用于骨组织修复的增强型聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）复合材料：全面优化策略及其在骨组织工程中的创新应用

这篇研究聚焦于优化聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）复合材料在骨组织修复中的应用，通过引入聚己内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）和聚氨酯（PU）显著提升支架的机械性能、亲水性和降解可控性。实验表明，PLGA/PLA组展现出优异的水吸收（28%）和细胞活力（>90%），而PLGA/PU则增强了柔韧性和热稳定性。该工作为骨组织工程提供了可定制化支架材料，推动3D打印技术在临床骨缺损修复中的实用化进展。

　　

摘要

本研究旨在优化聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）基复合材料，用于骨组织修复应用。通过在PLGA基质中添加10 wt%的聚己内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）或聚氨酯（PU），系统评估了复合薄膜的拉伸性能、降解性、水吸收、热稳定性及细胞活力。结果显示，PLGA/PU组显著改善柔韧性，PLGA/PLA组则展现出最佳水吸收率（28%）和增强的亲水性。接触角测量表明，PLA（44.4 ± 1度）和PU（43.3 ± 1.6度）组降低了疏水性。热分析证实PLGA/PLA和PLGA/PU复合材料的热阻提升，适用于需热稳定性的场景。MTT实验显示PLGA/PLA组的细胞活力超过90%，突显其优异生物相容性。这些发现凸显PLGA/PLA复合材料在骨支架应用中的潜力，尤其在增材制造领域。研究证明，将PLA融入PLGA可改善关键支架性能，为先进骨组织工程提供多功能材料。

1 引言

硬组织工程支架，尤其是用于骨的支架，需具备适当机械、物理和生物特性，以有效替代受损组织并促进与宿主组织整合。骨支架的制造技术包括溶剂浇铸、粒子浸出、冷冻干燥、电纺丝、气体发泡及增材制造（如3D打印和立体光刻），后者通过精确控制结构推动骨组织工程进步。支架材料涵盖金属、陶瓷、聚合物及复合材料，其中聚合物因生物相容性和可降解性受青睐。PLGA作为合成聚合物，具备可调降解速率、优异机械加工性和广泛适用性，优于疏水性更强的PCL等材料。其表面性能可工程化以改善生物相互作用，并广泛应用于药物递送系统。尽管PLGA在骨组织再生中前景广阔，但需进一步优化其应用。本研究旨在探索PLGA与PCL、PLA、PU复合后的独特性能，通过系统评估材料特性，提升支架机械强度、降解性和生物相容性，并开发创新策略优化支架设计与性能。

2 材料与方法

2.1 材料
聚合物包括PLGA（50:50比例，分子量30000–60000 g/mol）、PU（分子量约80000 g/mol）、PCL（分子量80000 g/mol）和PLA（分子量60000 g/mol），均购自Sigma–Aldrich。溶剂为氯仿和二甲基甲酰胺（DMF），使用去离子水（DI）清洗容器。硅胶模具用于制备聚合物薄膜。生物评价中，采用磷酸盐缓冲液（PBS）模拟体液，MC3T3-E1成骨细胞系作为骨细胞模型，MTT试剂盒评估细胞毒性。

2.2 聚合物墨水生产-聚合物溶液优化
PLGA选作骨支架基质，基于其生物相容