聚乳酸⁃羟基乙酸共聚物涂层对聚乳酸3D打印支架的性能影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.01.001

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (1): 1-7.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.01.001

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聚乳酸⁃羟基乙酸共聚物涂层对聚乳酸3D打印支架的性能影响

汪杰, 张伟蒙, 胡晶()

北京工商大学化学与材料工程学院，北京 100048

收稿日期:2022-09-13 出版日期:2023-01-26 发布日期:2023-01-26
通讯作者: 胡晶（1982-），女，副教授，从事生物降解材料及降解机理，高性能3D打印材料、聚合物、金属及其复合材料3D打印成型工艺及机制，hujing@th.btbu.edu.cn
E-mail:hujing@th.btbu.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划(2019YFD1101205)

Effect of poly（lactic acid）⁃co⁃hydroxyacetic acid copolymer coating on performance of poly（lactic acid） 3D printed scaffolds

WANG Jie, ZHANG Weimeng, HU Jing()

School of Chemistry and Materials Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China

Received:2022-09-13 Online:2023-01-26 Published:2023-01-26
Contact: HU Jing E-mail:hujing@th.btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

通过熔融沉积（FDM）三维（3D）打印技术制备了61.7 %孔隙率和良好连通性的3D多孔聚乳酸（PLA）支架，使用浸涂法对PLA支架表面涂覆浓度分别为2 %、4 %、6 %、8 %的聚乳酸⁃羟基乙酸共聚物（PLGA）涂层，获得了不同浓度涂层的PLA/PLGA复合支架。通过扫描电子显微镜（SEM）、接触角测量仪、万能试验机和细胞计数试剂盒⁃8方法等测试手段，探究了不同浓度PLGA涂层对PLA支架的断面微观形貌、支架表面亲水性、力学强度以及细胞在支架上增殖活性等性能的影响规律。结果表明，与未经包裹的PLA支架相比，包裹PLGA的PLA支架表面接触角显著减小，PLGA的质量分数为6 %时接触角最小为（64.7±1.1） °；接种后经24 h培养PLA/PLGA支架表面细胞活性较纯PLA支架显著增强。

关键词: 三维打印, 支架, 聚乳酸, 聚乳酸?羟基乙酸共聚物, 涂层

Abstract:

Three⁃dimensional porous poly（lactic acid）（PLA） scaffolds with a porosity of 61.7 % and good connectivity were prepared by using a 3D⁃printing technology. Then， PLA/poly（lactic acid⁃co⁃hydroxyacetic acid） copolymer （PLGA） composite scaffolds were prepared by coating PLGA on the surface of the PLA scaffolds with different concentrations of PLGA using a dip⁃coating method. The effects of PLGA concentrations on the properties of PLA scaffolds such as cross⁃sectional microscopic morphology， scaffold surface hydrophilicity， mechanical strength， and the cell proliferation activity on the scaffolds were investigated by using scanning electron microscopy， contact angle analyzer， universal testing machine， and cell counting Kit⁃8. The results indicated that the PLGA⁃coated PLA scaffolds presented a significant decrease in contact angle compared to the PLA scaffolds without a PLGA coating. They exhibited the smallest contact angle of 64.7 ° ± 1.1 ° at a PLGA mass fraction of 6 %. The cell activity on the surface of PLGA/PLA composite scaffolds was enhanced significantly after the cell inoculation for 24 h.

Key words: 3Dimension printing, scaffold, poly（lactic acid）, poly（lactic acid?co?hydroxyacetic acid） copolymer, coating

中图分类号:

TQ321

汪杰, 张伟蒙, 胡晶. 聚乳酸⁃羟基乙酸共聚物涂层对聚乳酸3D打印支架的性能影响[J]. 中国塑料, 2023, 37(1): 1-7.

WANG Jie, ZHANG Weimeng, HU Jing. Effect of poly（lactic acid）⁃co⁃hydroxyacetic acid copolymer coating on performance of poly（lactic acid） 3D printed scaffolds[J]. China Plastics, 2023, 37(1): 1-7.

图/表 5

图1 PLGA溶液包覆PLA支架的SEM照片

Fig.1 Surface section morphology of PLA scaffold coated with PLGA solution

图2 PLGA溶液包覆PLA支架压缩后的SEM照片

Fig.2 SEM of PLGA solution⁃coated PLA scaffold after compression

图3 不同浓度PLGA溶液包覆PLA支架的压缩强度

Fig.3 Compression strength of the PLA scaffold coated with different concentrations of PLGA solution

图4 不同浓度PLGA溶液包覆PLA支架的水接触角

Fig.4 Water contact angles of the PLA scaffold coated with different concentrations of PLGA solution

