石墨烯-聚吡咯復(fù)合材料的制備及在磷酸鈣骨水泥中的應(yīng)用.pdf

1、自然骨具有壓電效應(yīng)，結(jié)合電刺激可以促進骨組織生長與修復(fù)，因此制備具有導(dǎo)電性人工骨材料尤為重要。導(dǎo)電聚合物聚吡咯(Polypyrrole，Pry)已在生物醫(yī)學(xué)工程中得到較多研究與應(yīng)用，如藥物控釋、生物傳感器、組織修復(fù)再生等，表現(xiàn)出良好的生物相容性。作為常見導(dǎo)電聚合物，PPy及其復(fù)合材料在組織工程中的應(yīng)用也受到了重視，但目前研究主要集中在神經(jīng)組織與內(nèi)皮組織，在骨組織的應(yīng)用方面尚有欠缺。這是由于PPy及其復(fù)合材料受合成方法所限，產(chǎn)物形態(tài)為膜或

2、顆粒，無法成型起到支撐作用，難以應(yīng)用于骨組織工程。磷酸鈣骨水泥（Calcium phosphate cement，CPC）經(jīng)液相調(diào)和能夠任意塑形，填充骨缺損部位。CPC在生理條件下可自行固化并最終向與人體骨組織成分相近的羥基磷灰石(HA)轉(zhuǎn)化，具有良好的生物相容性與骨傳導(dǎo)性。將CPC作為支撐的基底材料，PPy及其復(fù)合材料作為導(dǎo)電介質(zhì)，這為制備具有電刺激響應(yīng)性的導(dǎo)電骨修復(fù)材料提供了可能性。
　　本論文首先探討了PPy的制備條件，優(yōu)化

3、出以FeCl3為引發(fā)劑，磺基水楊酸鈉（Sodiumsalicylsulfonate，SSNa）為摻雜劑，在-20℃下反應(yīng)制備Pry的最優(yōu)條件。并以此制備條件為基礎(chǔ)，通過原位聚合的方式，將氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)與Py混合，在-20℃下原位聚合，成功制備出還原態(tài)氧化石墨烯(Reduced-graphene oxide，RGO)/PPy復(fù)合材料。四探針電導(dǎo)率測試結(jié)果表明RGO/PPy復(fù)合材料的電導(dǎo)率較純Pry及GO有

4、了大幅增加。同時，摻雜SSNa與檸檬酸(Citric acid，CA)后，RGO/PPy復(fù)合材料的電導(dǎo)率得到進一步提升。結(jié)果表明，SSNa與CA共摻雜的RGO/PPy的導(dǎo)電率可高達129.83S/cm。
　　考慮到導(dǎo)電介質(zhì)應(yīng)具有良好的生物安全性與導(dǎo)電性能，本論文選用CA摻雜的RGO/PPy作為制備導(dǎo)電CPC的導(dǎo)電介質(zhì)，通過在CPC固相中添加不同含量的CA摻雜RGO/PPy復(fù)合材料，研究RGO/PPy的添加及不同含量對CPC結(jié)構(gòu)與性

5、能的影響。結(jié)果表明，添加RGO/PPy復(fù)合材料的CPC，其初凝時間和終凝時間都有所減小，但凝固時間均能滿足臨床使用要求。同時，導(dǎo)電復(fù)合材料RGO/PPy的添加對CPC的物相組成沒有影響，但對其抗壓力學(xué)性能、微觀形貌、導(dǎo)電性能的影響較大。其中，CPC的抗壓力學(xué)性能隨著RGO/PPy的添加而減小，導(dǎo)電性隨著RGO/PPy的添加而增大，二者均具有RGO/PPy的添加量的依賴性。
　　通過成骨細胞體外培養(yǎng)，考察導(dǎo)電CPC樣品的細胞相容性，

6、同時考察了微量直流電刺激對成骨細胞增殖、分化的影響。結(jié)果表明:在沒有微量直流電刺激下，添加RGO/PPy復(fù)合材料的導(dǎo)電CPC在第1、3、5天表現(xiàn)出較低的細胞毒性，對細胞增殖有一定抑制作用，第7天時導(dǎo)電CPC上細胞增殖率大于空白CPC對照組。從細胞分化結(jié)果來看，導(dǎo)電CPC與空白CPC無顯著差異，表明RGO/PPy的添加對細胞分化無影響。而在每天1小時5mA的微量直流電刺激條件下，導(dǎo)電CPC上的成骨細胞增殖、分化活性均明顯提高，且8％RGO