蠶絲絲素纖維增強聚(ε-已內(nèi)酯)復合材料的制備、表征與應用研究.pdf

1、骨修復材料是生物醫(yī)用材料的重要發(fā)展領域之一，其主要功能是修復骨組織缺損，恢復其正常生理機能。理想的骨修復材料應該具有良好的生物相容性，與修復部位相匹配的力學性能，可生物降解以及易于成型等特點。聚(ε-己內(nèi)酯)(PCL)是一種具有良好的生物相容性的生物可降解高分子，但是較低的力學性能限制了其在骨修復材料方面的應用。蠶絲絲素纖維(SF)是一種天然的高性能多肽纖維，具有較好的彈性和良好的生物相容性。因此，用蠶絲絲素纖維增強聚己內(nèi)酯制備成生物醫(yī)

2、用復合材料，在骨修復材料領域?qū)袕V闊的應用前景。
　　 首先，本文研究了纖維含量和輻照處理對蠶絲絲素纖維增強聚己內(nèi)酯(SF/PCL)復合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明：SF的加入明顯地提高了PCL的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量，SF/PCL復合材料的拉伸和彎曲強度分別在纖維含量為35％和45％時出現(xiàn)最大值。在0～300kGy的輻照劑量范圍內(nèi)，150kGy輻照處理后的SF/PCL復合材料有著最大的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量。經(jīng)

3、過輻照處理后，復合材料中PCL組分的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著輻照劑量的增加而升高，PCL和SF都可以產(chǎn)生自由基，自由基之間的轉(zhuǎn)移和反應增強了纖維和基體間的界面相互作用。
　　 其次，依據(jù)組織工程支架的設計原理，本文成功地制備了孔隙率可控并且孔洞連通的PCL以及SF/PCL復合材料多孔支架。多孔支架的孔隙率為40％～91％，內(nèi)部孔洞由孔徑為150μm～300μm的大孔和幾個微米的小孔構(gòu)成。SF的加入不僅提高了純PCL多孔支架的抗壓強度，

4、而且還改善了其親水性能，如35％的纖維含量使孔隙率為65％的PCL多孔支架的壓縮強度提高了55％，與水接觸1s后的接觸角從疏水性的108°降低到親水性的64°，并且使得到的SF/PCL復合材料多孔支架仍然保持著良好的可塑性。
　　 再者，本文通過細胞毒性試驗、急性全身毒性試驗、溶血試驗、熱原試驗和皮膚致敏試驗對材料進行生物學評價，結(jié)果表明PCL和SF/PCL復合材料均無明顯細胞毒性，對骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)的形態(tài)沒有明顯

5、影響，不產(chǎn)生全身毒性反應和溶血反應，熱原含量符合生物體要求，不存在潛在致敏性物質(zhì)。在BMSCs和SF/PCL復合材料多孔支架復合培養(yǎng)的過程中，BMSCs能夠順利的貼附于多孔支架上，并且增殖活躍。
　　 SF/PCL復合材料多孔支架的體外降解速率快于其塊體材料，而且PCL材料和SF/PCL復合材料多孔支架在家兔體內(nèi)的降解速率均快于體外降解速率。SF的加入在一定程度上能夠緩解PCL在降解過程中產(chǎn)生的局部酸性副作用，因此植入動物體內(nèi)后

6、，SF/PCL復合材料在保持了PCL良好組織相容性的基礎上，引起的炎癥反應更小，更有利于細胞的生長和組織修復。
　　 在上述工作的基礎之上，本文以SF/PCL復合材料為原料，首創(chuàng)了一種新型的可生物降解、易于塑型的臨床骨折內(nèi)固定器件，用來修復肋骨骨折。該器件采用“爪”型的固定方法固定肋骨骨折，具有臨床創(chuàng)傷小，固定快速等特點。在犬的肋骨固定模型實驗中發(fā)現(xiàn)：植入15天后肋骨骨折處顯現(xiàn)出良好的愈合趨向，6個月后骨折處基本愈合，術后的X射