纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯骨组织工程支架的制备及性能表征

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.25.010

中国组织工程研究 ›› 2015, Vol. 19 ›› Issue (25): 3983-3989.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2015.25.010

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纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯骨组织工程支架的制备及性能表征

管东华¹，林映荷²，黄建生¹，陈治清²

1广东省口腔医院•南方医科大学附属口腔医院特诊中心，广东省广州市 510280；
2四川大学华西口腔医学院，四川省成都市 610041

出版日期:2015-06-18 发布日期:2015-06-18
通讯作者: 管东华，广东省口腔医院?南方医科大学附属口腔医院特诊中心，广东省广州市 510280
作者简介:管东华，女，1980年生，四川大学华西口腔医学院毕业，博士，副主任医师，主要从事口腔修复学、口腔种植学、口腔材料学研究。
基金资助:
广东省医学科学技术研究基金资助(A2013104)

Fabrication and properties of nano-hydroxyapatite/poly(3-hydroxybutyrate) ultrafine-fibrous scaffolds for bone tissue engineering

Guan Dong-hua¹, Lin Ying-he², Huang Jian-sheng¹, Chen Zhi-qing²

1Department of VIP, Guangdong Provincial Stomatological Hospital & the Affiliated Stomatological Hospital of Southern Medical University, Guangzhou 510280, Guangdong Province, China;
2West China School of Stomatology, Sichuan University, Chengdu 610041, Sichuan Province, China

Online:2015-06-18 Published:2015-06-18
Contact: Guan Dong-hua, Department of VIP, Guangdong Provincial Stomatological Hospital & the Affiliated Stomatological Hospital of Southern Medical University, Guangzhou 510280, Guangdong Province, China
About author:Guan Dong-hua, M.D., Associate chief physician, Department of VIP, Guangdong Provincial Stomatological Hospital & the Affiliated Stomatological Hospital of Southern Medical University, Guangzhou 510280, Guangdong Province, China
Supported by:
the Medical Science and Technology Research Foundation of Guangdong Province, No. A2013104

摘要/Abstract

摘要：

背景：高分子聚合物聚羟基丁酸酯具有优良的生物相容性、生物降解性及压电性，但也存在脆性大、亲水性较差等不足。
目的：制备不同组成比例的电纺纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯纤维支架材料，分析其结构及性能。
方法：通过气流-高压静电纺丝技术制备纳米羟基磷灰石质量百分比分别为0、10%、20%、30%的电纺纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯纤维支架，检测支架材料的微观结构、基团组成、晶相分布、热学性能及表面润湿性。
结果与结论：扫描电镜观察显示，随着纳米羟基磷灰石含量的增大，越来越多的纳米羟基磷灰石颗粒分布于复合纤维表面且分布趋于均匀，到含量达到30%时，纳米羟基磷灰石已基本布满纤维表面，纤维表面的粗糙度也随之增加；差示扫描量热法及X射线衍射结果表明，纳米羟基磷灰石的加入可以降低复合纤维中聚羟基丁酸酯的结晶度及结晶规整程度，且纳米羟基磷灰石含量越大效果越明显；随着纳米羟基磷灰石含量的增大，复合支架表面的接触角逐渐降低，亲水性有所提高。表明将纳米羟基磷灰石与聚羟基丁酸酯复合进行电纺可以有效提高材料的表面润湿性及结晶度，改善材料的亲水性及脆性，且纳米羟基磷灰石含量越高作用越明显。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 生物材料, 骨生物材料, 高压静电纺丝, 纳米羟基磷灰石, 聚羟基丁酸酯, 组织工程, 性能

Abstract:

