超临界流体发泡技术制备BMP-2-PLLAms/FGF-2-nHA/PLGA复合支架及体外成骨诱导效应研究

本研究将左旋聚乳酸微球(PLLAms)与纳米羟基磷灰石/聚乳酸-羟基乙醇酸(nHA/PLGA)多孔支架复合,构建可次第释放不同生长因子的骨组织工程支架.首先,制备载骨形态发生蛋白2的左旋聚乳酸微球(BMP-2-PLLAms),然后将微球与nHA/PLGA及碱性成纤维细胞生长因子2(FGF-2)按照一定的比例混合,通过超临界流体发泡制备BMP-2-PLLAms/FGF-2-nHA/PLGA复合支架.制备的BMP-2-PLLA载药微球呈规则球形,粒径分布在6~10μm之间,BMP-2载药量为1.45×10-3%,包封率为61.9%,制备的BMP-2-PLLAms/FGF-2-nHA/PLGA复合支架孔径为100~200μm,孔隙率为75.8%,抗压强度为6.8 MPa,8周降解率为19.9%.7天时,FGF-2和BMP-2的累计释放率分别为77.1%和44.2%;14天时,FGF-2和BMP-2的累计释放率分别为84.9%和61.5%.大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)的成骨诱导实验证明复合支架中释放的BMP-2和FGF-2能够持续有效地刺激BMSCs的增殖和分化,具有良好的生物活性.BMP-2-PLLAms/FGF-2-nHA/PLGA复合支架有效实现了FGF-2和BMP-2的次第释放,且能够显著地促进BMSCs的成骨分化.

超临界流体发泡技术制备含PLLA缓释微球nHA/PLGA复合支架及体外释放性能研究

本研究以胰蛋白酶(Try)为模型蛋白,将蛋白缓释微球与可降解多孔支架相结合,构建在骨修复不同阶段可控释放不同生长因子的组织工程支架。首先制备胰蛋白酶-聚乳酸微球(Try-PLLAms,ms:微球),然后复合到纳米羟基磷灰石/聚乳酸–羟基乙酸(nHA/PLGA)中,通过超临界流体发泡制备含蛋白缓释微球的多孔支架。结果表明,制备的Try-PLLAms形态良好,呈规则球形,粒径集中分布在2~7 μm,蛋白包封率为80.5%,载药量为0.89%。制备的Try-PLLAms/nHA/PLGA复合支架孔径为150~300 μm,孔隙率为50.9%~76.8%,压缩强度3.9~5.1 MPa,8周降解率为19.8%。Try-nHA/PLGA支架及Try-PLLAms微球48小时Try累积释放量达分别为85%和65.2%,而复合支架Try 48小时累积释放量为32.9%,21天累积释放量为60.6%。Try-PLLAms/nHA/PLGA复合支架的抗压强度和释放规律合适,对蛋白类药物具有良好的缓释作用,有望作为具有蛋白类药物缓释功能的组织工程支架。

聚丁二酸丁二醇酯离聚物微孔发泡性能

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)综合性能优越,但因熔体黏度低而难以用于制备微孔塑料。论文采用离子化改性提高PBS熔体黏度,用于超临界二氧化碳(sc-CO_2)发泡。将丁二酸与丁二醇预缩聚后,添加二乙醇胺盐酸盐和二异腈酸六亚甲基酯(HDI)进行扩链反应,制备氨基离子浓度(UIC)为1%~5%的PBS离聚物(PBSUI),再以sc-CO_2发泡制备PBSUI微孔塑料。采用动态流变仪和X射线衍射测试PBSUI的流变行为和结晶性能,随着UIC的增加,由离子簇聚集产生的物理交联提高了PBSUI的熔体黏度和松弛时间,发泡前后PBSUI结晶度和球晶的直径均降低。扫描电镜结果表明,随着UIC增加,PBSUI泡孔由圆形转变为多边形,泡孔平均直径(D)、壁厚和开孔率下降,而泡孔密度(N_f)和发泡倍率则上升。当UIC为3%,PBSUI的D为2.05μm,N_f达1.73×10^(10)cm^(-3),发泡倍率超过10,由离子簇聚集引起的物理交联和异相成核作用,显著提高了PBSU的发泡性能,获得了泡孔形态良好的微孔泡沫塑料。

特种工程塑料泡沫研究进展

特种工程塑料具有高强度、高模量、耐高温等优异的综合性能,但该类材料的加工温度过高,导致其基本无法采用传统的发泡工艺对其进行发泡,而超临界流体发泡技术为制备特种工程塑料泡沫提供了可能。首先,对超临界流体发泡技术的原理、成型方式以及发展现状进行了介绍,然后综述了超临界流体发泡技术在制备特种工程塑料泡沫方面的研究进展,其中,重点阐述了几种典型的聚芳醚类特种工程塑料微孔泡沫的制备,泡孔结构的调控方法及其性能的研究。最后,对特种工程塑料泡沫的发展现状进行了总结,并有针对性地提出了目前特种工程塑料发泡方法在材料设计、设备研发、过程控制方面亟待解决的问题。

