（生物医学工程专业论文）聚（DL乳酸）基仿生细胞外基质的骨组织工程基质材料研究.pdf

重庆大学博士学位论文从而制备出m a 改性聚乳酸( m p l a ) 材料。采用正交实验优化后的m p l a 合成条件是：反应时间1 0 h 、反应温度8 0、引发剂b p o 用量3 w t ( 相对于m a 用量) ；利用罗丹明比色法和m a l l s 分别测定m p l a 中m a 的接枝率和产物分子量，结果表明，当投料中v i a 用量分别为5 、1 0 和2 0 时，合成得到的m p l a 材料中m a 所占的质量百分含量分别为1 6 1 、2 5 8 和3 1 6 ；而相对于初始d l p l a 的分子量( m w = 1 3 2 。8 0 0 ) ，合成得到的m p l a 的分子量( m w ) 分别下降了2 8 6 、1 0 7 7 和2 8 2 4 。f t i r 、1 3 cn m r 和x p s 的分析结果表明，利用脂肪族二胺与m p l a 中的酸酐基团发生n 一酰化反应这一特点，能将丁二胺( b d a ) 引入到m p l a 的酸酐分子骨架中，从而得n - - 胺改性聚乳酸( d p l a ) 材料；茚三酮显色法测定d p l a 材料中b d a 的含量并计算接枝率，结果表明，当m p l a 材料中的m a 含量分别为1 6 1 和2 5 8 时，合成得到的d p l a 材料中b d a 所占的质量百分含量分别为1 3 7 和2 2 0 ；在缩合剂n ，n 一二环己基碳二亚胺( d c c ) 的作用下，生物活性多肽r g d s可通过与d p l a 材料之间形成酰胺键而被共价结合到d l - p l a 的分子骨架中，从而制备出新型仿生聚乳酸( b p l a ) 材料；a a a 的检测结果表明，该多肽在b p l a材料中的平均含量是5 1 2 1 u n 0 1 g ，其接枝效率是2 2 4 。( 3 ) 考察了聚( d ，l - 乳酸) 及其仿生材料的理化性能，主要包括材料的亲疏水性能和降解性能。其中，亲，疏水性的评价指标是静态水接触角( 滴液法接触角)和吸水率，降解性能的评价采用体外实时降解试验。结果表明：四种材料静态水接触角的大小依次为：m p l a d l 广p l a d p l a b p l a ，吸水率的大小依次为：b p l a d p l 炒m p l a d l p l a ，这说明b p l a 材料具有最佳的亲水性，d p l a 次之，提示这两种材料可望成为具有良好亲水性和生物相容性的医用生物材料。d l - p l a 和m p l a 材料在降解前期其介质的p h 值下降较快，p h 值变化速率较高，这两种材料呈现明显的酸致自催化降解现象；而d p l a 材料在降解过程中其介质的p h 值基本趋于恒定，p h 值变化速率始终不超过o 3 p h 周，并且随d p l a 中b d a 含量的增加，其介质的p h 值下降速度趋缓，说明脂肪族二胺的引入达到了预期的实验目的。“) 将材料与大鼠成骨细胞在体外复合培养，以考察材料的生物相容性，检测指标主要包括：细胞形态( s e m 观察) 、粘附力和铺展面积( 微管吸吮系统测定) 、增殖能力( m t i 法测定) 、分化能力( 以碱性磷酸酶表示) 、矿化能力( 钙比色法测试) 等。结果表明：与对照组d l - p l a 材料相比，各项检测指标均显示成骨细胞在d p l a 材料i i中文摘要薄膜上具有更好的细胞相容性，这主要是因为随着v i a 和b d a 在聚乳酸骨架中的引入，使得d p l a 材料中出现了丰富的氨基和羧基，这些基团通过调节材料表面的亲一疏水性质和表面荷电性能，从而影响并调节材料表面的蛋白质吸附能力，进而促进细胞的粘附和生长。与d p l a 和对照组d l - p l a 材料相比，成骨细胞在b p l a 材料薄膜上具有更好的细胞相容性，主要表现在细胞形态饱满，粘附和铺展状况良好，细胞增殖、分化和矿化能力显著增强等，这说明由生物活性多肽r g d s 介导的细胞与基底之间的特异性相互作用在这里起了决定性作用。上述结果提示，b p l a 是一种具有良好细胞帽容性的医用生物材料，可望在生物医学领域尤其是组织工程领域获得广泛的应用前景。关键词：医用生物材科，细胞外基质，聚( d ，l 一乳酸) ，整体仿生修饰，生物相容性，骨组织工程i 英文摘要a b s t r a c t“b i o m i m e t i cm o d i f i c a t i o no re n g l n e e r i n go f m a t e r i a l s i san e wr e q u i r e m e n to f t h et h i r d - g e n e r a t i o nb i o m a t e r i a l s h e r e , p o l y ( d ，l l a c t i ca c i d ) ( d l - p l a ) w i t hi l i 曲m o l e c u l a rw e i g h tw a sp r e p a r e df r o md ，l l a c t i d ea n dm o d i f i e di nt h eb u l kt h r o u g has e r i e so fc h e m i c a l sw i t ht h ep u r p o s eo fo v e r c o m i n gt h ed r a w b a c k so fd l - p l ai nc l i n i c a lu s ea n db u i l d i n gn o v e ld l - p l ab a s e db i o m i m e t i ce x t r a c e l l u l a rm a t r i xm a t e r i a l s t h ec h a r a c t e r i z a t i o no ft h eo b t