固相热拉伸微纤化提高聚乳酸血液相容性及其抗凝血机理研究

In this work, microfibrillar PLA were fabricated by solid hot stretching technology to reslove the problem of poor mechanical properties and blood compatibility of PLA for application as blood-contacting medical devices. Solid hot stretching technology can enhance mechanical properties of PLA and improve its blood compatibility by promoting the formation of an oriented orderly bionic structure that similar to biofilms and inner vascular walls, making PLA a self-reinforced biocompatibility medical materials. High melt strength PLA with strain hardening behavior will be prepared through increasing the molecular weight and introducing branched chain and moderate-crosslinking during reactive processing to enhence the intermolecular interaction, which may result in ultra high draw ratio and formation of microfibrious structure for PLA. The extensional flow behavior of PLA were studied, the evolution of structure and morphology and surface/interface properties of microfibrillar PLA during drawing process were investigated, the bionic character of microfibrillar PLA and its anti-coagulation mechanism were explored, the conclusion mentioned can serve as the basis of the development and research of new types of PLA blood compatibility materials and its application as biomedical materials.

本项目针对聚乳酸（PLA）血液相容性及力学性能难以满足内植型生物医用材料相关要求的问题，拟采用固相热拉伸技术制备高度微纤化PLA材料，在大幅提高其力学性能的同时，构建类似生物膜及血管内壁的取向有序态仿生结构，改善PLA血液相容性，获得具有良好血液相容性的PLA自增强材料。采用反应加工中的扩链、支化及交联反应，通过提高PLA相对分子质量、引入长/短支链、形成适度交联结构等途径增加分子链缠结程度，提高其熔体强度，赋予"应变硬化"拉伸特性，拓宽PLA热拉伸加工窗口，改善热拉伸性能，实现其超高拉伸取向，形成高度微纤化结构；研究PLA拉伸流变行为及微纤化过程中材料结构形态及表界面性质演变，探索微纤化PLA有序结构的仿生特性及抗凝血机制，为研究发展新型PLA血液相容材料及其作为生物医用材料的研究应用提供依据。

本项目针对聚乳酸（PLA）血液相容性及力学性能难以满足内植型生物医用材料相关要求的问题，首先通过反应性加工提高PLA熔体强度，改善其热拉伸性能；再进一步研究建立其固相热拉伸技术，制备高度取向微纤化PLA，在大幅提高其力学性能的同时，构建类似生物膜及血管内壁的取向有序态仿生结构，改善其血液相容性，获得了具有优异力学性能的自增强PLA生物及血液相容材料。.（1）分别采用2官能环氧化合物、多官能环氧化合物、多官能酸酐联合多官能环氧化合物作为扩链/支化剂，利用熔融加工过程中环氧/酸酐基团与PLA端羧基之间的官能团反应对PLA进行分子扩链、支化及长链支化，通过提高PLA相对分子质量、引入长/短支链等途径显著提高了PLA的熔体粘弹性。其中，长链支化PLA（LCB-PLA）由线型链、星型链和两代树型链组成，大量长支链结构的引入使其剪切流变偏离线性流变特性的末端行为、Cole-cole曲线偏离半圆形状，呈现显著的“应变硬化”的拉伸流变特性。.（2）研究建立PLA固相热拉伸工艺，其口模热拉伸过程可分为口模内的挤压变形及口模外的自由拉伸变形过程，前者对LCB-PLA的结晶取向结构及力学性能的影响较大，其强的剪切诱导取向作用使LCB-PLA呈现具有较厚取向表层的“三明治”结构，较多的单位体积缠结网链数使其在通过收缩口模时可产生更大的粘弹形变，并有效防止在随后自由拉伸阶段由于分子链间相互滑移而产生的断裂现象，最大热拉伸倍率可高达1200%；取向后，LCB-PLA具有较纯PLA更小的晶片尺寸（Llateral）、更大的长周期（Lac），并形成了大量具有伸直链构象的中间相，从而大幅提高其力学性能，拉伸强度达228MPa，模量达7.2GPa，基本满足了内置型骨固定材料对其力学性能的要求。.（3）高度取向PLA形成了类似于生物膜及血管内壁的微米级沟壑仿生结构，有利于增加固液接触时界面上气液接触的面积分数，从而增强了其表面疏水性，降低与血液间的相互作用力，改善与血液中活性物质界面作用，使得材料不会产生溶血现象，凝血时间可较纯血浆延长15-45s以上，表面几乎不粘附血小板及蛋白质，血液相容性大幅提高。.