形状记忆PLA/PPDO微纳米纤维的制备及其性能研究

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形状记忆聚合物是一种智能材料,能够感知热、磁、电、光等外部刺激并做出响应从临时形状回复至原始形状。形状记忆聚合物具有质轻、变形量大等优点,目前已广泛应用于航空航天、智能制造、柔性电子、生物医学等领域。随着各研究领域对精密制造及小尺寸器件的需求增大,形状记忆聚合物等智能变形材料也向着微纳米尺寸发展。微纳米纤维具有高比表面积和孔隙率等优点,适用于生物医学领域。因此,本论文设计并制备了形状记忆聚合物复合材料,采用静电纺丝技术制备了形状记忆微纳米纤维,研究了纺丝参数对纤维结构及形貌的影响,并通过扫描电子显微镜、拉伸、水接触角、BET比表面积等表征手段系统研究了形状记忆聚合物微纳米纤维膜的微观结构、热力学、形状记忆等性能,实现了形状记忆纤维膜在药物释放和青光眼术后抗瘢痕化方面的功能验证。主要研究内容如下:针对形状记忆聚乳酸(PLA)的变形温度高、韧性差等问题,通过引入生物可降解的聚对二氧己酮(PPDO),调控复合材料的热学、力学、形状记忆等性能。进一步通过在该复合材料中加入增塑剂柠檬酸三丁酯(TBC)来实现降低转变温度和增韧的作用,获得PLA9/PPDO1+40%TBC复合材料体系的转变温度为41.3℃,且具有良好的形状记忆性能,形状回复率能够达到100%。通过活/死染色和H&E染色生物学验证,该材料具有较好的细胞增殖效果,满足生物医学应用要求。针对静电纺丝纤维膜与天然细胞外基质具有相似三维结构,利用静电纺丝技术,将上述获得的PLA9/PPDO1+40%TBC复合材料制备成微纳米纤维,研究了纺丝液浓度和环境湿度对纤维微观结构、形貌及纤维直径与分布的影响。由于纺丝过程中的表面屈曲不稳定性和溶液中PLA/PPDO/TBC的相分离及固化,纤维表面具有褶皱形貌,当纺丝液浓度为22wt%时,褶皱最明显。该纤维具有较好的韧性,其断裂伸长率可达89.3%,同时具有良好的形状记忆性能,响应速度快。此外,通过宏观拉伸和形状记忆效应能够使纤维的表面形貌在褶皱和光滑之间转换。通过将纺丝液与药物溶液混溶经静电纺丝制备形状记忆PLA/PPDO载药纤维膜。分别研究了载药量和形变对载丝裂霉素(MMC)/盐酸阿霉素(DOX)纤维膜的药物释放行为的影响。对于同种药物,载药量越大,药物释放速率越快,药物累积释放量越大;且拉伸变形后的载药纤维膜的药物释放速率要快于原始形状。为模拟眼部应用环境,采用微量输液泵法对MMC纤维膜进行药物释放实验,结果与上述结论一致。此外,进一步验证了未载药/载药纤维膜的抗瘢痕化作用,该微纳米纤维膜本身即具有良好的抗瘢痕效果,载药后效果更佳,还验证了拉伸变形对瘢痕的影响。该纤维膜在实现药物智能控释的同时还具有明显的抗瘢痕化作用。
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