a i n e dp o l y m e r sw a sb yt h em e a n so fm u l t i a n g l el a s e rl i g h ts c a t t e r i n g ( m a l l s ) ，f o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o m e t r y ( f t i r ) ，n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c es p e c t r o m e t e rf n m r ) ，x r a yp h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y ( x p s ) ，d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t e r ( d s c ) ，a m i n oa c i da n a l y z e r 岬) a n dc l a s s i c a lc h e m i c a la n a l y s i st oe x p l o r et h es t r u c t u r e sa n dt h ep r o p e r t i e s t h e r e a f t e r , s u r f a c ew e t t a b i l i t y , b i o d e g r a d a f i o na n db i o c o m p a t i b i l i t yo ft h es y n t h e t i cm a t e r i a l sw e r ei n v e s t i g a t e d t h em a i nw o r k sa n dc o n c l u s i o n sa r ci n c l u d e da sf o l l o w s ：( 1 ) p o l y ( d ，l l a c t i ca c i d ) w i t hh i g hm o l e c u l a rw e i g h tw a ss y n t h e s i z e db ym e l tr i n g o p e n i n gp o l y m e r i z a t i o no fd ，l - l a c t i d eu s i n gan o v e lc o i n i t i a t i n gs y s t e m t h e n , a l le x t e n s i v ei n v e s t i g a t i o ne f f o r tw a se x p e n d e di nu n d e r s t a n d i n gt h er e a c t i n gm e c h a n i s m ，t h ee f f e c t so f c o i n i t i a t o ra n di t sd o s a g et o w a r d st h em o l e c u l a rw e i g h t f t i r , 1 3 cn m r , 1 hn m ra n dx p sa n a l y s i ss h o w e dt h a td l - p l aw a ss u c c e s s f u l l yp r e p a r e db yu s i n ga b o v e - m e n t i o n e dc o - i n i t i a t i n gs y s t e m g l a s st r a n s i t i o nt e m p e r a t u r eo f t h es y n t h e t i cp o l y m e rd e t e r m i n e db yd s cw a s6 3 6 t h er e s u l t so fm a l l sa n a l y s i si n d i c a t e dt h a tt h ec 0 一i n i t i a t i n gs y s t e mc o u l da c c e l e r a t et h ep o l y m e r i z a t i o nr a t ea n ds h o r t e nt h er e a c t i n gt i m e m o r e o v e r , d e c r e a s i n gt h ec o n c e n t r a t i o no fc o i n i t i a t o ri nr e a c t i n gs y s t e my i e l d e dp o l y m e rw i t hh i g h e rm o l e c u l a rw e i g h ta n da a l t o w e rp o l y d i s p e r s i t y r e g r e s s i o na n a l y s i sr e v e a l e dt h em a x i m a lm wo fd l - p l aw a so n l y11 6 ，6 0 0b yu s i n gs i n g l es n ( o c t ) 2i n i t i a t i n gs y s t e m h o w e v e r , s i g m o i d a lf i td i s c o v e r e dt h a tt h eu l t i m a t em wo f p o l y m e rp r e p a r e df r o mc o - i n i t i a t i n gs y s t e mw a s1 5 3 ，3 0 0 t h e r e f o r e , b yc o n t r o l l i n gt h ei