聚乳酸表面羧基化改性及细胞相容性研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.05.004

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (5): 17-23.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.05.004

聚乳酸表面羧基化改性及细胞相容性研究

张博¹, 王小峰¹(), 郭萌¹, 白志媛¹, 任翠红¹, 韩文娟², 宇山浩³, 李倩¹^,²

^1.郑州大学力学与安全工程学院，微纳成型技术国家级国际联合研究中心，郑州 450001
^2.郑州大学材料科学与工程学院，郑州 450001
^3.大阪大学应用化学专攻，日本大阪府吹田市 565- 0871

收稿日期:2020-12-24 出版日期:2021-05-26 发布日期:2021-05-24
基金资助:
国际科技合作项目(2015DFA30550);河南省高等学校重点科技项目(19A430003);福建工程学院开放基金项目(KF-C19009)

Study on Surface Carboxylation Modification and Cytocompatibility of Poly（Lactic Acid）

ZHANG Bo¹, WANG Xiaofeng¹(), GUO Meng¹, BAI Zhiyuan¹, REN Cuihong¹, HAN Wenjuan², UYAMA Hiroshi³, LI Qian¹^,²

^1.Zhengzhou University，International Joint Research Laboratory for Micro?Nano Moulding Technology，School of Mechanics and Safety Engineering，Zhengzhou 450001，China
^2.College of Materials Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China
^3.Department of Applied Chemistry，Graduate School of Engineering，Osaka University，Suita 565? 0871，Japan

Received:2020-12-24 Online:2021-05-26 Published:2021-05-24
Contact: WANG Xiaofeng E-mail:xiaofengwang@zzu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用紫外活化二氧化氯自由基（ClO₂·）氧化甲基的方法，在聚乳酸（PLA）表面接枝了羧基等含氧官能团，以增加PLA表面的亲水性和生物相容性。通过X射线光电子能谱分析和接触角分析，探究了改性后PLA表面元素组成的变化、最佳的氧化条件及氧化反应对PLA表面亲水性的影响。通过拉伸实验分析了氧化过程对PLA力学性能的影响。通过体外细胞增殖和细胞活性测试研究了改性后PLA表面的生物相容性变化。结果表明，羧基等含氧官能团在PLA表面成功生成；最佳氧化时间为10 min ，最佳氧化温度为90 ℃，该条件下氧化后材料的表面接触角由82 °降低至62.5 °，表面亲水性得到改善；改性后PLA的拉伸强度不变，断裂伸长率略有下降；氧化后PLA表面显示出更好的细胞黏附能力和细胞增殖能力，更有利于细胞的生长。

关键词: 聚乳酸, 表面改性, 亲水性, 细胞相容性

Abstract:

The oxygen?containing functional groups such as carboxyl groups were generated on the surface of poly（lactic acid）（PLA） by means of methyl oxidation through ultraviolet?activated sodium chlorite free radicals （ClO·）. This can enhanced the hydrophilicity and cytocompatibility of the PLA surface. The surface element composition， optimum oxidation condition， and influence of oxidation reaction on the surface hydrophilicity of PLA were investigated by X?ray photoelectron spectroscopy and contact angle analysis. The effect of oxidation process on the mechanical properties of PLA was analyzed through a tensile test. The biocompatibility of the surface?modified PLA was studied by cell proliferation and cell activity tests in vitro. The experimental results indicated that the oxygen?containing functional groups such as carboxyl group were successfully generated on the surface of PLA. The optimal oxidation time and temperature were determined to be 10 min and 90 °C， respectively. Under such a condition， the surface contact angle of the oxidized material decreased from 82 ° to 62.5 °， but its surface hydrophilicity was improved. The surface?modified PLA exhibited the unchanged tensile strength and a slight decrease in elongation at break. After oxidation， the surface of PLA showed better cell adhesion and cell proliferation， which was more beneficial to the growth of cells.

Key words: poly（lactic acid）, surface modification, hydrophilia, cytocompatibility

中图分类号:

TQ 321

张博, 王小峰, 郭萌, 白志媛, 任翠红, 韩文娟, 宇山浩, 李倩. 聚乳酸表面羧基化改性及细胞相容性研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(5): 17-23.

ZHANG Bo, WANG Xiaofeng, GUO Meng, BAI Zhiyuan, REN Cuihong, HAN Wenjuan, UYAMA Hiroshi, LI Qian. Study on Surface Carboxylation Modification and Cytocompatibility of Poly（Lactic Acid）[J]. China Plastics, 2021, 35(5): 17-23.

图/表 10

图1 PLA表面改性反应装置

Fig.1 Reaction device for surface modification of PLA

图2 氧化时间对PLA表面化学组成的影响

Fig.2 Effect of oxidation time on surface chemical composition of PLA

图3 氧化温度对PLA表面化学组成的影响

Fig.3 Effect of oxidation temperature on surface chemical composition of PLA

图4 不同氧化条件下PLA的SEM照片（×5 000）

Fig.4 SEM of PLA under different oxidation conditions（×5 000）

图5 氧化时间对PLA表面接触角的影响

Fig.5 The effect of oxidation time on surface contact angle of PLA

图6 氧化温度对PLA表面接触角的影响

Fig.6 The effect of oxidation temperature on surface contact angle of PLA

图7 氧化时间对PLA力学性能的影响

Fig.7 Effect of oxidation time on mechanical properties of PLA

图8 氧化温度对PLA力学性能的影响

Fig.8 Effect of oxidation temperature on mechanical properties of PLA

图9 第1、3、5天细胞活/死染色

Fig.9 Live/dead staining of HUVECs for 1 day, 3 days and 5 days

图10 细胞在样品表面培养1、3、5 d后的增殖数目

Fig.10 The number of cells proliferated on the surface of the sample after 1 day, 3 days and 5 days

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Study on Surface Carboxylation Modification and Cytocompatibility of Poly（Lactic Acid）

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