生物相容性聚氨酯支架材料的研究

第24卷第2期高分子材料科学与工程
Vo l.24,No.2 2008年2月
POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING
F eb.2008
生物相容性聚氨酯支架材料的研究
王雪力1,侯 理2,谭 竞2,汤克勤1,夏和生1,刘 霆
2
(1.高分子材料工程国家重点实验室(四川大学),四川大学高分子研究所,四川成都610065;
2.四川大学华西医院血液病研究室,四川成都610041)
摘要:通过半预聚法制备了聚氨酯支架材料。

研究了不同稳定剂和开孔剂含量对支架材料形貌结构的影响,通过SEM 表征了支架材料的结构,观察了细胞在聚氨酯支架材料上的生长情况。

结果表明开孔剂用量的增大使材料的泡孔变大,并促进孔与孔之间的连接和贯通。

随着泡沫稳定剂含量增加,材料平均孔径逐渐下降,孔隙率增大,密度降低。

SEM 照片显示材料泡孔比较均匀,泡孔之间相互连接贯通。

细胞相容性研究表明,细胞能在三维支架材料上生长,并分泌出细胞外基质,支架材料具有良好的细胞相容性。

关键词:聚氨酯;支架材料;细胞相容性
中图分类号:T Q 323.8 文献标识码:A 文章编号:1000 7555(2008)02 0144 04
收稿日期:2007 07 04
基金项目:教育部新世纪优秀人才资助计划(NCET 07 0583)和四川省杰出青年学科带头人培养计划(06ZQ026 032)资助联系人:夏和生,主要从事聚合物纳米材料、乳液聚合方面的研究,E mail:xi ahs@
目前,将细胞与三维高分子如脂肪聚酯、聚氨酯等支架进行复合培养得到了广泛的研究,并呈现广阔的应用前景[1]。

用这些材料制成内部有大量相互贯穿空间的支架,能使细胞有效地粘附和进行生命活动。

聚氨酯具有良好的生物相容性,已得到了广泛的应用[2]。

赵宏生[3]等用聚氨酯载体培养仓鼠卵巢细胞,发现材料具有良好的细胞相容性。

Yang [4]等用聚氨酯作支架培养人气管软骨,细胞在支架上扩展良好,显示出支架对生成软骨组织的良好作用。

本实验采用半预聚法制备了聚氨酯支架材料,研究了不同配方对支架材料形貌和性能的影响,通过观察细胞在聚氨酯支架材料上的生长情况,研究了材料的细胞相容性,为提高毒性的检测水平和模拟活的有机体细胞所处的环境打下了基础。

1 实验部分
1.1 主要试剂
4,4 二苯甲烷二异氰酸酯(MDI):烟台万华聚氨酯有限公司;聚醚多元醇(PPG):牌号
Tdiol 1000,天津石油化工公司第三石油化工厂;1,4 丁二醇BDO:减压蒸馏提纯;六水合三乙烯二胺(C 6H 12N 2 6H 2O);丙三醇:成都科龙
化工试剂厂;泡沫稳定剂:牌号 8518;开孔剂:牌号Ortegol 501,德国Degussa 公司。

1.2 试样制备
将聚醚多元醇在120!真空脱水1h,再和MDI 按照异氰酸根与羟基的摩尔比(NCO ∀OH)为1.05∀1混合均匀,在80!预聚1h 。

然后将定量的预聚物加入已熔化的M DI,并加入扩链剂BDO 和交联剂丙三醇,以及泡沫稳定剂和开孔剂。

最后加入发泡剂水和催化剂三乙烯二胺。

搅拌均匀后浇入模具中于90!发泡成型,熟化,得到聚氨酯支架材料。

1.3 聚氨酯支架材料表征
研究了聚氨酯支架材料的密度,泡孔均匀性,孔径大小,以及孔隙率,通过光学显微镜(XSZ HS3)和扫描电子显微镜(SEM ,日本JSM 5900LV)表征了支架材料的结构。

1.4 细胞相容性测试
将支架材料用环氧乙烷消毒后分别置于
24孔板中,PBS浸泡2d,而后无血清L DMEM 培养液浸泡3d去培养液,加少量FBS浸润材料,37!孵育2h。

