可生物降解的电活性纳米复合智能材料的研究与生物医学应用

聚苯胺等导电高分子具有诱导细胞生长分化的医学应用前景，但由于不可生物降解，限制了其在体内的应用。本项目在前一基金研究基础上，根据医学应用的实际需要，从分子结构的设计出发，先合成低分子量苯胺齐聚物(AP)与聚乳酸(PLA)等生物降解材料的共聚物，将其接枝于纳米羟基磷灰石（HA）表面，进一步与聚丙交酯-乙交酯（PLGA）共混，制备具有电活性的可生物降解高分子纳米复合材料。表征材料的物理化学性能，评价材料的生物相容性和成骨能力。该复合材料不仅将继承HA/PLGA复合材料的特点，还表现出独特的电活性和骨诱导活性，且可体内生物降解，降解残留的AP部分只要分子量足够小，便能通过肾脏直接排出体外。这些独特的性质，使得这种复合材料在用作骨组织工程支架和药物控释载体进行组织和器官的修复等方面有着极其重要的意义。同时，这种可生物降解电活性智能材料的研究开发对于生物医用材料领域的创新研究有着深刻的理论指导价值。

本项目较好地完成了预定的实验目标：1.）合成了苯胺低聚体与多种生物降解高分子的共聚物，包括：苯胺五聚体（AP）与PLA的嵌段共聚物PLAAP；AP与PCL的嵌段共聚物PCLAP；AP与明胶的嵌段共聚物AP-g-GA；苯胺四聚体（AT）与聚乙二醇单甲醚（mPEG）的嵌段共聚物mPEG-g-AT；AT与聚谷氨酸（PBLG）的嵌段共聚物PBLG-g-AT。研究了合成过程中对材料的分子结构、分子量、电导率和电活性产生影响的各种因素。2）成功利用苯胺四聚体（AT）对羟基磷灰石（HA）纳米粒子进行修饰，制备了改性的电活性纳米粒子HA-AT，分析了改性后的纳米HA尺寸和形貌、亲疏水性、表面接枝率、电活性和毒性。3）利用冷冻相分离的方法制备了电活性的三维多孔骨修复支架，研究了组分比例对支架的结构、力学性能、体外细胞生物相容性、体内降解以及体内骨修复性能。4)成功建立了电刺激模型和装置，研究了不同电刺激信号对成骨细胞增殖和基因表达的影响，为后续电活性材料的生物学研究提供有力保障。结果表明：1）制备的苯胺低聚体与多种生物降解高分子的共聚物均具有良好的电活性、一定的导电性、较低的细胞毒性以及较好的细胞相容性。2）制备的改性纳米粒子HA-AT，具有良好的电活性，较低的细胞毒性。其接枝反应只发生在粒子表面，没有改变HA本身的晶体结构，表面接枝率最高达到35%左右。3）改性后的HA-AT与PLA共混后的材料没有表现出毒性；成骨细胞在材料表面培养结果表明，表面改性后的纳米粒子具有良好的生物相容性，其电活性有效地促进了成骨细胞的生长与增殖。4）兔背部植入及桡骨缺损修复实验中发现制备的电活性三维多孔骨修复支架具有较好的生物相容性和生物活性，能够快速引导临界骨缺损的再生与修复。　5)各种电刺激条件中，以脉冲频率、电压和波形对细胞的增殖和基因表达影响最为明显，其中500mv/100-1KHz的方形波最为理想。本基金项目制备的电活性复合材料及开发的电刺激技术，显示了广阔的骨组织工程和骨科临床应用前景。共发表SCI论文11篇，IF＞3的4篇，申请专利6项，参加会议5次，会议口头报告5个，获吉林省科技进步一等奖1项。