超临界CO2发泡利用超临界CO2对聚合物的塑化作用,降低聚合物的玻璃化转变温度和熔融温度,在温和的条件下制备得到多孔支架。目前对利用超临界CO2发泡制备高密度微孔材料的研究较多,关于组织工程支架制备方面的研究仍处于发展阶段。本文以PLGA为基质,基于超临界CO2发泡技术制备了具有可控孔结构的多孔PLGA支架,在此基础上得到了负载生物活性因子的多孔PLGA支架,深入研究了生物活性因子的负载方法及其从多孔支架中的释放行为与释放机理,以期用于骨组织工程中。首先,以亚微米级NaCl(<1μm)为致孔剂,利用超临界CO2发泡/颗粒沥滤法制备具有开孔结构的PLGA支架。其中NaCl颗粒不仅可以作为致孔剂,沥滤后在基质内形成微孔,而且可以作为成核剂,有效增强发泡过程中的成核行为。当NaCl的添加量为5%和20%时,均可得到具有开孔结构的支架,其孔径分别为170±44 μm和67±25 μm。随着NaCl添加量增加至50%,NaCl颗粒更利于形成气核,不利于气核生长,易在发泡中形成微小孔,同时支架中由NaCl颗粒沥滤形成的微孔增多,制备得到的支架孔径呈减小的趋势。另外,操作压力与温度通过改变CO2在聚合物中的溶解、扩散和聚合物的玻璃化转变温度及黏度,影响制备得到的支架的多孔结构。其次,引入成核剂超临界CO2发泡法一步制备具有双/多模式孔结构的复合支架,其中亚微米级羟基磷灰石不仅在发泡过程中承担成核剂的作用,而且可有效提高多孔支架的机械强度和生物活性。在实验条件范围内,即成核剂的添加量5～20%,操作温度35～55℃,泄压速率低至0.1 MPa/min,均可以很好地制备得到具有双模式孔结构的支架。操作压力对发泡过程的影响较大,当压力小于9MPa时,可以得到具有多模式孔结构的支架;而当压力大于15 MPa时,易形成具有高密度微孔分布的多孔结构。引入羟基磷灰石作为成核剂,制备得到的复合支架的连通孔隙率为52.53±2.69%～83.08±2.42%,压缩模量为2.67±0.37～18.15±5.16 MPa,可以基本满足硬骨和软骨组织的要求。该方法避免了颗粒沥滤过程,可以一步制备具有双/多模式孔结构的复合支架。第三,基于超临界CO2发泡技术制备负载生物活性因子的多孔PLGA支架。活性因子负载的形式直接决定了其在支架中的分布和释放行为,本研究针对三种活性因子,分别采用了不同的负载方式,研究活性因子从支架的释放行为。(1)将超临界溶液浸渍与发泡相耦合,在药物负载的同时实现基质的发泡,制备负载布洛芬的多孔PLGA支架。药物负载量为3.65±0.67%(w/w),经超临界CO2浸渍到基质中的布洛芬可作为随后发泡过程的成核剂,增强成核行为。(2)采用共溶/乳化-溶剂挥发法制备负载地塞米松的PLGA微球、压片,随后利用超临界CO2发泡/颗粒沥滤法制备负载地塞米松的多孔支架。与布洛芬的情形相似,地塞米松在发泡过程中也有助于形成气核、孔合并和孔壁破裂,形成连通性较好、孔壁粗糙的支架。(3)对于水溶性较好的白蛋白分子,将其包裹于另一种微球载体葡聚糖G50内,冻干后再与PLGA基质混合压片,发泡得到的支架具有更稳定的释放效果。结果表明,利用三种不同的负载方式制备得到的负载生物活性因子的多孔支架具有不同的释放效果,为实现两种以上活性因子的负载及多重释放模式奠定了基础。利用Ritger-Peppas方程对生物活性因子从多孔PLGA支架中的释放行为进行拟合,布洛芬和白蛋白的释放属于菲克扩散;地塞米松属于非菲克扩散。最后,以小分子药物为代表,详细考察了载药支架释放体系中聚合物、药物和水三者之间的相互作用,研究药物从多孔PLGA支架的释放机理。利用超临界溶液浸渍负载的布洛芬和共溶/乳化-溶剂挥发法负载的地塞米松均以分子形式均匀分散在聚合物基质内部,聚合物的自由体积和链蠕动性会影响药物的扩散,其中链蠕动性占据主导地位。水分子以本体水或弱氢键结合的结合水形式扩散进入PLGA内,促进PLGA链段的运动,与PLGA的基团发生弱氢键和疏水相互作用。水分子与PLGA之间的相互作用会影响多孔支架的体积、孔结构和孔隙率,特别是对具有高密度大孔结构的支架。与PEG共聚有助于改善PLGA的亲水性,在生理条件下改性PLGA支架仍能维持多孔结构。此外,药物从多孔支架的释放也会受到此相互作用力影响。疏水性较强的PLGA会阻碍水分子扩散进入基质内部,影响药物通过溶解进行扩散,而加速药物通过聚合物链的蠕动性进行扩散。布洛芬、地塞米松和PLGA在水中均带负电,会产生静电排斥作用。分析表明布洛芬从多孔PLGA支架中的释放速率应大于地塞米松,这与实验结果相一致。超临界CO2发泡技术的优势在于过程简单、不使用有机溶剂、操作条件温和,本文基于scCO2发泡技术制备了具有双/多模式孔结构的复合组织工程支架和具有生物活性的支架,并研究了药物从多孔支架中释放的机理,对新型支架设计开发和细胞培养过程均具有指导意义。