PLLA/HA复合材料电纺丝覆膜气管支架的制作及力学性能的基础研究(1)
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[摘要] 目的 自行研制羟基磷灰石/聚左旋乳酸(PLLA/HA)复合材料支架，测试机械力学性能；制备PLLA/HA复合纳米纤维膜，观察纤维膜的结构形态。 方法 将一定比例HA复合于PLLA中，制膜切丝，自制支架，测试支架力学性能；电纺丝法行支架电纺丝覆膜，扫描电镜观察其形态。 结果 PLLA/HA复合材料电纺丝覆膜支架的力学性能良好，结构形态符合组织工程材料要求。 结论 PLLA/HA复合材料电纺丝覆膜支架可以满足气管内支架置入要求，是气管内支架的一种新型材料。
[关键词] 气管；支架；电纺丝；聚左旋乳酸；机械性能
[中图分类号] R322.3+3 [文献标识码] B [文章编号] 1673-7210(2013)01(c)-0154-04
组织工程研究，是将功能细胞种植于一种仿生细胞外基质的生物支架材料上，使其增殖与分化后植入机体组织，从而修复并再生病损组织。因此组织工程支架材料的结构和功能必须具有类似细胞外基质的作用，具有良好的生物相容性、可吸收性及较好力学性能[1]。目前研究表明，一种材料难以满足组织工程支架材料的要求，因此，不同材料之间的复合、改性及其性能研究是组织工程研究的重点[2-4]。
聚左旋乳酸(PLLA)和羟基磷灰石(HA)都是最常用的修复材料。PLLA是一种具有良好生物相容性和生物可降解性的聚合物， 但也存在强度低、降解产物呈酸性导致局部炎症等缺点。HA是骨组织中主要的无机成分，但是其力学强度低，脆性大，抗折及抗冲击性能较差。将PLLA和HA复合，可以综合二者的优点，使材料在具有良好的生物降解性的同时具备较好的力学性能。
聚左旋乳酸/羟基磷灰石(PLLA/HA)复合材料支架目前被广泛研究，主要集中于复合材料的制备工艺及改性方面，以期获得更好的生物相容性及生物力学性能。在既往支架基础实验和临床应用的基础上[5-8]，进行一种新型PLLA/HA复合材料电纺丝覆膜气管支架的研制。
1 资料与方法
1.1 一般资料
PLLA分子量为150 000，购自山东医用器械研究所；三氯甲烷溶液购自北京化工厂；HA购自清华大学核研所。
1.2 方法
1.2.1 可降解支架研制
1.2.1.1 支架的形状设计 利用三维设计软件Autodesk Inventor设计支架模型及模具(图1)。
1.2.1.2 PLLA/HA和PLLA切丝力学比较 以三氯甲烷作为溶剂，一容器中加入4.0 g PLLA和1.0 g HA，体积浓度为10%(g/mL)；另一容器中加入5 g PLLA，体积浓度为10%(g/mL)。恒温磁力搅拌24 h后形成悬浊溶液，倒入特制成膜器具后，鼓风干燥箱中放置48 h，挥发去除气泡，制成PLLA/HA和纯PLLA薄膜，切成横截面为1.0 mm×1.0 mm的细丝，每组3根切丝，切丝拉伸力学实验表明PLLA/HA和纯PLLA具有类似的拉力应变曲线(图2)。
1.2.1.3 支架制作 按照上述方法制成PLLA/HA薄膜，切成横截面为1.0 mm×1.0 mm的细丝。于模具上制成长度80 mm，直径分别为20～26 mm的支架。
1.2.1.4 PLLA/HA复合材料支架的电纺丝覆膜 ①PLLA/HA纺丝液的制备：以三氯甲烷为溶剂，按照上述方法，配置PLLA/HA 纺丝液[体积浓度10%(g/mL)]。②纤维膜的制备：将纺丝液注入特制储液管容器中，固定在电纺丝装置一端，另一端连接光滑电极板，以20 000 V静电电压打开电源，调节电压，以特制模板收集纤维，得到电纺丝覆膜。覆盖支架主体后，形成PLLA/HA复合材料支架(图3)。④扫描电镜(SEM)分析微观形态及结构，观察电纺丝覆膜的的表面形态、孔径情况及其孔隙率(图4)。
1.2.2 PLLA/HA复合材料支架的机械力学性能
将支架放置在Zwick Z020型电子万能实验机力学测试装置中，压缩至所需直径后得到径向支撑力数据与国产镍钛合金支架(图5)进行比较。
1.3 统计学方法
应用SPSS 11.0软件包进行统计学处理，计量资料比较采用t检验，计数资料组间对比采用χ2检验。以P < 0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 径向支撑力测试结果
PLLA/HA复合材料支架压缩至相应直径13～19 mm，其径向支撑力测试结果见表1。径向支撑力：PLLA/HA复合材料支架平均为7.96 kPa，镍钛合金支架平均为7.85 kPa。组间行均数的t检验，径向支撑力比较，两组间差异无统计学意义(P = 0.7 651 > 0.05)。
2.2 表面覆盖率、支架轴向收缩率、支架扩张率
PLLA/HA复合材料支架表面覆盖率、支架轴向收缩率、支架扩张率测试结果见表2。
2.3 PLLA/HA复合材料电纺丝覆膜的扫描电镜观察及分析
扫描电镜观察可见电纺丝技术制备的PLLA/HA复合材料覆膜可以形成大小不同尺寸的孔，孔隙率较好。羟基磷灰石的加入使纤维直径增大且表面粗糙程度增加(图4)。
3 讨论
聚乳酸(PLA)是目前生物降解医用材料领域中最受重视的材料之一。因其于机体内具有无毒性、生物可降解性和良好的生物相容性，而被广泛应用于医用缝合线、骨修复材料、药物控制释放材料及人造皮肤材料的加工和制作[9]。PLA按照旋光性的不同，可分为左旋(PLLA)和右旋(PDLA)2个种类。由于生物体内都是左旋，所以医用材料一般都选用PLLA[10]。PLLA和PDLA皆为部分结晶高分子，在体内的讲降解过程中，由于PLLA的降解产物为L-乳酸 ......
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