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高分子材料科学与工程 2023年第3期39卷 88-95页

作者：张世豪杜俊威胡园园鲍昊凡刘清亭张荣付旭东胡圣飞湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室新材料与绿色制造人才引进创新示范基地湖北武汉430068

采用挤出发泡的方法制备了聚乙烯醇(PVA)/淀粉(St)泡沫,研究了机头压力、淀粉含量和成核剂二氧化硅(SiO_(2))对泡孔结构的影响,探索了定应变和变应变下泡沫的压缩特能。结果表明,挤出发泡棒材泡孔尺寸从中心到边缘呈梯度递减的趋势,提... 详细信息

采用挤出发泡的方法制备了聚乙烯醇(PVA)/淀粉(St)泡沫,研究了机头压力、淀粉含量和成核剂二氧化硅(SiO_(2))对泡孔结构的影响,探索了定应变和变应变下泡沫的压缩特能。结果表明,挤出发泡棒材泡孔尺寸从中心到边缘呈梯度递减的趋势,提高转速能有效增大模头熔体压力、减小泡孔尺寸、提高泡孔密度。通过控制淀粉和SiO_(2)含量可调控泡沫的泡孔结构,提高SiO_(2)含量可使泡沫具有更加均匀的泡孔结构、更小的泡孔直径,而提高淀粉含量可使PVA/St材料的熔体黏度下降、泡孔结构均匀性下降、泡孔壁增厚。循环压缩结果表明,增加淀粉和SiO_(2)含量可以增强泡沫的压缩强度,当淀粉质量分数为30%、SiO_(2)质量分数为3%时,泡沫压缩强度达到350 KPa、回弹率达到89.4%。泡沫的能量吸收量和吸能效率随淀粉含量的增加而上升,但在定应变模式下,随循环次数增加而下降,随应变的增加而上升。

关键词：聚乙烯醇淀粉泡孔结构调控压缩性能

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基于超临界CO2微孔发泡PCL/PLGA开孔材料制备及组织工程应用研究

基于超临界CO2微孔发泡PCL/PLGA开孔材料制备及组织工程应用研究

引用

作者：郭海洋郑州大学

学位级别：硕士

组织工程支架制备是组织工程的重要环节之一,支架材料应当具有一定的生物可降解性和生物相容性。PCL和PLGA已通过FDA认证,并被正式列为美国药典中的药物辅料。PCL是一种半结晶型的聚酯,具有较好的韧性和较大的断裂伸长率,但是降解周期较... 详细信息

组织工程支架制备是组织工程的重要环节之一,支架材料应当具有一定的生物可降解性和生物相容性。PCL和PLGA已通过FDA认证,并被正式列为美国药典中的药物辅料。PCL是一种半结晶型的聚酯,具有较好的韧性和较大的断裂伸长率,但是降解周期较长,且熔体强度低,无法在微孔发泡过程中支撑泡孔结构。PLGA是一种具有良好生物相容性的可降解材料,且降解速度可控,但PLGA有一个很大的缺点,即脆性很大而且降解周期短,不能满足临床上对于长期修复组织工程支架材料的要求。因此,将PCL和PLGA共混不仅可以改善其降解速率,而且可以改善熔体强度,进而在微孔发泡过程中支撑泡孔结构。超临界CO发泡是组织工程支架制备常用的手段,因其绿色无污染的特点受到了广泛的关注。本文基于超临界CO发泡技术,制备了PCL/PLGA多孔支架,通过改变工艺条件和共混物组分对泡孔结构进行调控,然后分析了其力学性能,最后通过水浴超声处理,制备了全开孔的支架,并通过体外细胞培养,评估了其生物相容性,具体研究内容如下:第一章:通过双螺杆挤出机进行熔融共混,制备了不同PLGA含量的共混物,研究了共混物的相形态以及流变性能,结果表明PLGA均匀的分散在基体PCL中,形成了典型的海岛相结构,PLGA的加入提高了共混物的储能模量和粘度,这将有利于发泡过程中泡孔结构的支撑;然后,以20%PLGA为例,系统的研究了工艺条件对泡孔形貌的影响;接着,将共混材料在50℃、2000PSI、1h的条件下进行超临界CO发泡,研究不同PLGA含量对其泡孔形貌的影响,结果发现,随着PLGA含量的提高,泡孔直径减小,密度增大,这主要是因为异相成核点增加且熔体强度的提高,与上述共混物的性质相对应;进一步分析了孔隙率和开孔率变化,孔隙率的降低主要是因为熔体强度的提高,限制了泡孔的生长,其中,10%wt PLGA开孔率最高,这主要是因为适当的异相成核点且熔体强度适中,并分析了不同PLGA含量泡沫的开孔机理。第二章:研究了PCL/PLGA多孔支架力学性能,结果表明,随着PLGA含量的提高,压缩强度提高;运用Gibson-Ashby模型预测了共混物泡沫的机械性能,由此推断出,具有较低发泡倍率的多孔聚合物的弹性变形更多地依赖于泡孔壁而不是泡孔;然后,通过SEM观察不同应变下泡孔的形态,分析了泡沫在压缩过程中的破坏机理;最后,疲劳测试结果表明,试样的疲劳破坏为一端起裂,撕开一个张口,之后沿近似直线向另一端扩展,直至破坏,试样的峰值应力随着疲劳加载过程呈现出3阶段趋势:初始阶段、稳定阶段和加速阶段,试样的应变能密度随着疲劳加载逐渐减小,5%wt PLGA样品在循环过程中的应变能密度高于其他4种试样,说明其抗疲劳性能较好,印证了其疲劳寿命最高的结果。第三章:利用超声空化作用,对泡沫进行处理,以期获得全开孔的支架,结果发现,在0℃时表面开孔效果最好,并且适当延长超声时间,也会使表面泡孔直径和密度增加;通过体外细胞接种,将人脐静脉内皮细胞(HUVECs)培养到具有不同表面开孔率的多孔支架中,利用Live-Dead、Phalloidin与DAPI染色观察不同支架上细胞增殖情况以及细胞形态,结果表明,随着表面开孔率的提高,支架上的活细胞密度变大,并且细胞形态各异,均匀铺展,具有连成细胞聚集区的趋势。

关键词：超临界CO2发泡 PCL/PLGA共混物发泡行为泡孔结构调控力学性能生物相容性

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