将体外培养的鼠的成纤维细胞株M2 10B4调整为一定浓度的细胞悬液,每块材料接种细胞悬液20mL,37!、5%CO2、饱和湿度条件下静置4h~6h,待细胞与支架材料充分贴附后加L DM EM完全培养基(含10%FBS,100U/m L青霉素,100mg/mL链霉素,0.29mg/mL谷氨酰胺,3mg/m L HEPES),37!、5%CO2、饱和湿度条件下培养3d再换入新的孔板,培养三周后拍照。

2 结果与讨论
半预聚法发泡是将聚醚多元醇和二异氰酸酯先制成预聚体,再将另一部分二异氰酸酯、水、催化剂等加入,高速搅拌下混合发泡。

半预聚法能较好地调节物料的黏度和泡沫凝胶的强度。

在预聚时应选择适宜的反应温度和催化剂用量,否则会使预聚物黏度过大,甚至固化而不能发泡。

对于发泡反应,模具的密封性也很重要,在发泡的过程中应保证模具始终有良好的密封性,使泡孔不至于崩爆或塌陷。

2.1 开孔剂用量对支架材料的影响
培养细胞时需要让营养物质进入支架的各个泡孔内,因此需要制备开孔结构的支架材料。

开孔剂的作用是降低泡沫的表面张力,促使泡孔破裂。

Fig.1和Fig.2分别是泡孔的光学显
微镜图像和孔径对开孔剂含量的关系曲线。

Fig.2 The effect of the cell opener content on the pore
diameter
可以看出,开孔剂在配方体系中的用量虽
然很小,但其相对用量对材料孔径大小的影响
却十分显著。

随着开孔剂用量的增大,材料的
泡孔变大,孔壁变薄,且断面越来越不连续。

开
孔剂含量为0.2%时,支架材料的平均孔径约
340 m,当开孔剂含量增加至1%时,材料的平
均孔径增大到约500 m。

这是由于开孔剂用
量增多,泡沫中的泡孔壁更容易被破坏,发泡时
气体冲破各个泡孔,促进了孔之间的贯通。

2.2 稳定剂用量对支架材料的影响
在发泡过程中,首先异氰酸酯和水反应生
成二氧化碳,进而体系形成微细的气泡,产生
#核化∃。

泡沫稳定剂可使互不相溶的多相体系
145
第2期王雪力等:生物相容性聚氨酯支架材料的研究
乳化成均匀的分散体系,降低体系界面张力,所以可作为成核剂。

泡沫稳定剂用量直接影响气泡的均匀性和致密性。

由于Ortegol 501开孔剂没有稳定泡沫的作用,因此需要配合亲水性的泡沫稳定剂使用。

Fig.3是不同泡沫稳定剂含量的泡孔形态结构图,Fig.4是泡沫稳定剂含量对材料密度和孔径的影响图。

可以看出,随着泡沫稳定剂含量增加,材料的平均孔径逐渐下降,孔隙率增大,
密度降低。

稳定剂用量较低时,泡沫不易稳定,能使很多微细泡孔破碎并形成较大的气孔,同时也使泡孔尺寸不均匀。

当用量较高时,由于表面张力和核化效应的因素使泡孔变小,泡孔的表面积以及泡孔的体积增加。

当泡沫稳定剂的用量超过1.22%,材料的孔径降低趋势快于孔隙率增加的趋势。

材料的孔隙率增加使材料的密度降低,
显示了质轻的特点。

2.3 SEM 分析
Fig.5是支架材料(开孔剂质量百分含量为0.4%,泡沫稳定剂质量百分含量为2.22%)的SEM 照片。

照片显示支架材料的泡孔呈圆形,并且孔壁上有与相邻泡孔相连通的小孔,泡孔比较均匀,泡孔间连续性好。

在发泡过程中,相邻泡体间存在压力差,在泡体壁不粘或固化之前,泡体壁尚处于流体或半流体状态,气压较高的泡体壁向气压低的泡体内部扩展,泡壁变
薄,并且开孔剂进一步降低了泡沫的表面张力,使泡壁无法承受压力差而破损互通,从而造成相邻泡体间的相互连通。

支架材料泡孔的贯通有利于细胞有效地进行气体交换、营养吸收、代谢物排出等,从而有利于细胞成活。

因为稳定的发泡保持了体系黏度增大和凝胶的过程一致,泡孔在各个方向上受力均匀,所以泡孔比较均匀、圆滑,泡孔间连续性较好,基本上没有崩爆的痕迹。

146高分子材料科学与工程2008年
(a)%75 (b)%100
Fig.5 The S EM photos of PU s caffold
2.4 细胞相容性测试
本研究的支架材料主要用于模拟生物衍生骨支架,为细胞提供三维生长环境。

