聚乳酸取向微孔骨修复材料的构筑及其仿生机理研究

That PLA with fixation and regeneration at the same time is an inevitable tendency in the development of bone repair materials field, and improving mechanical strength and biocompatibility is the key to guarantee its application. In this work, oriented shish-kebab structure will be fabricated by solid hot stretching technology, furthermore, through the interface oriented grain boundary, controlling nucleation sites and cell morphology during solid supercritical carbon dioxide foaming, resulted in oriented micro-porous structure that similar to load-bearing bone. Its unique oriented structure and grain boundary micro-porous will enhance the strength and tenacity, improving biocompatibility, finally obtained the PLA bone repair material with fixation and regeneration. The dynamic rheological behaviors of PLA will be studied, the evolution of structure and morphology and surface/interface properties of oriented micro-porous PLA during stretching and foaming process will be investigated, the bionic character of oriented micro-porous PLA and its biocompatible mechanism will be explored, the conclusion that mentioned can serve as the basis of the development and research of new types of lightweight PLA bone repair materials with high-strength and its application as biomedical materials.

聚乳酸（PLA）材料的骨固定功能与骨再生功能的有机结合是其在骨修复材料领域发展的必然趋势，力学强度及生物相容性是影响其应用的关键。本项目拟采用固相热拉伸方法制得PLA取向有序态串晶结构，以取向晶界界面调控其固相超临界二氧化碳发泡过程中的成核位点及泡孔形态，构建PLA类似承重骨取向微孔仿生结构，利用其独特的取向结构和晶界微孔，提高强度和韧性的同时，改善PLA生物相容性，获得兼具骨固定与骨再生功能的PLA骨修复材料。研究不同分子链缠结结构PLA的流变行为及固相热拉伸和超临界二氧化碳发泡过程中材料的结构形态及表界面性能演变，探索PLA取向微孔结构的仿生特性及生物相容机制，为新型轻质高强PLA骨修复生物医用材料的研究应用提供理论依据。

本项目针对自增强 PLA 作为内植型骨修复生物医用材料的研究发展，首先通过固相热拉伸技术利用拉伸应力使材料在高温固相下产生大范围塑性变形，促使PLA分子高度取向，形成大量取向态类串晶结构，而且由于成型温度低于PLA 的熔点，能够充分保留分子的取向结构而大幅度提高材料力学性能，形成稳定的类似骨胶纤维的有序态仿生结构，达到自增强效果。但由于骨修复材料在植入人体后要承受来自各个方向的拉、压等作用，因此要求植入体尽量能保持各向同性，而微纤化结构是一种取向自增强结构，能有效增强试样沿着拉伸流动方向的强度，造成试样强度各个方向的不均匀性，故将这种自增强结构的增强效果达到各个方向的平衡是制备内植型骨修复生物医用材料的关键。.首先选择两种不同支化剂A和B对PLA进行长支化结构的改性，以期提升聚合物的熔体流动特性。实验主要研究LCB-PLA的制备，探究其结构与性能的关系，通过流变学定性表征长链结支化构，通过Branch-on-branch（BOB）模型得到的动力学谱进行模拟分析，对长链支化结构进行定性与定量表征，分析LCB-PLA粘弹性为，在此基础上，采用DSC、XRD对LCB-PLA的聚集态结构进行表征分析，并探究PLA分子链结构与聚集态结构以及力学性能之间的关系。.进一步建立长链支化PLA固相热拉伸技术，实现PLA的高倍拉伸取向微纤化及高效自增强；研究微纤化过程中PLA多层次结构形态演变规律及形变机理，揭示PLA分子结构及微纤化程度对其表面性质及血液/生物相容性的影响机制。.在此基础上，通过超临界二氧化碳晶界发泡和本体表面附生结晶，在保留自增强结构的基础上，将表面仿生结构在材料表面各个方向实现均匀富集，充分发挥自增强结构的增强效果，形成类似天然血管内壁的仿生结构，同时提高试样各个方向的性能，实现轻质、高强、超韧、可降解骨修复材料的有机结合。