复合材料学报第28卷 第5期 10月 2011年A cta M ateriae Co mpo sitae Sinica
V ol 28
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桌面图标怎么设置大小October
2011
文章编号:1000-3851(2011)05-0096-04
收到初稿日期:2010-09-13；收到修改稿日期:2011-03-15；网络出版时间:2011-05-17 09:10:00网络出版地址:w wwki/kcms /detail/11.1801.TB.20110517.0910.017.html DO I:CNKI:11-1801/T B.20110517.0910.017
基金项目：国家自然科学基金(51072055)；国家自然科学基金重点项目(50830101)；国家重点基础研究发展计划(973计划)(2011CB606204)通讯作者：葛建华，博士，讲师，主要从事材料学研究 E -mail:
生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在
SBF 溶液中的降解和矿化性能
商正梁
葛建华
*1,3
，王迎军2，陈晓峰
2
(1.山东大学材料科学与工程学院，济南250061; 2.华南理工大学材料科学与工程学院，广州510640;
3.山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室，济南250061)
摘 要: 利用扫描电镜、X 衍射仪以及红外漫反射仪，并通过对生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在模拟体液(SBF )中失重率及模拟体液pH 值的变化的检测，系统研究了生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF 中的降解和矿化性能。结果发现：随着含有生物活性玻璃的聚乳酸支架在SBF 溶液中浸泡时间的增长,SBF 的pH 值不断下降；含有生物活性玻璃的聚乳酸支架的质量不断下降。X RD 、FT IR 谱图和SEM 图像表明：在SBF 中浸泡一定时间后，有无定型的或结晶不完善的磷灰石在含有生物活性玻璃的聚乳酸支架的表面沉积形成。关键词: 生物活性玻璃；聚乳酸；组织工程支架；降解；矿化中图分类号: T B332 文献标志码: A
Degradable performance and bio -mineralization function of bioglass/poly(lactic acid)tissue engineering scaffold in SBF
GE Jianhua
*1,3
,WANG Yingjun 2,CH EN Xiao feng
2
(1.Scho ol of M ater ials Science and Eng ineer ing,Shandong U niv ersity ,Jinan 250061,China;
2.Scho ol of M ater ials Science and Eng ineering ,South China U niv ersity of T echno lo gy ,G uangzhou 510640,China;
惜福
3.K ey L abo rato ry for L iquid -So lid Str uctural Evolut ion and P rocessing o f M aterials (M inistry of Educatio n),
Shandong U niversity,Jinan 250061,China)
Abstract:
T he deg radable perfo rmance and bio -mineralization funct ion o f biog lass/poly (lactic acid)tissue
eng ineer ing scaffolds w ere systematically studied in the simulated bo dy fluid (SBF )by measur ing pH va lue o f SBF,the loss mass r ate o f t he scaff olds and analyzing SEM pictures,XR D and F T IR spectr a of scaffo lds sur face.I t w as found that in SBF,the pH value o f SBF w ith biog lass/poly(lactic acid)tissue engineer ing scaffo lds and t he mass o f biog lass/poly(lactic acid)scaffolds decr eas w ith the pr olo ng atio n o f time.SEM pictures and XRD,FT IR spectr a show ed that there appears the depo sitio n o f car bo nate hydro xy l apatite on the sur face of the biog lass/poly (lact ic acid)tissue engineer ing scaffolds.T he r esult sho ws that t he biog lass/poly(lact ic acid)tissue eng ineering scaffo lds hav e goo d bio-mineralization function.
Keywords: bio glass;poly(lactic acid);t issue engineering scaffo ld;deg radat ion;bio-mineralization
聚乳酸(PLA)具有良好的生物相容性，无毒，降解产物可通过新陈代谢排出体外，具有热塑性，易加工，被广泛用作骨组织工程支架材料。生物活性玻璃作为无机生物医用材料中的一个重要分支，具有良好的生物相容性，无毒副作用。它们可以与周围的骨骼形成紧密牢固的化学键合，或经生物降
解形成新的骨骼成分。生物玻璃材料的研究与临床应用已成为材料学、医学以及生物化学等学科的热点
[1-7]
。
因此，本文中将生物活性玻璃加入聚乳酸基体材料制成生物活性玻璃/聚乳酸骨组织工程支架，研究其在与人体血浆成分类似的模拟体液(SBF)中
的降解性能和生物矿化性能。1 实 验
1.1 材 料
聚左旋乳酸(自制，黏均分子量M 为12100)，生物活性玻璃(溶胶凝胶法，本实验室自制)，三氯甲烷(分析纯)，氯化钠(分析纯)和模拟体液(SBF，自制，初始pH 值为7.25)。
1.2 生物活性玻璃/聚乳酸支架制备
将聚左旋乳酸(PLLA)溶于三氯甲烷，加入生物活性玻璃(SiO 280%;P 2O 54%;CaO 16%，摩尔分数)
和致孔剂氯化钠混合均匀(PLLA 与氯化钠质量比3 7;PLLA 与生物活性玻璃质量比5 1)。将混合液浇铸到培养皿上，室温下在通风橱中让三氯甲烷自然挥发成膜。将培养皿放入真空干燥箱内真空干燥48h 。然后将膜取出，用碾钵碾碎，利用模具，将材料在硫化机上以170 、15M Pa 的压力热压成直径10mm 、高1mm 的小圆盘。脱模，将小圆盘在180 下热处理5min 。等材料温度降到室温，将材料浸入装有去离子水的大烧杯中，每4h 更换一次去离子水。去离子水洗涤72h 后，将圆盘状支架材料取出，在干燥箱中37 干燥48h 。然后在真空干燥箱中,37 真空干燥48h，制得样品放入干燥器中备用。1.3 模拟体液制备