BACKGROUND: Poly(3-hydroxybutyrate) is approved as its excellent biocompatibility, biodegradability and piezoelectric properties, but there are also some deficiencies, such as high breakability and poor hydrophilicity.
METHODS: Poly(3-hydroxybutyrate) was mixed with different mass percentages of nanohydroxyapatite (0, 10%, 20% and 30%) to prepare new composite fibrous scaffolds through electrospinning process. The microstructure, group composition, crystalline phase distribution, thermal properties and surface wettability of the scaffolds were detected.
RESULTS AND CONCLUSION: Under the scanning electron microscope, with the increase of nano-hydroxyapatite content, more and more nano-hydroxyapatite particles were distributed evenly on the composite fiber surface; the fiber surface was basically covered with nano-hydroxyapatite particles at the content of 30%, and the roughness of the fiber surface also increased. Results from differential scanning calorimetry and
X-ray diffraction showed that the nano-hydroxyapatite reduced the crystallinity of poly(3-hydroxybutyrate) and the crystal tacticity, and this phenomenon became more evident with the increase of nano-hydroxyapatite content. Additionally, the higher the content of nano-hydroxyapatite content, the lower the contact angle and the higher the hydrophily. These findings indicate that the nano-hydroxyapatite/poly(3-hydroxybutyrate) ultrafine-fibrous scaffold using electrospinning technology can effectively improve the surface wettability and crystallinity of the material as well as the material hydrophily and brittleness, and the higher the content of nano-hydroxyapatite, the more obvious the effect.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

Key words: Durapatite, Tissue Engineering, Contact Lenses, Hydrophilic

中图分类号:

R318

管东华，林映荷，黄建生，陈治清. 纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯骨组织工程支架的制备及性能表征[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(25): 3983-3989.

Guan Dong-hua, Lin Ying-he, Huang Jian-sheng, Chen Zhi-qing . Fabrication and properties of nano-hydroxyapatite/poly(3-hydroxybutyrate) ultrafine-fibrous scaffolds for bone tissue engineering [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(25): 3983-3989.

图/表（结果） 5

2.1 电纺纤维支架的形貌与结构图1为含不同纳米羟基磷灰石的气电纺聚羟基丁酸酯基纤维支架的电镜图。由图中可以看出，不同纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯组分比的电纺溶液均被成功电纺形成了连续的长纤维。高倍扫描电镜像显示，随着纳米羟基磷灰石含量的增大，越来越多的纳米羟基磷灰石颗粒分布于复合纤维的表面，且分布趋于均匀，到纳米羟基磷灰石的含量达到30%时，纳米羟基磷灰石已基本布满纤维表面，纤维表面粗糙度也随之增加。由低倍扫描电镜像中可见，当纳米羟基磷灰石的含量为10%时，纳米羟基磷灰石的团聚不明显，支架内形成的团聚颗粒较少；随着纳米羟基磷灰石含量的增加，纳米羟基磷灰石颗粒的团聚越来越严重，支架内团聚颗粒的分布随之增多。通过对各组气电纺纤维直径分布的测量可以看出，3组纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维的直径均较纯聚羟基丁酸酯纤维的直径小；不同纳米羟基磷灰石含量的纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维相比，随着纳米羟基磷灰石含量的增加，纤维直径增加，纤维直径的均一性明显提高。

2.2 支架的傅里叶红外光谱分析气电纺聚羟基丁酸酯纤维膜的红外谱图见图2所示。从图中可以看出，复合纤维膜谱图与纯聚羟基丁酸酯纤维膜谱图相比，3 435.19 cm-1 处的羟基(-OH)峰得到了增强，这是因为纳米羟基磷灰石中也含有大量羟基(-OH)；在602.89 cm-1及563.73 cm-1处纳米羟基磷灰石磷酸基(PO4)特征峰的出现也证实了复合支架膜中纳米羟基磷灰石存在。
2.3 支架的X射线衍射分析 图3A为本实验用水热合成法制备的纳米羟基磷灰石X射线谱图，其中纳米羟基磷灰石的结晶峰明显，是典型的羟基磷灰石晶谱。
聚羟基丁酸酯溶液流延膜及气电纺纤维支架的X射线谱图见图3B所示。由图中可以看出，在溶液流延膜样品的衍射谱图上，在2θ=15°附近有2个尖锐的结晶衍射峰，另外在较高角度处还有几个较钝的衍射峰，对应的是不太完善的结晶形态；而在气电纺纤维支架的衍射谱图上，在2θ= 15°附近也有2个尖锐的结晶衍射峰，在而高角度处的衍射峰几乎完全消失，这说明电纺纤维支架中聚羟基丁酸酯的结晶规整程度高于溶液流延膜。