图5 支架表面的细胞活性及细胞Live染色

Fig.5 Cell activity and adhesion on the scaffold surface

参考文献 24

1	KOMAL U K， LILA M K， SINGH I. PLA/banana fiber based sustainable biocomposites： a manufacturing perspective ［J］. Composites Part B： Engineering， 2020， 180：107535.
2	SINGHVI M S， ZINJARDE S S， GOKHALE D V. Polylactic acid： synthesis and biomedical applications ［J］. J Appl Microbiol， 2019， 127（6）： 1 612⁃1 626.
3	MONDAL S， NGUYEN T P， PHAM V H， et al. Hydroxyapatite nano bioceramics optimized 3D printed poly lactic acid scaffold for bone tissue engineering application ［J］. Ceramics International， 2020， 46（3）： 3 443⁃3 455.
4	BOUYER M， GAROT C， MACHILLOT P， et al. 3D⁃printed scaffold combined to 2D osteoinductive coatings to repair a critical⁃size mandibular bone defect ［J］. Mater Today Bio， 2021， 11：100113.
5	KAO C T， LIN C C， CHEN Y W， et al. Poly（dopamine） coating of 3D printed poly（lactic acid） scaffolds for bone tissue engineering ［J］. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl， 2015， 56：165⁃173.
6	WANG G. Influence of polydopamine/polylactic acid coating on mechanical properties and cell behavior of 3D⁃printed calcium silicate scaffolds ［J］. Materials Letters， 2020， 275：128131.
7	GENTILE P， CHIONO V， CARMAGNOLA I， et al. An overview of poly（lactic⁃co⁃glycolic） acid （PLGA）⁃based biomaterials for bone tissue engineering ［J］. Int J Mol Sci， 2014， 15（3）： 3 640⁃3 659.
8	STOLL C， JOHN T， ENDRES M， et al. Extracellular matrix expression of human tenocytes in three⁃dimensional air⁃liquid and PLGA cultures compared with tendon tissue： implications for tendon tissue engineering ［J］. J Orthop Res， 2010， 28（9）： 1 170⁃1 177.
9	曹升恒，于成龙，王璐，等. 3D打印PLA、PDS及PLGA的力学性能及软组织再生潜能［J］.生物医学工程学进展，2019，40（1）：11⁃15.
	CAO S H， YU C L， WANG L，et al.Mechanical properties and the application potential in soft tissue engineering of 3D printed PLA、PDS and PLGA materials［J］. Progress in Biomedical Engineering，2019，40（1）：11⁃15.
10	谢燕，包睿莹，杨鸣波，等.聚多巴胺包覆对立构复合聚乳酸支架性能的影响［J］. 高分子材料科学与工程，2018，34（8）：43⁃47.
	XIE Y， BAO R Y， YANG M B，et al. Effect poly（dopamine） coating on the performance of stereocomplex polylactide scaffolds ［J］.Polymer Materials Science And Engineering，2018，34（8）：43⁃47.
11	GARIBOLDI M I， BEST S M. Effect of ceramic scaffold architectural parameters on biological Response ［J］. Front Bioeng Biotechnol， 2015， 3：00151.
12	WANG P， HU J， MA P X. The engineering of patient⁃specific， anatomically shaped， digits ［J］. Biomaterials， 2009， 30（14）： 2 735⁃2 740.
13	曾丽平.碳纤维增强 HA_PMMA骨修复材料的制备及性能研究［D］. 西安：陕西科技大学，2009.
14	孙开瑜，徐铭恩，周永勇.基于 3D打印的Ⅰ型胶原涂覆 β⁃TCP骨组织工程支架研究［J］.中国生物医学工程学报，2018，37（3）：335⁃343.
	SUN K Y， XU M E， ZHOU Y Y.Research of p⁃TCP bone tissue engineering scaffolds modified with type I collagen based on three dimensional printing technique ［J］.Chinese Journal of Biomedical Engineering，2018，37（3）：335⁃343.
15	任泽宇，姜宏，石永芳. 3D打印 PLLA_HA复合组织工程骨支架及性能表征［J］.燕山大学学报，2022， 46（2）：116⁃122.
	REN Z Y， JIANG H， SHI Y F.Performance characterization of 3D printed PLLA /HA composite tissue engineering bone scaffold［J］. Journal of Yanshan University，2022， 46（2）：116⁃122.
16	郑晨，王明晓，刘波.3D打印聚乳酸⁃左旋多巴复合骨替代材料的亲水性及力学性能［J］.中国组织工程研究，2018，22（30）：4 800⁃4 850.
	ZHENG C， WANG M X， LIU B.Hydrophilic and mechanical properties of 3D printed polylactic levodopa as alternative material for bone regeneration［J］. Chinese Journal of Tissue Engineering Research，2018，22（30）：4 800⁃4 850.
17	郑丹芳. 改性聚（D，L⁃乳酸）与MC3T3⁃E1细胞的生物相容性［D］.重庆：重庆大学， 2008.
18	PRICE R L， WAID M C， HABERSTROH K M， et al. Selective bone cell adhesion on formulations containing carbon nanofibers ［J］. Biomaterials， 2003， 24（11）： 1 877⁃1 887.
19	LIU Z， JI J， TANG S， et al. Biocompatibility， degradability， bioactivity and osteogenesis of mesoporous/macroporous scaffolds of mesoporous diopside/poly（L⁃lactide） composite ［J］. J R Soc Interface， 2015， 12（111）： 20150507.
20	张海峰，杜子婧，姜闻博.3D打印PLA⁃HA复合材料与骨髓基质细胞的相容性研究［J］.组织工程与重建外科杂志，2015，11（6）：349⁃351.
	ZHANG H F， DU Z J， JIANG W B.Biocompatibility research of three⁃dimensional printed polylactic acid／hydroxyapatite composite witII bone marrow stromal ceHs in vitr［J］. Journal of Tissue Engineering and Reconstructive Surgery，2015，11（6）：349⁃351.
21	韩浩，李利伟，秦文贞，等. ACF/PLGA骨组织工程复合支架的制备及其性能［J］.材料科学与工程学报，2012，5（30）：719⁃723.
	HAN H， LI L W， QIN W Z，et al.Preparation and properties of ACF/PLGA scaffolds for bone tissue engineering［J］. Journal of Materials Science& Engineering，2012，5（30）：719⁃723.
22	钟伟洋.聚多巴胶纳米球涂层促3D打印钛网与骨整合的实验研究［D］.重庆；重庆大学，2020.
23	HUANG W， CARLSEN B， WULUR I， et al. BMP-2 exerts differential effects on differentiation of rabbit bone marrow stromal cells grown in two⁃dimensional and three⁃dimensional systems and is required for in vitro bone formation in a PLGA scaffold ［J］. Exp Cell Res， 2004， 299（2）： 325⁃334.
24	ARIMA Y， IWATA H. Effect of wettability and surface functional groups on protein adsorption and cell adhesion using well⁃defined mixed self⁃assembled monolayers ［J］. Biomaterials， 2007， 28（20）： 3 074⁃3 082.