n i t i a t o ra n dc o i n i t i a t o rd o s a g ei n t ot h eo p t i m u mr a n g e , d l - p l aw i t hm a x i m u mm o l e c u l a rw e i g h tw a so b t a i n e d ( z ) b a s e do nt h ed e s i g ns t r a t e g yo f b u l kb i o m i m e t i cm o d i f i c a t i o no r 跖g l n e e r i n go fm a t e r i a l s ”，p o l y ( d ，l - l a e t i ca c i d ) w a sm o d i f i e di nt h eb u l kw i t hm a l e i ca n h y d r i d eq a ) ，a l i p h a f i cd i a m i n e0 9 a ) a n db i o a c t i v ep e p t i d ea r g - g l y - a s p - s e r ( r g d s ) ，v重庆大学博士学位论文s e q u e n c e l y t h ea d v a n t a g eo fu s i n gm ai sd u et oi t sh i g h l yr e a c t i v ea n h y d r i d eg r o u p s b u t a n e d i a m i n e ( b d a ) i se x p e c t e dt on e u t r a l i z et h ea c i d i cd e g r a d i n gp r o d u c t so fd l - p l a t h ea d h e s i v ep e p t i d er g d si ss e l e c t e da sc e l ll i g a n dt op r o m o t ec e l la t t a c h m e n ta n dg r o w t h f t r1 3 cn m ra n dx p sa n a l y s i se x h i b i t e dt h a t ，o nt h ec o n d i t i o no fm a i n t a i n i n gt h em a i nc h a i ns t r u c t u r e ，m aw a ss u c c e s s f u l l yi n t r o d u c e di n t ot h es i d ec h a i no fd l - p l ab yt h ew a yo fm e l t i n gf r e er a d i c a lc o p o l y m e r i z a t i o nu s i n gb e n z o y lp e r o x i d e ( b p o ) 髂a ni n i t i a t o ra n dm am o d i f i e dd l - p l a ( m p l a ) w a so b t a i n e d t h eo p t i m u mr e a c t i v ec o n d i t i o no fm p l ap r e p a r a t i o nd e t e r m i n e db yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g nw a sc a r r i e do u ta t8 0 f o r1 0 ha n da d d e d3 w t o fb p o ( m aw e i 曲tb a s i s ) t h er e s u l t so fr h o d a m i n e - c a r b o x y li n t e r a c t i o nm e t h o ds h o w e dt h a tw h e nt h ed o s a g eo fm aw a s5 ，1 0 a n d2 0 ( d l - p l aw e i g h tb a s i s ) ，t h em ag r a f t i n gr a t i o i n m p l a w a s1 6 1 ，2 5 8 a n d3 1 6 ，r e s p e c t i v e l y h o w e v e r , c o m p a r e dt 0t h em o l e c u l a rw e i g h to fp u r ed l - p l a ( m w = 1 3 2 ，8 0 0 ) ，t h em wo fg r a f t e dp o l y m e r sd e t e c t e db ym a l l sa n a l y s i sd e c r e a s e da b o u t2 8 6 ，1 0 7 7 a n d2 8 2 4 ，r e s p e c t i v e l y f r n l1 3 cn m ra n dx p sa n a l y s i si n d i c a t e dt h a t 。