按照文献[8]制备模拟体液。将所制样品(质量约0.1g)浸入装有20mL 模拟体液的聚酯瓶中，控温37 。每周测装有样品的模拟体液的pH 值，隔一定时间将样品取出、洗净、烘干，并做相应测试。1.4 测 试
用奥立龙(Thermo Orion)mo del 818型pH 计测模拟体液的pH 值。
支架材料的失重率按照以下公式计算:w =(W 0-W 1)/W 0
骨折后吃什么恢复快式中:w 为失重率;W 0为支架样品原质量;W 1为支架样品降解后的质量。
采用D/max -3A 日本理光全自动X 射线衍射仪分析材料结构。
使用AVATAR360型傅里叶变换红外光谱仪(美国NICOLET 公司)，采用傅里叶变换红外漫反射分析技
术，在不破坏试样的条件下，对材料的表面化学及结构变化进行测定。
扫描电子显微镜(德国里奥LEO 1530VP)观
察支架的结构及表面形貌。
2 结果与讨论
2.1 模拟体液pH 值变化
从图1可以看出，随着生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF 溶液中浸泡时间的延长,SBF 的pH 值不断下降。到第10周后,SBF 的pH 值保持在6.0左右。
图1 浸有生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架的模拟体液pH 值Fig.1 pH valu e SBF w ith bioglass/poly(lactic acid)scaffold s
2.2 生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架失重率变化
从表1可以看出，随着在SBF 溶液中浸泡时间的增长，含有生物活性玻璃的聚乳酸支架材料的质量不断下降。但其实支架的质量是降解和沉积过程共同作用的结果。值得注意的是，支架在第1周的失重率即达3.67%，说明含有生物活性玻璃的聚乳酸骨组织工程支架在第1周降解迅速。
表1 生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF 中的失重率
Table 1 Loss mass ratio of bioglass/poly(lactic acid)
scaffolds in SBF
T ime/w eek 1816Loss mass ratio/%
3.67
5.68
6.45
2.3 生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架表面形态图2为生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF 中浸泡前后的扫描电镜照片。可以看出，在SBF 溶液中浸泡8周后，样品表面出现大量沉积物。经XRD 和FTIR 检测这些沉积物为碳酸羟基磷灰石。与上面的失重率检测进行对照可知，虽然在SBF 中浸泡8周后支架的质量减少了，但有溶液中的离子在支架表面沉积，支架的质量是降解和沉
97 葛建华，等：生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF 溶液中的降解和矿化性能
图2 生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在S BF中
浸泡前后扫描电镜照片
Fig.2 S EM pictures of bioglass/poly(lactic acid)scaffolds in SBF
积过程共同作用的结果。
2.4 生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架XR D谱图
图3为生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF中浸泡前后的XRD谱图。可以看出，生物活性玻璃的加入影响了聚左旋乳酸分子链的有序排列，因此聚左旋乳酸不再产生较为完善的晶区，所以在纯聚左旋乳酸支架的XRD图中2 =16 和2 =18 两个结晶峰在含有生物活性玻璃的支架的XRD图中变成弥散峰。同时由于生物活性玻璃是无定型的，初始样品并无明显结晶峰。从图3还可看出，对于在SBF中浸泡后的样品，在2 =32 存在弥散结晶峰，这说明有无定型的或结晶不完善的磷灰石在支架的表面沉积形成。
2.5 生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架FTIR漫反射谱图
图4为生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF中浸泡前后的FT IR漫反射谱图(从上到下依
次为初始样品、在SBF中浸泡1周样品、在SBF中
低烧不退妙招图3 生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF中
浸泡前后的XRD谱图
Fig.3 XRD s pectra of bioglass/poly(lactic acid)scaffolds in SBF
图4 生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF中
浸泡前后的FTIR谱图
Fig.4 FT IR spectra of bioglass/p oly(lactic acid)scaffold s in S BF
浸泡8周样品和在SBF中浸泡16周样品)。可以看到，由于初始样品中含有生物活性玻璃，因此在925cm-1处有 Si O 键的非桥氧振动峰，在410~540cm-1之间分布着 Si O Si 键的振动峰。第1周后仍可在922cm-1看到 Si O 键的非桥氧振动峰；但第8周后，非桥氧振动峰消失了。与此同时, Si O Si 键的振动峰在降解16周后依然存在，这说明非桥氧 Si O 键比桥氧的 Si O Si 键更易与模拟体液中的离子发生反应。在SBF中浸泡1周后，产生了碳酸根的标志振动峰1424cm-1和883cm-1；在SBF中浸泡8周后,P O键的标志振动峰1077cm-1和544cm-1、591cm-1也已产生。因此从生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架的FTIR谱图可以看到，浸泡在模拟体液中的支架与模拟体液发生反应，有碳酸羟基磷
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复合材料学报
灰石在支架的表面产生，表明支架具有生物活性。
老年人牲交网站3 结 论
(1)随着含有生物活性玻璃的聚乳酸支架在SB F 溶液中浸泡时间的增长,SBF的pH值不断下降。红日高照
(2)随着在SBF溶液中浸泡时间的增长，含有生物活性玻璃的聚乳酸支架的质量不断下降。
(3)XRD、FT IR谱图和SEM图像表明：在SBF中浸泡一定时间后，有无定型的或结晶不完善的磷灰石在含有生物活性玻璃的聚乳酸支架的表面沉积形成。
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葛建华，等：生物活性玻璃/聚乳酸组织工程支架在SBF溶液中的降解和矿化性能