不同纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维支架的X射线谱图见图4所示。从谱图中可以看出，在纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯支架中，纳米羟基磷灰石在2θ= 35°附近特征峰的出现证实了复合材料中纳米羟基磷灰石的存在，而聚羟基丁酸酯在2θ=15°附近的两个尖锐的结晶衍射峰的逐渐降低以及高角度处馒头峰的出现，说明纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合支架中聚羟基丁酸酯的结晶规整程度降低，纳米羟基磷灰石含量越高，聚羟基丁酸酯结晶过程受到的阻碍越大

2.4 支架的差示扫描量热分析利用差示扫描量热法分别测定聚羟基丁酸酯溶液流延膜及4种气电纺纤维支架样品的差示扫描量热曲线，其谱图见图5所示，图中从上到下依次为聚羟基丁酸酯纤维支架、聚羟基丁酸酯流延膜、纳米羟基磷灰石含量分别为10%、20%及30%的纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维支架谱图。
利用差示扫描量热升温过程中测得的聚羟基丁酸酯相熔融热焓数，据根据下式计算共混物中聚羟基丁酸酯相的结晶度。

式中ΔHfPHB为测得共混物中每克聚羟基丁酸酯的熔融热焓，ΔHf* PHB为理想结晶聚羟基丁酸酯的熔融热焓，其值为146 J/g^[10]，计算结果示于表2。
从分析结果可以发现，5种样品的熔点基本一致，而聚羟基丁酸酯气电纺纤维支架的熔融焓高于聚羟基丁酸酯流延膜，且聚羟基丁酸酯流延膜样品的熔限较宽，这些热性质的变化说明聚羟基丁酸酯气电纺纤维支架中结晶的完善程度及规整程度均较流延膜高，气电纺丝过程促进了聚羟基丁酸酯结晶的完善和规整化。但是随着复合纤维中纳米羟基磷灰石的加入，复合纤维支架中聚羟基丁酸酯相的结晶度又逐渐降低。该结果与X射线衍射谱图上所示的气电纺纯聚羟基丁酸酯纤维高角度处的衍射峰基本消失，而纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维2θ=15°附近的衍射峰强度降低，高角度处出现馒头峰的结果相一致。这可能是因为第二组分纳米羟基磷灰石加入后，两相分子间的相互作用使分子链作规整排列所需的能量增加，从而阻碍了聚羟基丁酸酯相的结晶，降低了聚羟基丁酸酯相的结晶度。纳米羟基磷灰石的含量越多，这种两相间的相互作用力越强，对聚羟基丁酸酯相结晶的阻碍越大，所以复合支架中聚羟基丁酸酯相的结晶度呈现随着纳米羟基磷灰石含量的增加而逐渐降低的趋势。
2.5 支架的表面润湿性气电纺聚羟基丁酸酯基支架的表面润湿性通过表面接触角测量进行检测，纳米羟基磷灰石质量百分比分别为0，10%，20%，30%的电纺纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯纤维支架表面接触角分别为(140.6±1.4)°，(131.2±0.6)°，(124.4±1.6)°，(116.6±0.7)°。气电纺支架均显示了较高的接触角，这是因为气电纺支架具有高度粗糙的表面，而水滴不容易渗透到表面粗糙的疏水性纤维支架孔内，只是停留在一个半固态和半空气的平面上，从而使接触角显著增加^[11]。方差分析结果显示，气电纺支架的亲水性有随着支架纤维中纳米羟基磷灰石含量的增多而提高趋势(P < 0.05)。这是因为复合纤维中，亲水性的羟基磷灰石纳米微粒位于纤维表面，使构成支架的纤维的表面亲水性提高，从而产生一个粗糙的但相对亲水的支架表面，使得水滴容易渗透，因此，纤维支架的表面润湿性随之提高。纤维中纳米羟基磷灰石的含量越大，分布于纤维表面的纳米羟基磷灰石越多且分布越均匀，所以复合纤维表面的亲水性越好，最终导致复合纤维支架表面的润湿性越好。该结果说明，将纳米羟基磷灰石与聚羟基丁酸酯复合构建复合纤维支架材料，可以提高支架的亲水性，从而有利于支架与细胞的相互作用。