b d aw a ss u c c e s s f u l l yg r a f t e di n t ot h eb a c k b o n eo fd l p l at h r o u g ht h en - a c y l a t e do fa r d a y d f i d eg r o u p si nm p l aw i m - n h 2i nb u t a n e d i a m i n ea n dd a m o d i f l e dd l - p l a ( d p l a ) w a so b t a i n e d n i n h y d r i nm e t h o dw a su s e dt od e t e c tt h eb d ac o n t e n ti nd p l am a t e r i a la n dt h e r e s u l t sr e v e a l e d t h a t , 研t l l t h e i n c r e a s e o f m a c o n c e n t r a t i o n i n m p l a f r o m1 6 1 t 02 5 8 ，t h ep e r c e n t a g eo f b d a i nd p l a b a c k b o n ea l s oi n c r e a s e df r o m1 3 7 t 02 2 0 ，r e s p e c t i v e l y b i o a e t i v ep e p t i d e sr g d sw e r el i n k e dt od l - p l av i aas t a b l ec o v a l e n ta m i d eb o n db yu s i n ge a r b o d i i m i d e 鹤ac o u p l i n ga g e n tt op r o d u c eb i o m i m e t i cd l - p l a ( b p l 舢m a t e r i a l t h er e s u l t so fa a ae x h i b i t e dt h a tr g d sw e r ec o u p l e dt ot h eb p l aa tac o n c e n t r a t i o no f 5 1 2 1 - t m o l ga n dt h ec o u p l i n ge f f i c i e n c yw a sf o u n dt ob e2 2 4 ( 3 ) t h ep r o p e r t i e so fv a r i o u sp o l y ( d l - l a c t i ca c i d ) b a s e ds u b s t r a t ef i l m sw e r ei n v e s t i g a t e d ，i n c l u d i n gs u r f a c ew e t t a b i l i t ya n db i o d e g r a d a t i o n t h es u r f a c ew e t t a b i l i t ye v a l u a t i o nw a sb a s e do ns t a t i cw a t e rc o n t a c ta n g l e ( s e s s i l ed r o pc o n t a c ta n g l e ) a n dw a t e ra d s o r p t i o nr a t i o ，w h i l et h ea c t u a ld e g r a d a t i o ne x p e r i m e n t a t i o ni nv i t r ow a su s e dt oe s t i m a t et h eb i o d e g r a d a t i o nb e h a v i o r t h er e s u l t sa sf o l l o w s ：t h es t a t i cw a t e rc o n t a c ta n g l eo fd i f f e r e n td l - p l ab a s e dm a t e r i a l sw a si nt h es e q u e n c eo fm p l a d l - p l a d p l a b p l 九w h i l et h ew a t e ra d s o r p t i o nr a t i ow a si nt h es e q u e n c eo f b p l a d p l a n 口i a d l p l a t h eo b t a i n c dr e s u l t sr e v e a l e dt h eb e s t英文摘要h y d r o p h i l i c i t yf o rb p l aa n dt h es e c o n df o rd p l a ，s u g g e s t i n gt h a tt h e s ea r et w ok i n d so f p r o m i s i n gb i o m e d i c a lm a t e r i a l so w n i n gg o o dh y d r o p h i l i c i t ya n db i o c o m p a t i b i l i t y i nt h ew h o l ed e g r a d i n gp e r i o do fd l - p l aa n dm p l am a t e r i a l s ，t h ep hv a l u eo ft h em e d i u md e e r e 髂e ds i g n i f i c a n t l y , e x h i b i t i n go b v i o u sa c i dc a t a l y z e da u t o a c c e l e r a t i n gd e g r a d a t i o n h o w e v e r , t h ed e g r a d i n gp r o d u c t so fd p l aw e r en o ta c i d i co rj u s t w e a k l ya c i d i ca n dt h ep hc h a n g er a t eo f t h em e d i u ma l w a y sl o w e rt h a n0 3 p h w