衰減全反射--紅外成像結合主成分分析用于聚乳酸-羥基磷灰石復合材料的體外仿生礦化研究.pdf

1、聚左旋乳酸/羥基磷灰石(Poly(L-lactic acid)/hydroxyapatite，PLLA/HA）復合材料具有良好的生物相容性、生物可降解性、較好的可塑性和較高的力學性能，是理想的骨組織工程支架材料。衡量生物復合材料性能的主要指標是降解性，其降解速度需與新組織的生長速率相一致。聚乳酸/羥基磷灰石生物復合材料的降解速度主要依賴于聚乳酸的分子量、微觀結構、結晶度以及HA的含量等。本工作采用溶劑澆鑄-鹽淅瀝法制備具有不同微觀結構的

2、PLLA/HA生物復合材料，將其置于37℃的生物模擬體液(simulated body fluid，SBF)中進行體外礦化實驗研究并采用紅外成像(ATR FTIR mapping)技術結合主成分分析(principal component analysis，PCA)方法對PLLA/HA生物復合材料在礦化過程中礦化動力學和聚乳酸基質的結晶轉變進行系統(tǒng)研究。
　　對不同礦化天數下復合材料的紅外圖像進行單變量分析，發(fā)現(xiàn)在SBF中隨著礦化

3、的進行PLLA/HA復合材料紅外圖像顏色由藍色逐漸變?yōu)榧t色，表明其礦化程度在逐漸加深;采用ATR FTIR mapping結合PCA方法進一步研究了不同礦化天數下復合材料的礦化動力學，發(fā)現(xiàn)隨著礦化的進行，聚乳酸在不斷的水解，同時在復合材料的表面及其孔壁上有新的羥基磷灰石生成。通過對不同礦化天數下多孔結構復合材料（p-PLLA/HA）和致密結構復合材料(c-PLLA/HA)的第一主成分(PC1)載荷譜中HA和PLLA的特征譜帶（1045c

4、m-1和1755cm-1）進行分析，計算它們的峰面積比值(I1045/I1755)，首次提出兩種不同的礦化動力學模型，即當PLLA/HA復合材料浸泡在SBF溶液中時，其礦化遵循零級動力學模型;而當其浸泡在PBS溶液中，其礦化遵循二級動力學模型。
　　此外，為進一步理解PLLA/HA復合材料的體外礦化進程，系統(tǒng)研究了PLLA/HA體外礦化過程中聚乳酸基質的結晶轉變情況，并首次從分子水平上提出了其礦化機制。本工作制備了三種不同構象的純

5、PLLA，通過分析其ATR FTIR光譜，發(fā)現(xiàn)兩組不同位置的峰對(1384/1361、1211/1184)可用來區(qū)分無定型PLLA(amor-PLLA)、α晶型PLLA(α-PLLA)和α'晶型PLLA(α'-PLLA)三種形態(tài)。通過計算不同礦化天數下復合材料PC1載荷譜中兩組峰對的峰面積比值，并結合XRD、DSC結果，發(fā)現(xiàn)PLLA/HA復合材料中PLLA基質的降解和結晶轉變是一個交替循環(huán)的過程。多孔結構的PLLA/HA復合材料隨著礦化