纳米级羟基磷灰石涂层碳纤维对聚合物复合材料强度和生物相容性的影响

《Journal of Applied Polymer Science》：Effect of Carbon Fibers Coated With Nanosized Hydroxyapatite on the Strength and Biocompatibility of Polymer Composites

开发兼具生物相容性、骨整合性和足够机械强度的PLA复合材料，通过羟基磷灰石涂层碳纤维与不同浓度无机填料的协同作用，结合SEM、XRD、FT-IR等表征技术，证实复合材料的生物相容性良好（细胞活力>80%），表面改性显著增强骨细胞粘附与增殖能力，但未改性的碳纤维复合时导致机械性能下降，提示界面相互作用变化。

　　

摘要

鉴于需要开发兼具生物相容性、生物整合性以及足够机械强度的聚合物材料以用于骨骼应用，本研究考察了一种以聚乳酸（PLLA）为基础、并添加了羟基磷灰石（nHAp）涂层碳纤维的复合材料。测试了三种不同类型、不同浓度的无机填料。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对材料的形态、结晶度和化学成分进行了分析。通过差示扫描量热法（DSC）和动态机械热分析（DMTA）等功能性和机械性表征，证实了羟基磷灰石涂层碳纤维作为复合材料填料的增强效果。当nHAp填料与碳纤维结合时，材料的机械性能明显下降，这表明填料与基体之间的相互作用发生了变化（与未经改性的碳纤维相比）。尽管如此，使用MC3T3-E1和7F2细胞系进行的生物学评估显示，这种复合材料仍能支持成骨细胞的生长功能。通过MTT和LDH检测以及活细胞/死细胞荧光成像技术，证实了该复合材料具有较高的细胞存活率（>80%）和较低的细胞毒性。此外，该复合材料还能促进细胞增殖，并在含有nHAp的表面上表现出优异的细胞黏附性，说明其具有较高的生物活性和良好的细胞-材料相互作用。这些结果表明，所开发的PLLA复合材料，尤其是经过特殊表面改性的材料，在机械性能和生物相容性方面达到了理想的平衡，使其成为骨组织工程应用的理想候选材料。

利益冲突

作者声明不存在任何利益冲突。