泡沫/实体交替层状硅橡胶材料的构筑与力学性能

使用羟基硅油作为结构控制剂调节硅橡胶的弹塑性,并采用超临界二氧化碳发泡构筑了泡沫/实体交替层状硅橡胶材料,对该材料的泡孔结构和层结构进行了表征,研究了泡沫/实体交替层状结构对硅橡胶泡沫力学性能的影响。结果表明,当硅橡胶中羟基硅油含量为1份(质量,下同)(实体层)、7份(泡沫层)时,制备出泡沫/实体交替层状硅橡胶材料,该材料较普通硅橡胶泡沫具有更小的泡孔尺寸(2.3μm),其泡沫层具有更高的泡孔密度(1.44×10^10个/cm^3)、更高的拉伸强度(5.09 MPa)和更好的抗压缩性能。

聚合物发泡与多孔功能材料的研究与应用进展

封闭独立(闭孔)和相互贯通(开孔)的孔洞结构可在聚合物基体中引入均匀分布的气体和固相/气相界面,这赋予了聚合物材料轻量化的优势和新的功能性.过去的十年中,我们课题组围绕多相多组分聚合物微孔材料的制备、有序孔结构的构筑、聚合物发泡和多孔材料的功能应用、聚合物创新发泡方法等开展了系统研究,突破了超临界流体间歇发泡技术的关键技术瓶颈并研制了核心加工装备,实现了聚合物发泡材料在运动防护等多个领域的产业化应用.本文首先介绍了孔洞结构对聚合物材料性能的影响和本课题组已开展的制孔方法及聚合物体系,重点介绍了热塑弹性体和生物可降解聚合物的超临界流体发泡行为,讨论了微孔结构的调控方法,阐明了闭孔结构实现材料轻量化和提高材料弹性的规律.其次,介绍了聚合物复合多孔材料的制备方法,阐述了多孔结构对聚合物材料的电磁波屏蔽性能、液体吸附性能、太阳能蒸发效率的影响规律及作用机制.最后,对聚合物发泡与多孔功能材料的发展进行了展望.

模腔温度对注塑微孔发泡POM盖板泡孔结构和表面质量的影响

研发一种包含电加热和水冷却的快速热循环成型技术,以改善采用超临界氮气为物理发泡剂的注塑微孔发泡聚甲醛(POM)盖板的表面质量.通过优化设计,整个模具型腔表面的温度均匀性得到明显改善.定量研究模腔表面温度(T_M)对注塑微孔发泡POM盖板的泡孔结构和表面质量的影响,并分析相关的机理.结果表明,提高T_M可减小微孔发泡POM盖板的未发泡皮层厚度,但使其泡孔的直径少量增加、分布均匀性降低.使T_M从40提高至150℃可明显改善微孔发泡POM盖板的表面质量、减小表面粗糙度达85%,而不会明显增加成型周期.T_M取150℃时可消除常规注塑微孔发泡存在的制品表面缺陷.T_M要适当高(约130℃)以在改善微孔发泡POM盖板表面质量的同时保持良好的泡孔结构.

较高注射速度下微孔注塑发泡电器盒子的泡孔结构和翘曲

采用以超临界氮气为物理发泡剂的微孔注塑发泡技术,成型聚丙烯(PP)电器盒子,定量研究2种较高注射速度(250和290 mm/s)对盒子泡孔结构、未发泡皮层厚度和翘曲的影响,根据数值模拟所得模腔厚度上温度、剪切速率、黏度和压力的分布,分析盒子泡孔结构和皮层的形成机理.结果表明,PP盒子壁内芯层形成了直径较小(小于90μm)的微孔,这主要归因于较高注射速度使模腔内熔体的压降速率和剪切速率提高,促进泡孔的成核.较高剪切应力和较低熔体温度的综合作用,使得靠近皮层处形成形状较规则的小泡孔区(直径小于20μm).研究发现,盒子侧壁沿充模方向,泡孔的密度与平均直径之间服从指数规律,皮层厚度近似线性地增加,后者归因于相应的表面温度近似线性地降低.注射速度由250 mm/s提高至290 mm/s时,盒子开口端的翘曲有所减小.研究表明较致密均匀的泡孔结构和较薄的皮层有助于减小微孔注塑制品的翘曲.

聚合物基纳米复合材料的制备方法及其微孔材料导电性能的研究

提出了一种可以连续制备聚合物/高质量分数纳米纤维复合材料的方法,先利用挤条机、滚圆机制得聚合物/纳米纤维的混合颗粒,再利用熔融挤出,制得高质量分数的聚合物/纳米纤维复合材料。利用此法制备了热塑性聚氨酯弹性体(TPU)/碳纤维(CF)复合材料,并对其进行超临界流体辅助发泡及性能测试。结果显示,CF加入会一定程度降低材料的力学性能,其中CF的质量分数为20%时,拉伸强度和断裂伸长率最大,分别为7.97 MPa和91%;TPU/CF复合材料的导电逾渗阈值介于25%~30%之间,CF质量分数为30%时体积电阻率为6.5×10^(7)Ω·mm,比25%的下降了3个数量级;随着发泡后的收缩现象,复合材料的电阻率呈先上升后下降的趋势。