納米纖維素/聚乳酸原位復合多孔支架的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于組織工程支架制備領域，具體涉及一種納米纖維素/聚乳酸原位復合多孔支架的制備方法。
【背景技術】
[0002]聚乳酸是一種熱塑性的線性脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性以及生物可降解性，強度適中，可基本滿足骨組織及軟骨組織的再生與修復等組織工程領域中作為細胞生長載體材料的要求。但是純的聚乳酸材料仍有一些不足:聚乳酸為聚酯類高分子，酯基的存在使聚乳酸具有較強的疏水性，對組織細胞的吸附能力低，不利于細胞的吸附和生長；聚乳酸只有初始的中等強度，不能作為承力部位的骨組織固定材料。
[0003]納米纖維素含有大量羥基，具有很強的親水性，并且其力學性能優異，將其與聚乳酸復合，可以很好地提高聚乳酸的親水性以及力學強度。然而納米纖維素為親水性材料，聚乳酸為疏水性材料，并且納米纖維素比表面積大，極易發生團聚，納米纖維素在聚乳酸基體中的分散性不好，制備的復合材料力學性能提高受到限制，無法充分發揮納米纖維素增強復合材料力學性能的優勢。現有研究通過對納米纖維素或聚乳酸進行改性，降低納米纖維素極性或提高聚乳酸的親水性來改善兩者之間的界面相容性，但是兩者之間缺乏化學鍵結合，界面粘合不夠理想。因此需要尋找一種可以更好地改善納米纖維素的分散性及其與聚乳酸的相容性的方法，以制備出性能更優異的組織工程支架。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種力學性能優異、生物相容性好、可完全生物降解的納米纖維素/聚乳酸原位復合多孔支架的制備方法，它的主要特征是以納米纖維素水懸浮液和乳酸為原料，通過原位聚合法制備納米纖維素/聚乳酸原位復合高聚物，大大改善了納米纖維素在聚乳酸基體中的分散性，并通過兩者之間生成了化學鍵，大大改善了納米纖維素與聚乳酸之間的界面相容性。
[0005]—種納米纖維素/聚乳酸原位復合多孔支架的制備方法，包含以下具體步驟:
取一定量的乳酸或乳酸水溶液和質量濃度為0.1-3.0%的納米纖維素水懸浮液于反應器中，在攪拌速度為100~200r/min的條件下，超聲分散30~60min，然后升溫至85~95°C，在真空度-0.08—0.09MPa下脫水3~4h，再升溫至130°C，提高真空度至-0.095—0.1MPa，脫水2~4h，按乳酸質量的0.1-2.0%加入催化劑，lh內將溫度逐步升至160~180°C，保持真空度-0.095—0.1MPa，反應10~20h，將產物用二氯甲烷溶解，無水乙醇沉淀得到納米纖維素/聚乳酸原位復合預聚物；將該預聚物置于反應器中，抽真空至真空度-0.095—0.1MPa,并升溫至100~130°C處理l~3h，然后升溫至130~155°C進行固相聚合10~30h，將產物用二氯甲烷溶解，無水乙醇沉淀，再真空干燥10~24h，得到納米纖維素/聚乳酸原位復合高聚物；按l~20g/100ml重量體積濃度將納米纖維素/聚乳酸原位復合高聚物加入體積比為1/100-20/100的水/ 二氧六環混合溶劑中，在40~70°C下均勻攪拌，待高聚物完全溶解后，超聲波分散30min，將混合物倒入模具中，置于冷凍干燥機中凍干24~72h，再于30~60°C下真空干燥24~48h，脫模即得納米纖維素/聚乳酸原位復合多孔支架。
[0006]所述的乳酸為:L_乳酸、D-乳酸、DL-乳酸。
[0007]所述的納米纖維素為:直徑為1-30納米、長度為幾十至幾百納米的棒狀納米纖維素，或直徑為1-100納米、長度為幾十至幾百微米的纖維素納米纖絲。
[0008]所述的納米纖維素與乳酸的質量比為0.1:100-5:100ο
[0009]所述的催化劑為:氯化亞錫、或氯化亞錫與對甲基苯磺酸按摩爾比1:1的混合物。
[0010]本發明所述的納米纖維素/聚乳酸多孔支架，內部為相互連通的孔隙結構，孔隙率為75?98 %，其孔徑尺寸為30?300Mm。
[0011]本發明的積極效果在于:1、以納米纖維素水懸浮液和乳酸為原料，通過原位聚合法制備納米纖維素/聚乳酸原位復合高聚物，大大改善了納米纖維素在聚乳酸基體中的分散性。2、在原位聚合過程中，納米纖維素與聚乳酸基體之間可以發生縮合反應，兩者之間生成了化學鍵，改善了納米纖維素與聚乳酸之間的相容性。3、制備的納米纖維素/聚乳酸原位復合多孔支架，其力學性能大大提高，當納米纖維素與乳酸的質量比為0.8:100時，支架的壓縮模量為87.0MPa，與純聚乳酸制備的多孔支架(19.0MPa)相比增加了 358%。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明純聚乳酸組織工程支架的掃描電子顯微鏡照片。
[0013]圖2為本發明納米纖維素與乳酸的質量比為0.6:100時，納米纖維素/聚乳酸原位復合多孔支架的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0014]為了更好地理解本發明，下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明，但是本發明保護的范圍并不局限于實施例所表示的范圍。
[0015]實施例1
取100g質量濃度為90%的乳酸水溶液和22.5g質量濃度為0.8%的納米纖維素水懸浮液于250ml三口燒瓶中，在攪拌速度為150r/min的條件下，超聲分散30min，然后升溫至90°C，在真空度-0.085MPa下脫水3h，再升溫至130°C，提高真空度至-0.095MPa，脫水3h，加入乳酸質量0.5%的氯化亞錫，同時加入與氯化亞錫等摩爾的對甲基苯磺酸，lh內將溫度逐步升至180°C，保持真空度-0.095MPa，反應10h，結束反應，產物冷卻后，用二氯甲烷溶解，無水乙醇沉淀得到納米纖維素/聚乳酸原位復合預聚物；將該預聚物置于錐形瓶中，抽真空至真空度-0.095MPa，并升溫至105°C處理2h，然后升溫至145°C進行固相聚合20h，將產物用二氯甲烷溶解，無水乙醇沉淀，再真空干燥24h，得到納米纖維素/聚乳酸原位復合高聚物；按8g/100ml重量體積濃度將納米纖維素/聚乳酸原位復合高聚物加入體積比為10/100的水/ 二氧六環混合溶劑中，在50°C下均勻攪拌，待高聚物完全溶解后，超聲波分散30 min，將混合物倒入模具中，置于冷凍干燥機中凍干48h，再于40°C下真空干燥24h，脫模即得納米纖維素/聚乳酸原位復合多孔支架。測得該支架的孔隙率為86.2%，壓縮模量為25.0MPa，與同樣條件制備的純聚乳酸多孔支架的壓縮模量(19.0MPa)相比增加了 32%。
[0016]實施例2 取100g質量濃度為90%的乳酸水溶液和45.0g質量濃度為0.8%的納米纖維素水懸浮液于250ml三口燒瓶中，在攪拌速度為150r/min的條件下，超聲分散30min，然后升溫至90°C，在真空度-0.085MPa下脫水3h，再升溫至130°C，提高真空度至-0.095MPa，脫水3h，加入乳酸質量0.5%的氯化亞錫，同時加入與氯化亞錫等摩爾的對甲基苯磺酸，lh內將溫度逐步升至180°C，保持真空度-0.095MPa，反