聚多巴胺修饰掺铜生物玻璃复合支架构建及体外生物活性研究

作     者：郑玉华 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁新波

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：聚多巴胺 铜 介孔生物玻璃 聚乳酸 复合支架 静电纺丝 生物活性 

摘      要：骨组织工程支架用于修复由肿瘤,创伤,骨质疏松和感染引起的骨缺损。由于自体移植治疗中的供体部位有限,因此骨组织工程旨在生产功能性骨支架作为临床治疗的替代方案。由电纺丝技术制备而成的生物材料已被用于组织工程领域,该材料具有纳米级结构和高孔隙率,以模拟天然细胞外基质(ECM)。本研究选用掺铜生物玻璃与聚乳酸,采用静电纺丝技术制备无机/有机复合材料。同时利用聚多巴胺优异的生物学特质对生物玻璃进行表面改性,以制备具有良好生物活性的生物支架材料。具体研究内容如下:(1)掺铜生物玻璃的制备及体外活性研究掺铜生物玻璃的制备采用溶胶-凝胶法。运用TEM、FTIR及氮气吸附法等测试方法表征该玻璃材料的表面形态、化学结构和理化性质,探究不同掺铜剂量对介孔生物玻璃粉体的生物活性影响。实验结果表明:通过选择不同比例的玻璃前驱体可以获得可控的掺铜介孔生物玻璃纳米球,随着Cu含量的增加,Cu-MBGs样品的孔容和平均孔径均有所增加。所有样品颗粒均表现出较大的比表面积、孔容和孔径,且掺入合适剂量的铜源可提高生物玻璃的体外生物活性。(2)聚多巴胺修饰掺铜生物玻璃的制备及体外活性研究针对无机纳米颗粒(Cu-MBG)在聚合物(PLA)基质中的相容性差,粘附力弱等问题,利用氧化自聚合方法制备Cu-MBG@PDA纳米颗粒。研究了Tris溶液的pH和多巴胺浓度对复合纳米支架形貌、热稳定性、亲水性和体外生物活性的影响,并采用SEM、EDS、TEM、XRD、TGA等测试对样品进行表征。结果表明,经氧化自聚合后,聚多巴胺已成功附着在生物玻璃表面。pH值的改变对纳米复合材料的理化性能有所影响,随着溶液pH的增加,材料的热稳定性、亲水性能均有所改善。当pH达到8.5时,改善效果并不明显。随着多巴胺浓度的增加,材料的粒径更为均一,亲水性及热稳定性均有所提高,且通过体外生物活性测试表明聚多巴胺修饰掺铜生物玻璃其诱导羟基磷灰石(HA)的形成能力更为突出,材料具有良好的体外生物活性。(3)PLA基仿生复合骨支架的构建及体外活性研究PLA/Cu-MBG@PDA仿生复合支架的制备采用静电纺丝法。改变复合支架中功能性介孔生物玻璃的相对含量,研究其对复合纤维支架材料的影响。实验结果表明,无机物的添加会提高纺丝液的电导率。一定浓度的Cu-MBG@PDA纳米颗粒可在PLA中均匀分布,当浓度高于一定值时,纺丝液中的颗粒易发生团聚,从而降低静电纺丝膜的力学性能。PLA/Cu-MBG@PDA复合膜材料的热稳定性和亲水性相比于PLA/Cu-MBG复合膜、纯PLA膜均有较大的提升。随着介孔生物玻璃相对含量的增加,仿生复合纤维膜的亲水性有所改善,且在模拟体液中生成羟基磷灰石的能力逐渐提升。