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聚(L-乳酸-co-羟基乙酸)(PLLGA)具有优良的生物相容性及可调节的生物降解性,是一种重要的生物医用材料。然而,PLLGA本身的一些性质,如较弱的热稳定性、机械性能等限制了其在生物医用领域的进一步广泛应用。利用立构化学来改善聚乳酸共聚物的本体性质是一种可行的方法,但这方面的工作目前尚未开展。难点在于高分子量PLLA为基础的共聚物与PDLA间的立构复合化非常困难。本文的主要研究思路就是通过PLLGA中加入少量的聚(D-乳酸)(PDLA)后使它们之间有效形成立构复合物(SC-PLA),从而改善PLLGA的使用性能。研究内容包括PLLGA/PDLA不对称共混体系中SC-PLA形成的影响因素及机理,优化实验条件,以期通过有效立构复合化为PLLGA各项物理性能及降解性能带来改变,并探讨SC-PLA在引起PLLGA各项本体性能变化时所发挥的作用。 首先,通过优化熔融法和溶液法来考察PLLGA/PDLA不对称共混物中SC-PLA形成的条件。在熔融法中,本实验采用了PLLGA和PDLA流延膜交替叠加再熔融的方法来研究不同温度对SC-PLA形成的影响。发现在加工温度超过240℃后不同分子链间才能达到较高的立构复合程度,因为高温下大分子链大幅热降解,形成的短链分子易于重排而有利于SC-PLA的形成。对于溶液法,本文提出了一种改进的溶液共混法能有效地促进高分子量的PLLGA与PDLA间SC-PLA的形成。优化后的条件为:在PLLGA/PDLA的氯仿溶液中加入等体积甲醇,在50℃蒸发溶剂4h,再加入3.5倍于氯仿体积的甲醇沉淀,真空干燥后得到SC-PLA结晶度超过70%的PLLGA/PDLA粉体。 其次,SC-PLA形成后在PLLGA基体中主要发挥结晶成核作用及形成物理交联点而导致材料性能改变,这些作用对PLLGA各方面性能产生着不同的影响。SC-PLA晶体可以作为晶核促进PLLGA的结晶,PDLA含量及分子量对PLLGA结晶速率有着重要影响。PLLGA/h-PDLA复合材料在PDLA含量为1~7 wt%时对PLLGA结晶有较好的促进作用;而PLLGA/m-PDLA和PLLGA/l-PDLA共混物中PDLA含量达到5wt%后才能显著提高PLLGA的结晶速率。对于所有分子量的PDLA,当其含量高于7wt%后这种促进PLLGA结晶的作用都会下降。 另外,由于SC-PLA是体系中两项聚合物共同形成的结晶体,该晶体分散在PLLGA基材中发挥着交联点的作用,从而增强了分子链间的作用力,因此可以提高PLLGA的热稳定性及力学等性能。在低于240℃时,高含量(PDLA含量≥5wt%)的SC-PLA能够提高PLLGA的热稳定性;而超过240℃,由于SC-PLA被破坏所以对PLLGA热稳定性没有明显影响。SC-PLA对PLLGA力学性能的影响则与其交联作用、团聚及分布有着密切关系。对于未退火的PLLGA/PDLA复合材料,PLLGA力学强度的提高并不是和SC-PLA含量呈线性关系,而是在PDLA含量为1wt%时达到最大,拉仲强度和存储模量分别提高约30%和44%。因为此时SC-PLA在PLLGA基体中的含量适中、分散较为均匀,从而物理交联作用显现。但随着SC-PLA含量的增大,其会发生一定程度的团聚,对SC-PLA的交联作用及PLLGA微相结构起到了消极影响,不利于提高PLLGA基体的物理性能。对于退火的PLLGA/PDLA复合材料,PDLA含量在0.5~7wt%时,与退火处理的PLLGA相比,拉伸强度有约17~22%的提高;而PDLA达到10wt%时,拉伸强度只有约14%的提高。因为SC-PLA交联作用在低浓度时对分子链的运动只有轻微的干扰,浓度较高时这种限制作用开始显现,尤其是分子链的长程运动能力(限域效应)。 SC-PLA对PLLGA降解的影响较为复杂。首先交联作用提高分子链的堆积密度因此降低了复合材料的吸水率,但这种影响只有在PDLA含量高于3wt%才会有明显的表现,因此低含量PDLA对PLLGA的降解没有显著影响。PDLA含量高于3wt%时,SC-PLA能够延迟PLLGA的初期降解,降解后期都会出现自加速现象。SC-PLA的存在没有改变PLLGA的降解机理,只是由于微相结构的改变导致降解速率降低。当复合材料经过退火后降解规律会发生变化。PLLGA经过退火后比纯PLLGA的降解要慢。退火后复合材料与退火后PLLGA相比水解反而加快,这是由于SC-PLA的团聚体和交联作用在退火过程造成了材料本体产生了丰富的断层和空洞,这种结构导致了水解的加速。 最后,PLLGA/PDLA复合材料的生物学表征说明其对细胞无毒副作用。与PLLGA相比,复合材料对细胞的粘附和增殖没有明显影响。