摘要：在骨组织工程中,理想的支架应模拟天然细胞外基质(ECM)的微观结构以支持细胞的生长及引导三维组织的形成。此外,支架还应具有与修复组织相匹配的力学性能。相分离策略制备的纳米纤维化的三维支架可有效的模拟ECM的特性。而碳纳米管(CNTs)由于具有优异的长径比、结构尺寸、力学强度、电磁和导热性能以及良好的生物相容性被认为是理想的骨修复材料的增强填料。本论文首先通过化学改性和生物矿化改善CNTs的分散性和表面活性,然后与相分离策略制备的大孔脂肪族聚酯纳米纤维化三维支架进行复合以改善支架的力学性能和生物学性能。首先,通过H2SO4/HNO3对MWNTs进行化学氧化处理制备了表面具有-COOH、-OH等极性官能团的a-MWNTs。结合简单的小分子反应将磷酸根官能团接枝到MWNTs表面制备了p-MWNTs。采取实时监控pH并通入适量CO2的方式长时间维持高浓度模拟生理体液(i-5SBF)的pH为6.40±0.02以模拟天然生物矿化的历程。将不同官能化的MWNTs分散于i-5SBF不同时间,探讨官能团对MWNTs生物矿化行为的影响。通过制约矿化时间制备了具有不同化学组成和形貌的MWNT-磷灰石复合材料。采取SEM、 TEM、 EDX、 XRD、 FT-IR和TGA等表征了不同矿化时间所得的产物。结果显示,i-5SBF有效地抑制了均相成核的发生；磷酸根较羧酸根具有更好的诱导磷灰石沉积的推动作用；通过热处理可改善矿化产物的结晶性。根据矿化结果推测了p-MWNTs在i-5SBF中的矿化机理。所制备的保持原有MWNTs形貌和分散性的MWNT/无定形磷灰石复合材料(MWNT-ACP)是理想的纳米纤维化骨修复支架的理想填充材料。然后,采取相分离策略制备了脂肪族聚酯纳米纤维化支架材料。首次制备了PLGA5050纳米纤维化支架,并探讨了THF/H2O混合溶剂对无形性PLGA相分离行为的影响,推测了造成PDLGA7525和PLGA5050产物形貌不同的理由。结果发现,PDLGA7525/THF/H2O系统仅在局部位置可得到纳米纤维结构；对于PLGA5050/THF系统在凝胶温度为70℃时,可形成均匀的纳米纤维化结构,而不良溶剂-水的引入会导致液-液相分离的发生。结合盐制孔策略制备了大孔纳米纤维化PLGA5050三维支架,制孔剂的预处理温度对孔内壁的形貌有重要影响,温度越低越易于形成纤维化的孔内壁。此种PLGA5050三维支架具有孔贯穿性较好、孔隙率大、蛋白吸附量高和良好的生物学性能,细胞在材料上生长状态良好,并长入支架内部。最后,通过相分离策略制备了PLLA/a-MWNTs (MWNT-ACP)纳米纤维化复合材料。由SEM和接触角的结果显示,a-MWNTs的添加量对PLLA纳米纤维的形貌无显著的影响,并且随着添加量的升高,材料的接触角有显著的改善。结合相分离策略和盐制孔策略可以制备大孔纳米纤维化PLLA/MWNTs三维复合支架。探讨发现不同a-MWNTs添加量对大孔支架的力学性能有重要的影响。当添加量为5wt%时,较纯PLLA大孔支架压缩模量提升3倍多。相同添加量下,a-MWNTs的增强效果要优于MWNT-ACP。此种大孔纳米纤维化PLLA/MWNT-ACP三维复合支架结合了纳米纤维化PLLA、MWNTs和磷灰石的优势,拥有优异的综合性能有望成为理想的骨修复支架材料。关键词：多壁碳纳米管论文模拟生理体液论文生物矿化论文脂肪族聚酯论文相分离法论文纳米纤维论文
摘要4-7
ABSTRACT7-17
第一章 绪论17-35
1.1 骨组织工程17-18
1.2 用于骨组织工程的生物材料18-24
1.2.1 天然大分子生物材料19
1.2.2 人工合成生物材料19-21
1.2.3 生物复合材料21-24
1.3 碳纳米管24-27
1.3.1 碳纳米管在生物材料领域的运用24-25
1.3.2 多壁碳纳米管(MWNTs)的表面改性及官能化25-27
1.4 生物矿化27-31
1.4.1 钙离子-磷酸根离子溶液交替浸泡28-29
1.4.2 PILP历程29-30
1.4.3 模拟生理体液浸泡30-31
1.5 用于骨修复生物材料的成型策略31-33
1.5.1 传统成型策略31
1.5.2 新型纳米纤维化生物材料的成型策略31-33
1.6 本课题提出的目的和作用33-35
第二章 碳纳米管的表面改性及生物矿化35-66
2.1 前言35-36
2.2 实验部分36-40
2.2.1 实验原料36
2.2.2 实验仪器36-37
2.2.3 实验策略37-39
2.2.4 材料的表征39-40
2.3 结果与讨论40-64
2.3.1 多壁碳纳米管的酸化40-44
2.3.2 多壁碳纳米管的磷酸化44-45
2.3.3 改性多壁碳纳米管的生物矿化45-61
2.3.4 改性多壁碳纳米管的生物矿化产物的热处理61-64
2.4 小结64-66
第三章 脂肪族聚酯纳米纤维化支架的制备及表征66-92
3.1 前言66-67
3.2 实验部分67-71
3.2.1 实验原料67
3.2.2 实验仪器67-68
3.2.3 实验策略68-70
3.2.4 材料的表征70-71
3.2.5 细胞培养71
3.3 结果与讨论71-91
3.3.1 PLLA纳米纤维化材料的制备71-72
3.3.2 PDLGA7525纳米纤维化材料的制备72-77
3.3.3 PLGA5050纳米纤维化材料的制备77-84
3.3.4 PLLA/GE纳米纤维化材料的制备84-88
3.3.5 大孔纳米纤维化PLLA&PLGA5050三维支架的制备88-91
3.4 小结91-92
第四章 大孔PLLA纳米纤维化复合支架的制备92-105
4.1 前言92
4.2 实验部分92-95
4.2.1 实验原料92-93
4.2.2 实验仪器93-94
4.2.3 实验策略94
4.2.4 材料的表征94-95
4.3 结果与讨论95-104
4.3.1 PLLA/a-MWNTs复合纳米纤维材料的制备和表征95-98
4.3.2 大孔纳米纤维化PLLA/a-MWNTs三维复合支架的制备和表征98-101
4.3.3 大孔纳米纤维化PLLA/MWNT-ACP三维复合支架的制备和表征101-104
4.4 小结104-105
第五章 结论105-107
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