一种生物降解弹性体的合成、表征及其在血管支架上的应用

摘要

生物降解弹性体非常类似于天然软组织，它们在软组织修复与再生领域受到人们的极大关注。聚癸二酸丙三醇酯（PGS）是一种交联的聚酯弹性体，具有良好的弹性、生物相容性和降解性，近年来被广泛研究用于各种生物医学应用，尤其是软组织工程如心肌、血管、视网膜等。但PGS强度低、保水性差等特点在一定程度上限制了它的实用性。本文将两种生物相容性良好的分子聚乙二醇（PEG）和左旋乳酸（LLA）同时引入到PGS的交联网络中，得到了一种新的生物降解弹性体，命名为PGSLP。我们对PGSLP进行了详细的表征并研究了其在血管支架上的应用。研究内容主要包括以下三部分：
　　（1）PGSLP预聚物制备。首先用PEG、LLA和癸二酸缩合聚合得到三种单体的线性链段，再由该线性链段与丙三醇反应得到PGSLP预聚物。通过改变反应体系中PEG和LLA的含量，我们得到了6种线性链段和6种PGSLP预聚物。FTIR分析表明线性链段和PGSLP预聚物分子中有大量酯键生成，证明了缩合聚合的发生，而它们的指纹区与PGS预聚物有很大不同，表明PGSLP与PGS分子结构不同。用1H NMR进一步确认线性链段和PGSLP预聚物的分子结构，根据核磁数据计算得到PGSLP预聚物分子中各单体的摩尔比，发现与实际投料比相近，表明反应过程中单体挥发损失较少。用GPC进行分子量测试表明不同PGSLP预聚物的分子量接近，表明PGSLP预聚物的合成条件选择适宜。
　　（2）将PGSLP预聚物进行交联固化得到 PGSLP弹性体，并对其性能进行表征。结果表明，PGSLP与PGS一样是无定型结构，玻璃化温度低于0℃。PEG和LLA的引入对PGSLP的亲水性和力学性能有较大影响，PGSLP的平衡吸水量达到PGS的6-11倍，其亲水保水能力随材料中PEG含量的增加而增加，而LLA含量增加会使PGSLP的力学性能明显增加，固化48 h的PGSLP-12-0.25的断裂伸长率和拉伸强度分别达到了259.6±7.0％和0.589±0.050 MPa，比PGS增加了超过2倍。体外降解实验表明，材料中PEG和LLA的含量不同，PGSLP的降解行为有较大差异，表明通过调节PEG和LLA的含量可以对材料的降解性能进行调节。另外，细胞实验表明PGSLP-12-0.25有良好的细胞生物相容性，可以很好的支持L929细胞正常的铺展和增殖，皮下包埋实验证明PGSLP-12-0.25与PGS均具有良好的生物相容性。这些结果表明，PGSLP的总体性能比PGS更加优异，作为一种生物降解弹性体，PGSLP比PGS在生物医学应用上有更好的实用性。
　　（3）用热致相分离技术制备PGSLP/PLLA血管支架，改变支架中PGSLP的含量得到多种PGSLP/PLLA支架。用SEM观察支架的微观结构，发现各支架都具有良好的纳米纤维结构，并且固化过程对支架的微观结构影响很小。力学测试表明PGSLP的加入使支架的应力-应变曲线在小应变范围内呈‘“J”形状，类似于天然软组织的力学特征，同时PGSLP/PLLA支架的拉伸强度和断裂伸长率比PLLA支架增加了2倍多，杨氏模量降低至2 MPa左右。细胞实验表明PGSLP/PLLA支架与血管细胞有很好的生物相容性，能支持猪髂内皮细胞（PIEC）正常的铺展和增殖。这些结果表明PGSLP/PLLA血管支架比PLLA支架在血管组织工程领域有更好的应用潜力。

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1 绪论

1.1 生物降解弹性体

1.2聚癸二酸丙三醇酯的性能及应用

1.3 聚癸二酸丙三醇酯的性能改善

1.4 血管组织工程支架

1.5 本论文的研究内容、创新点及意义

2 PGS和PGSLP预聚物合成及物化表征

2.1 前言

2.2 实验内容

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 PGS和PGSLP预聚物固化及弹性体的性能评价

3.1 前言

3.2 实验内容

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 PGSLP/PLLA血管支架的制备及性能评价

4.1 前言

4.2 实验内容

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 后续工作建议

参考文献

附录 攻读硕士学位期间科研及发表论文情况

致谢