率为1-10rad/s其数值仅为线性聚乳酸的60%左右，这种变化将提高其加工成型能力。 （4） 通过十六烷基三甲基溴化铵作为模板剂，制备了具有多孔结构的生物玻璃纳米颗粒，其孔径在2nm左右，比表面积为264m2/g； 通过模拟体液试验表明，其具有很强的生物活性，规整结构在浸泡的前8小时被破坏，体系中P和Ca的含量大幅度上升，在24小时以后形成了羟基磷灰石的晶体。该类型的材料有望应用于制备药物缓释材料，用于骨修复初期的感染和炎症治疗。