e e k m o r e o v e r , w i t ht h ei n c r e a s eo fb d ap e r c e n t a g ei nd p l am a t e r i a l ，t h ed e e r e 髂eo fp hv a l u et u r n ss l o w a l la b o v ei n d i c a t e dm a tt h ei n c o r p o r a t i o no fa l i p h a t i cd i u m i n ei n t ot h eb a c k b o n eo f d l - p l a m e e to u rd e m a n d s ( 4 ) t h eb i o c o m p a t i b i l i t yo f v a r y i n gp o l “d ，l - l a c t i ca c i d ) b a s e dm a t e r i a l sw i t hr a t so s t e o b l a s t sw a s 鹤f i m a t e db ym e a n so fc e l lm o r p h o l o g y ( s e mo b s e r v a t i o n ) ，a d h e s i o na n ds p r e a d ( m i e r o p i p e t t ea s p i r a t i o ns y s t e m ) ，p r o l i f e r a t i o n ( m t ta s s a m ，d i f f e r e n t i a t i o n( a l pa c t i v i t y ) a n dm i n e r a l i z a t i o n ( c a l c i u ms e c r e t i o n ) 1 1 1 er e s u l t sr e v e a l e d ：c o m p a r e dw i t hd l - p l am a t e r i a l ，a l l 曲t a i n e dr e s u l t ss h o w e dt h a td p l ah a dt h eb e t t e rc y t o c o m p a t i b i l i t y , m a i n l yd u et ot h ec o n s i d e r a b l e - n h 2a n d c o o hg r o u p si nd p l ab a c k b o n e a l lt h e s ef u n c t i o n a lg r o u p sc o u l di m p r o v et h ep r o t e i na d s o r p t i o na b i l i t yo fm a t e r i a l st h r o u g ht h ei n e r e a s eo fs u r f a c ew e t t a b i l i t ya n dc h a r g ea n dt h e np r o m o t eo s t e o b l a s t sa t t a c h m e n ta n dg r o w t h ( 爹c o m p a r e dw i t hd p l aa n dd l - p l am a t e r i a l s ，b p l ah a dt h eb e s tc y t o c o m p a t i b i l i t y , i n c l u d i n ge x c e l l e n tc e l lm o r p h o l o g ya n di n c r e a s e da d h e s i o n ,s p r e a d i n g , p r o l i f e r a t i o n ，d i f f e r e n t i a t i o na n dm i n e r a l i z a t i o na b i l i t i e s ，a t t r i b u t i n gt ot h eb i o a c t i v ep e p t i d e sr g d sm e d i a t e ds p e c i f i ci n t e r a c t i o nb e t w e e nc e l la n ds u b s t r a t ef i l m s t h e r e f o r e ，b p l aw a sap r o m i s i n gb i o m e d i c a lm a t e r i a la n dh o p e f u lt og a i np o t e n t i a l l yw i d ea p p l i c a t i o ni nb i o m e d i c a lf i e l d s ，e s p e c i a l l yi nt i s s u ea n # n e e r i n g k e y w o r d s ：b i o m e d i c a lm a t e r i a l ，e x l r a c e l l u l a rm a t r i x ，p o l y ( d ，l - l a c t i ca c i d ) ，b u l kb i o m i m e t i cm o d i f i c a t i o n ，b i o c o m p a t i b i l i t y ,b o n et i s s u ee n g i n e e r i n g主要缩略词英文缩写a a aa l pb d ab p l ab p od ad c cd l l ad l p l ad p l ad s ce c mf r i rm am a i i ，sm nk 口l am wm wn m rp b sp dp