[1]	孟鑫, 王小龙, 公维光, 金谊. “三源一体”壳核型阻燃剂的制备及其在聚乳酸中的应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 96-104.
[2]	宋丹阳, 郑红娟, 李一龙. 聚乳酸基油水分离材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 187-192.
[3]	曲玉婷, 王立梅, 齐斌. 聚乙二醇对聚乳酸/淀粉纳米晶复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 56-61.
[4]	沈雪梅, 朱小龙, 胡燕超, 宋任远, 张现峰, 李席. 静电喷雾法制备聚乳酸/布洛芬微球及其性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 61-67.
[5]	周舒毅, 朱敏, 刘忆颖, 曹舒惠, 蔡启轩, 聂慧, 张玉霞, 周洪福. 高分子止血材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 74-84.
[6]	邵琳颖, 郗悦玮, 翁云宣. 可降解聚乳酸复合材料研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 155-164.
[7]	王镕琛, 张恒, 孙焕惟, 段书霞, 秦子轩, 李晗, 朱斐超, 张一风. 医疗卫生用聚乳酸非织造材料的制备及其亲水改性研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 158-166.
[8]	李梦琪, 陈雅君. 纳米材料阻燃聚乳酸的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 102-114.
[9]	孙滔, 杨青, 胡健, 王洋样, 刘博, 云雪艳, 董同力嘎. 聚（乳酸⁃乙醇酸）薄膜制备及其性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 33-40.
[10]	张伟蒙, 汪杰, 胡晶. 3D打印骨组织支架孔隙结构对支架性能影响的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 155-166.
[11]	杨尚山, 尚鹏鹏, 徐静, 解加卓, 张坤, 张丽丽. 可生物降解PBAT/PLA/生物质垃圾袋的制备和表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 127-132.
[12]	李桂丽, 余秋然, 郝明亮, 李海梅. 苎麻纤维表面改性对聚乳酸结晶及拉伸性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 51-58.
[13]	王培, 牛丽丽, 李静宇, 耿红梅. 医用多孔支架材料的制备及缓释性能分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 73-78.
[14]	毛晨, 刘番, 鄂毅, 邹姝燕, 龚兴厚. 纳米CoFe₂O₄的制备及其对PLA结晶性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 9-14.
[15]	刘平平, 卢欢, 朱李芳, 丁永志. 自然环境对浮空器蒙皮材料涂层剂性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 122-127.

聚乳酸⁃羟基乙酸共聚物涂层对聚乳酸3D打印支架的性能影响

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