聚乳酸/羟基磷灰石生物复合材料体外降解过程的红外显微成像研究

论文摘要

傅立叶变换红外显微成像技术直观、可视,结合了显微镜技术微区分析的优势,又包括了红外光谱提供的大量物质组成和结构的信息。在研究不同组分组成的材料方面具有很大的优势。聚乳酸/羟基磷灰石生物复合材料是目前骨组织工程研究最为广泛的一种支架材料,其良好的生物相容性、生物可降解性及力学性能符合骨修复的理想支架材料的要求,是生物复合材料的研究热点之一。作为骨组织工程学材料,降解性是衡量生物复合材料性能的关键因素。本论文采用溶剂浇铸—盐沥洗法制备了一系列具有较高孔隙率的聚左旋乳酸/羟基磷灰石（PLLA/HA）多孔复合材料,并用衰减全内反射红外显微成像技术（Micro-ATR-FTIR-imaging）结合扫描电镜（SEM）和衰减全反射—傅立叶变换红外光谱（ATR-FTIR）对该生物材料的降解行为进行了研究。结果表明,100/10、100/20、100/30、100/40和100/50的PLLA/HA生物复合材料完全降解时间分别为98天、105天、91天、91天和77天。ATR-FTIR研究显示,100/30、100/40和100/50的复合材料降解过程符合二次幂函数模型,其降解半衰期分别为67天、65天和52天。通过运用Micro-ATR-FTIR-imaging技术,对PLLA/HA生物复合材料的降解行为进行系统分析,以图像中A1035/A1750的变化来生成图像,通过图像的颜色分布和变化来考察PLLA/HA生物复合材料体外降解过程,发现不同粘度系数（η=1.22和η=11.61）的PLLA和不同HA含量的聚乳酸/羟基磷灰石生物复合材料在37℃的PBS缓冲溶液中的降解情况不同。PLLA/HA为100/10和100/20的材料孔隙率较优,但是降解时间较长；100/50的材料降解过快,且孔隙率不佳；100/30和100/40的材料孔隙率和降解性较优,符合组织工程学的主要要求。同时,研究发现,高粘度系数（η=1.61,Mw=18500）的PLLA会导致材料降解过程的延长和降解的不均匀性。100/40的PLLA/HA生物复合材料降解性能优于100/30的样品。本论文是对红外显微成像技术的实验方法学的完善和实际应用领域的拓展,该方法还可应用到其他更广泛的生物医学领域的研究当中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚乳酸/羟基磷灰石生物复合材料
• 1.1.1 骨组织工程
• 1.1.2 聚乳酸/羟基磷灰石（PLA/HA）生物复合材料
• 1.1.2.1 聚乳酸
• 1.1.2.2 羟基磷灰石
• 1.1.2.3 PLLA/HA复合材料
• 1.1.3 骨组织工程对生物复合材料支架的要求
• 1.1.3.1 形状诉求和可植入性诉求
• 1.1.3.2 功能诉求
• 1.1.3.3 性能诉求
• 1.1.4 聚乳酸/羟基磷灰石生物复合材料的降解
• 1.1.4.1 体外降解
• 1.1.4.2 体内降解
• 1.1.5 PLLA/HA复合材料的降解研究
• 1.1.5.1 扫描电镜分析
• 1.1.5.2 力学性能测试
• 1.1.5.3 差示扫描量热分析
• 1.1.5.4 孔隙率测试
• 1.1.5.5 失重率测试
• 1.1.5.6 吸水率测试
• 1.2 红外显微成像
• 1.2.1 红外光谱
• 1.2.2 红外显微镜
• 1.2.3 红外显微成像
• 1.2.3.1 红外显微成像技术的基本原理
• 1.2.3.2 红外显微成像系统的组成
• 1.2.3.3 红外显微成像的工作模式
• 1.2.4 红外显微成像的应用
• 1.2.4.1 聚合物领域
• 1.2.4.2 生物医学领域
• 1.2.4.3 法庭鉴定方面
• 1.2.4.4 考古研究与艺术品鉴定
• 1.3 本论文的主要内容和创新点
• 第二章 聚乳酸/羟基磷灰石多孔生物复合材料的制备及性能表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 仪器与试剂
• 2.1.2 PLLA/HA多孔复合材料的制备
• 2.1.3 孔隙率测定
• 2.1.4 扫描电镜测试和X射线能谱测试
• 2.1.5 红外光谱测试
• 2.1.6 X射线衍射仪测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 原料的表征
• 2.2.1.1 聚乳酸的红外光谱表征
• 2.2.1.2 羟基磷灰石的表征
• 2.2.2 PLLA/HA生物多孔复合材料的制备
• 2.2.3 PLLA/HA生物多孔复合材料的微观形貌
• 2.2.4 孔隙率测量
• 2.2.5 不同配比的PLLA/HA多孔复合材料的红外光谱
• 2.3 小结
• 第三章 聚乳酸/羟基磷灰石多孔复合材料体外降解行为的SEM和ATR-FTIR研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 仪器与试剂
• 3.1.2 PBS缓冲溶液的配制
• 3.1.3 PLLA/HA的体外降解
• 3.1.4 扫描电镜测试
• 3.1.5 红外光谱测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 复合材料降解过程的宏观观察
• 3.2.2 对材料降解过程的扫描电镜观察
• 3.2.3 PLLA/HA多孔复合材料的降解动力学模型
• 3.3 小结
• 第四章 聚乳酸/羟基磷灰石多孔复合材料降解的衰减全内反射-红外显微成像研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 仪器、材料与试剂
• 4.1.2 红外显微成像分析
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 FTIR显微图像
• 4.2.2 生物复合材料降解过程的红外显微成像法研究
• 4.2.2.1 PLLA/HA多孔生物复合材料的红外显微成像研究
• 4.2.2.2 材料降解前期的红外显微成像研究
• 4.2.2.3 材料在降解中期的红外显微成像研究
• 4.2.2.4 材料在降解后期的红外显微成像研究
• 4.2.2.5 材料降解的整体分析
• 4.2.3 红外成像法对含有不同粘度系数聚乳酸的生物复合材料的降解研究
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 研究成果和发表的学术论文
• 致谢
• 作者和导师简介