l ap 但r g dr g d ss e mt h fx p s主要缩略词英文全称a m i n oa c i d a n a l y z e ra l k a l i n ep h o s p h a t a s eb u t a n e d i a m i n er g d sm o d i f i e dp l a ( b i o n f i m e t i cp l a )b e n z o y lp e r o x i d ed i a m i n en n - d i c y c l o h e x y l c a r b o d i i m i d ed ，l - l a c t i d ep o l y ( d ，l - l a c t i ca c i d )d i a m i n em o d i f i e dp l ad i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t e re x t r a c c l l u l a rm a t r i xf o u r i e r t r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o m e t r ym a l e i ca n h y d r i d em u l t i - a n g l el a s e rl i g h ts c a t t e r i n gn u m b e r - a v e r a g em o l e c u l a rw e i g h tm a l e i ca n h y d r i d em o d i f i e dp l aw e i g h t - a v e r a g em o l e c u l a rw e i g h tm o l e c u l a rw e i g h tn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c es p e c 臼o m e t e rp h o s p h a t eb u f f e r e ds a l i n ep o l y d i s p e r s i t yp o l y ( l a c t i c a c i d )p o l y t e t r a f i u o r o e t h y l e n ea r g - g l y - a s pa r g - g l y a 印一s e rs c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p yt e t r a h y d r o f u r a nx - r a yp h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p yx 中文名称氨基酸分析仪碱性磷酸酶丁二胺粘附肽r g d s 改性聚乳酸过氧化二苯甲酰二胺n ，n 一二环己基碳二亚胺d l 丙交酯聚( d ，l - 乳酸)二胺改性聚乳酸差示扫描量热计细胞外基质傅立叶变换红外光谱仪马来酸酐多角度激光光散射仪数均分子量马来酸酐改性聚乳酸重均分子量分子量核磁共振波谱仪磷酸盐缓冲液多分散性( 分子量分布)聚乳酸聚四氟乙烯精氨酸一甘氨酸天冬氨酸精氨酸一甘氨酸一天冬氨酸丝氨酸扫描电镜四氢呋喃x 射线光电子能谱仪独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重鏖太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签吁签字日期：矽年j 2 月俗日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重庞太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重麽太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密() ，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密( ) 。( 请只在上述一个括号内打“”)学位论文作签字日期：导师签名：3 邕陇签字日期：埘0 年，1 月，j - 日i 绪论1 绪论在医用生物材料领域，近些年特别关注可降解生物高分子材料，一类新型的生物医用聚合物材料。这类材料能在机体生理环境下，通过水解、酶解等过程而被降解成小分子物质，这些小分子中有些是体内自身就存在的，例如氨基酸、二氧化碳、水等，最后通过机体的新陈代谢被完全转化、吸收或排泄，从而对机体不产生任何毒副作用【i 】。其中，骨组织工程用可降解生物材料作为引导骨种子细胞移植和新骨生长的支架材料，可以是人工合成的或天然衍生的生物可降解材料，用以作为细胞外基质( e x 仃a c e l l u l a rm a t r i x ，e c m ) 的替代物。由于骨组织是人体赋有支撑作用的组织，因而不同于其它组织工程支架材料。理想的骨组织工程细胞外基质材料要求除了具有良好的生物相容性和生物可降解性、无免疫原性或低免疫原性之外，还应具有良好的骨诱导性和骨传导性、良好的材料细胞界面以及良好的可塑性和一定的机械强度【2 ，3 1 。因j f 匕，一仉良- 。，卤胞外基质材料的选择和制备是骨组织工程中十分重要而迫切的任务。1 1 问题的提出及研究意义据文献资料显示，目前可用作骨组织工程基质材料的生物可降解聚合物主要包括：聚乳酸( p o l y l a c t i ca c i d ，p l a ) 、聚乙醇酸( p o l y g l y e o l i ca c i d ，p g a ) 、聚偶磷氮( p o l y p h o s p h - a z c n e s ) 、聚原酸酯( p o l y o r t h o c s t e r , p o e ) 、聚己内酯( p o l y c a p r o l a c t o n e ，p c l ) 、聚酯氨酯( p o l y e s t e r u r e t h a n e ) 、聚羟丁酯( p o l y h y d r o x y r a t e ，p h b ) 及其共聚物等【4 】。