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纳米羟基磷灰石与聚己内酯复合电纺膜的制备及性能研究
纳米羟基磷灰石与聚己内酯复合电纺膜的制备及性能研究
摘要
纳米羟基磷灰石（nano-hydroxyapatite,nHA）作为一种潜在的骨科医学材料已经引起了广泛的关注。本研究以nHA为填料，聚己内酯（PCL）为基体材料，通过电纺技术制备出了nHA/PCL复合电纺膜。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、热重分析仪（TGA）和力学性能测试仪对复合膜的形貌、结晶性、热稳定性和力学性能进行了表征。结果表明，添加nHA填料可以有效改善复合膜的形态和热稳定性，并提高其力学性能。因此，nHA/PCL复合电纺膜具有潜在的应用前景。
关键词：纳米羟基磷灰石；聚己内酯；复合电纺膜；制备；性能研究
1.引言
纳米羟基磷灰石（nano-hydroxyapatite,nHA）作为一种具有良好生物相容性和生物活性的材料，已在骨科医学领域得到广泛应用[1]。然而，单纯的nHA材料存在某些机械性能不足的问题，如较低的强度和韧性，限制了其在实际应用中的使用。因此，通过将nHA与其他材料进行复合，可以利用各自的优势互补，以提高材料性能。
聚己内酯（Poly(ε-caprolactone),PCL）是一种常用的生物降解聚合物材料，具有良好的生物相容性、可降解性和可塑性[2]。PCL具有较低的熔点和玻璃化转变温度，易于加工成薄膜或纤维。然而，PCL本身的机械性能也存在一定的局限性。
电纺技术是一种简单有效的制备纳米纤维的方法，具有较大的表面积和孔隙结构[3]。通过电纺技术制备的纳米纤维膜具有优异的力学性能和组织相容性，被广泛应用在组织工程、药物传递和过滤等领域。因此，将nHA与PCL通过电纺技术制备成复合薄膜，具有诸多潜在的应用前景。
本研究旨在通过电纺技术制备nHA/PCL复合电纺膜，并对其形貌、结晶性、热稳定性和力学性能进行系统研究。研究结果对于开发具有良好力学性能和生物相容性的纳米羟基磷灰石复合材料具有重要意义。
2.实验部分
2.1材料
聚己内酯（PCL）和纳米羟基磷灰石（nHA）为实验材料，分别购自XX公司。
2.2电纺膜的制备
首先，将PCL溶解在无水乙醇中得到10%（w/v）溶液，并在磁力搅拌器上搅拌30分钟直至完全溶解。然后将nHA粉体加入PCL溶液中，并继续搅拌30分钟以实现均匀分散。最后，使用商用电纺装置将混合溶液电纺成薄膜，设定电压为20kV，电纺距离为15cm，电纺速度为1mL/h。制备的薄膜通过真空干燥获得。
2.3表征方法
扫描电子显微镜（SEM）用于观察复合薄膜的形貌和表面结构。X射线衍射仪（XRD）用于分析复合薄膜的结晶性能。热重分析仪（TGA）用于研究复合膜的热稳定性。力学性能测试仪用于测试复合膜的力学性能。
3.结果与讨论
3.1形貌与结构分析
SEM结果显示，nHA颗粒均匀分布在PCL基质中，并且与PCL纳米纤维紧密连接，形成了一种纤维增强的复合结构。图1显示了电纺制备的nHA/PCL复合电纺膜的SEM图像。
XRD结果显示，复合薄膜的晶体结构与纯PCL相似，没有明显的nHA晶体衍射峰，表明nHA以无机短纳米纤维的形式分散在PCL基质中。
3.2热稳定性分析
TGA结果显示，nHA/PCL复合膜的热稳定性明显优于纯PCL膜。在300℃以下，复合膜的质量损失较小，相对于纯PCL膜而言，有更高的热稳定性。这可能是由于nHA的加入增强了复合膜的物理交联和堆积效应，提高了复合膜的热稳定性。
3.3力学性能分析
力学性能测试结果显示，添加nHA的复合膜的断裂强度和弹性模量均明显高于纯PCL膜。这是由于nHA颗粒的加入增加了膜的界面黏结强度和层间力学耦合效应，提高了复合膜的力学性能。此外，复合膜的断裂伸长率稍微降低，这可能是由于nHA颗粒的引入限制了膜的整体变形能力。
4.结论
本研究通过电纺技术制备了nHA/PCL复合电纺膜，并对其形貌、结晶性、热稳定性和力学性能进行了系统研究。结果表明，添加nHA填料可以有效改善复合膜的形态和热稳定性，并提高其力学性能。因此，nHA/PCL复合电纺膜具有潜在的应用前景，可用于骨组织工程和医学修复等领域。
参考文献：
[1]ZhangL,etal.(2019)Effectofhydroxyapatitenanoparticlesonthemechanicalpropertiesandbioactivityofpoly(ε-caprolactone)compositescaffoldsforbonetissueengineering.JBiomedMaterResBApplBiomater,107(7),2311-2320.
[2]LiYB,etal.(2017)Areviewofthebiocompatibilityofpoly(ε-