通过在支架中培养细胞,使细胞在支架中生长繁殖。

利用在显微镜下观察和拍照(如Fig.6所示),观察了鼠的成纤维细胞株M2 10B4分泌的细胞外基质(图中箭头所指处)来确定其生长
情况,表征支架材料的细胞相容性。

研究发现,细胞能进入支架材料的孔隙中生长,PU 支架泡孔较圆滑的地方细胞生长得比较好,且分泌出大量的细胞外基质,说明材料的生物相容性较好,能为细胞提供一个模拟生物体内的生长环境以供其贴附、生长、
增殖和分化。

(a) (b)
(c)
Fig.6 Photos of cell adhesion and propagation on PU
3 结论
通过改变开孔剂和稳定剂含量可调控聚氨酯支架材料的孔隙结构。

随着开孔剂用量的增加,材料的孔径增大;随着稳定剂用量的增加,材料的孔径和密度减小,孔隙率增大。

SEM 照片显示支架材料的泡孔呈圆形结构,并且孔壁上存在与相邻泡孔相连通的小孔,泡孔之间相互连接贯通,泡孔比较均匀,泡孔的连续性较好。

在聚氨酯支架材料上培养鼠的成纤维细胞株M2 10B4,结果表明细胞在支架材料上生长良好,说明材料的生物相容性较好,能为细胞提
供一个模拟天然骨骼物理状态的生长环境以供其贴附、生长、增殖和分化。

参考文献:
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肇琦(PAN Zhao qi),等.功能高分子学报(Journal of Functional Polymers),2005,18(3):361~367.
[4] Yang L,Korom S ,Welti M ,et al .Eur.J.Cardiothorac
Surg.,2003,24(2):201~207.
(下转第151页。

to be continued on P.151)
147
第2期王雪力等:生物相容性聚氨酯支架材料的研究
[4] 王东(WANG Dong),齐宏进(QI Hong jin).棉纺织技
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151~154.
Magnetron Sputtering Used to Prepare Fluorocarbon
C oatings Deposited on PET Fabrics
HUANG M ei lin,DI Jian feng,QI Hong jin (Wuy i University ,Jiangmen 529020,China)
ABSTRAC T:Fluorocarbon coatings deposited on PET fabrics w ere prepared by means of magnetron sputtering,and effects of parameters (ty pe of fabric,power,pressure,temperature)on the applied properties of those fluorocarbon coatings were studied.The w aterproof capability and ultraviolet resistance of the PET fabrics after sputtering w ere tested and analyzed.Results indicate that the film thickness increases w hen sputtering time increases and hence the waterproof and ultraviolet resistance of the sam ple increases.During a g iven sputtering time,the increase in pow er can lead to increase in w aterproof and ultraviolet resistance of the sample,but the effect of pow er is no longer obv ious as the thickness reaches to a certain v alue.
Keywords:magnetron sputtering;PET ;PTFE;fluorocarbon coating
(上接第147页。

continued from p.147)
Structure and C ell Compatibility of Biocompatible Polyurethane Scaffolds
WANG Xue li 1
,HOU Li 2
,TAN Jing 2
,TANG Ke qin 1
,XIA He sheng 1
,LIU Ting
2
(1.State K ey Lab.o f Polymer Materials Engineer ing,Sichuan University ,
Poly mer Research I nstitute of S ichuan University ,Chengdu 610065,China;2.The H ematology Resear ch Labor atory of West China H ospital ,Sichuan
Univer sity ,Chengdu 610041,China)
ABSTRAC T:Polyurethane scaffolds w ere prepared via pre polymerization.T he influences of cell opener and foam stabilizer on the structure of scaffold w ere studied.The results show that as the content of the cell opener increased,the pore diam eter becomes larger.While the content of the stabilizer increased the proe diameter and the foam density decreases,but the pore volume ratio increases.SEM photos show that the cells of the PU scaffolds are interconnected.Finally the grow th of cells can scaffolds w as observed.The cells can adhere and secrete extra cellular matrix and grow on PU three dimensional scaffolds.The PU scaffolds have good cell compatibility.Keywords:polyurethane;scaffold;cell compatibility
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第2期黄美林等:磁控溅射法在涤纶织物上制备氟碳薄膜。