其中，聚乳酸由于其降解产物乳酸是体内参与三羧酸循环的中间代谢产物，在体内的吸收和代谢机理确切，因而具有优良的生物相容性和生物安全性，已成为迄今研究应用最多的合成生物可降解聚合物，并已获得美国f d a 的批准在临床上应用。聚乳酸的研究和开发可追溯至l j 2 0 世纪3 0 年代。早在1 9 3 2 年，被誉为高分子化学之父的c a r o m e r s 【5 】采用直接缩合的方法，将乳酸在真空状态下反应得到了聚乳酸，但由于合成出的聚乳酸分子量低，力学性能差，不可能获得实际应用，因此c 啪t l l e r s 最终放弃了对聚乳酸的研究，转而发明了尼龙。2 0 世纪4 0 年代，f i l a c h i o n e等f 6 】探索聚乳酸的合成方法，研究过本体聚合和溶液聚合，他们直接利用乳酸的自酯化反应试图合成聚乳酸，但所得聚合物的分子量仍较低，因此在材料方面没有什么应用价值。1 9 5 4 年，美国d up o n t 公司采用了不同于前人的聚合方法，即先环化制备丙交酯以除去副产物水，然后由丙交酯开环聚合的二步法获得了高分子量聚乳酣”。但当时人们对其性能认识不足，聚乳酸的合成与应用未能引起足够的重重庆大学博士学位论文视。1 9 6 2 年，美国c y a n a m i d 公司发现用聚乳酸制作的手术缝合线不会引起过敏，且具有良好的生物相容性和生物可降解性，从而为聚乳酸找到了实际应用途径【8 】。进入2 0 世纪7 0 年代，随着聚乳酸在人体内的降解性和高度安全性得到进一步确认，其应用研究也逐渐扩展到药物控释材料、体内植入材料、组织工程支架材料和骨折内固定材料 9 - 1 2 】，并且人们发现聚乳酸也具有通用塑料的性能1 1 3 1 4 1 。因此，聚乳酸材料研究成为了国内外广泛关注的一大热点。尽管目前对聚乳酸的研究很多，发展很快，然而单纯的聚乳酸材料仍存在以下几方面的问题【”47 】：( 1 ) 在体实验时发现，高分子量的聚( l - 孚l 酸) ( l - - p l a ) 在体内长达八年仍然没有完全降解，人们猜测这可能会引起一些无法预测的后果。然而较高分子量的聚( d ，l 广乳酸) ( d l p l a ) 在体内的降解时间仅为数周到几十周不等，在时间上能满足骨损伤愈合的要求，但这种材料在降解后期的力学性能较差，不能满足组织工程支架材料和通用完全可降解塑料对其力学性能的要求；( 2 ) 聚乳酸属于体型降解材料，在降解过程中因降解产物乳酸局部累积而形成酸性环境，从而产生酸致自催化降解效应，导致材料内部产生垮塌性降解，并且难以控制其降解和吸收的速率，同时酸性降解产物的过度积累使局部酸度过大而出现非感染性炎症，严重时会产生局部积水；( 3 ) 更为重要的是，聚乳酸材料表面的疏水性较强，在作为组织工程支架材料和药物投递材料时会严重影响其与细胞和药物的亲和性。一些实验结果表明，聚乳酸在植入体内早期不太利于组织的适应性生长，并有轻度水肿反应；( 4 ) 理想的组织工程支架材料除应具有易于加工成各种复杂的物理形状这一特点以外，还应提供能与特定细胞具选择性作用的官能团，以及适于细胞附着、生长和分化的化学表面，以提高材料的生物相容性和生物专一性，而聚乳酸材料不具备这样的条件。以上所述这些缺陷主要与聚乳酸材料的分子构造密切相关。为了克服聚乳酸材料的上述缺陷和满足其在生物医学工程领域的使用要求，近年来许多研究都集中在对聚乳酸材料的改性研究上14 ，1 8 - 2 4 】，其中尤以对其进行仿生化修饰是国内外研究的一大热点【2 5 0 9 1 。通过将胶原、活性肽、生长因子等生物活性分子对聚乳酸进行表面或整体修饰而制成的聚乳酸基仿生细胞外基质材料，在改善材料的亲水性和细胞亲和性方面取得了显著效果，这对于聚乳酸在组织工程支架材料和药物投递系统等医学领域的应用以及在通用完全可降解塑料方面的产业化生产和大规模应用都将起到极大的推动作用，具有重要的科学意义、潜在的经济效益和深远的社会意义。21 绪论1 2 国内外研究现状1 2 1 仿生材料研究现状仿生的目的是分析生物过程和结构并用于未来的设计。比较系统的现代仿生研究，从2 0 世纪6 0 年代才逐步活跃起来。材料仿生的研究则相对较晚。英文起初使用的仿生学是 b i o n i c s ”，它着眼于使用电子系统的知识仿制生物部分功能的电子器件。至上个世纪9 0 年代出现了 b i o m i m e t i c s 一词，意思是模仿生物。近年来国外出现 b i o i n s p i r e d ，一词，意为“受生物启发”而研制的材料或进行的过程。这个词含义较广，争议较少，似乎更贴切，因而逐渐为材料界所接受。因此，可以这样来给仿生材料下定义：受生物启发或者模仿生物的各种特征而开发的材料称为仿生材料。近年来，材料科学与生命科学交叉，特别是对生物材料形成过程进行的研究，使研究者们得到启发，能将传统人造材料领域扩大到生物材料领域，涉及生物大分子、生物合成和基因技术等【3 ”。材料仿生的研究范围广泛，包括微结构、生物组织形成机制、结构和过程的相互关系，最终利用所获得的结果进行材料的设计与合成。从仿生材料使用的场合来看可分为医用材料、工程材料和功能器件等。从材料学的角度可以把材料仿生分为几大方面：成分和结构仿生、过程和加工制备仿生、功能和性能仿生等。关于组织工程中使用的医用生物材料，由于再生修复和组织工程的发展对生物材料提出了新的要求，即要求材料除应具有良好的加工性之外，还需要提供能与细胞具功能性作用的官能团，造就适于细胞附着、生长和分化的基质材料表面。基于这种思想，t i e a l y _ 【3 1 ，3 2 】于1 9 9 9 年提出了“材料仿生修饰m 程”( b i o m i m e t i em o d i f i c a t i o n o r e n g i n e e r i n go f m a t e