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引言

近年来，骨组织工程的发展为修复大范围骨缺损开辟了新途径。骨组织工程支架作为骨组织工程的3个关键要素之一，其基本作用是为细胞提供附着点，是组织工程化植入体的基本构架，同时也是组织工程植入体对生理变化作出反应的平台，并作为一种细胞外基质参与周围组织的结合。因此，骨组织工程支架的制备是骨组织工程研究的一个重要方向，也是制约骨组织工程发展的一大难题。如何得到理想的骨组织工程支架一直是国内外学者不懈努力的目标。
人体组织或器官在其组成、结构及功能方面都具有高度的复杂性，对组织工程支架的要求也是多方面的，因此将具有不同性质的材料复合构建生物复合材料，已成为当前组织工程支架材料的研究趋势。由于人体骨是纳米级羟基磷灰石晶体在胶原纤维中定向排列所构成的三维复合体，因此对于骨组织工程支架材料而言，将生物活性陶瓷材料引入聚合物基体，将二者的优势结合起来仿生构建类细胞外基质，被认为是最有希望达到要求的设计思路^[1-6]。
聚羟基丁酸酯是微生物在不平衡生长条件下储存于细胞内的一种高分子聚合物^[7]，具有优良的生物相容性及生物降解性，同时压电性也是聚羟基丁酸酯所特有的，聚羟基丁酸酯的特性决定其较适合应用于骨组织修复。然而聚羟基丁酸酯也有一些缺点，如脆性大、亲水性较差等。为了提高聚羟基丁酸酯的性能，以满足用于骨科固定材料、骨移植替代材料或骨组织工程支架材料的要求，将其与纳米羟基磷灰石进行复合也是物理共混改性的研究热点之一^[8-9]。
基于以上认识，本课题在前序实验研究的基础上，将不同比例的纳米羟基磷灰石与聚羟基丁酸酯复合，利用高压静电纺丝技术制备新型复合纤维支架，对所得复合支架材料的结构及理化性能进行表征，为其进一步应用奠定实验基础。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

材料方法

设计：对比观察学实验。
时间及地点：实验于2010年3月至2014年4月在四川大学口腔疾病研究国家重点实验室完成。
材料：聚羟基丁酸酯购于中国科学院成都生物研究所；纳米羟基磷灰石由四川大学口腔疾病研究国家重点实验室提供。
主要设备：AH250型电子天平(USA)、THZ-C型恒温水浴摇床(中国，江苏)、78HW-1恒温磁力搅拌器(中国，江苏)、CS101-1AB鼓风电热干燥箱(中国，重庆)、JSM－5900LV型扫描电镜(JEOL公司，日本)、X射线衍射仪(X Pert Pro MPD X. Philips. Holland)、傅里叶变换红外光谱仪FTIR(NICOLET-560. Nicolet. USA)、差示扫描量热仪(NETZSCH DSC 200 PC)、静滴接触角/界面张力测量仪(DSA 100，德国)。
实验方法：
气流-高压静电纺丝溶液的配制：①基础液的配制：聚羟基丁酸酯/氯仿溶液的配置：称取适量的聚羟基丁酸酯加入氯仿中，使聚羟基丁酸酯的质量分数固定为4%，于50 ℃溶解4 h，备用。②纳米羟基磷灰石/氯仿悬浮液的配置：称取适量的纳米羟基磷灰石粉加入氯仿中，使纳米羟基磷灰石的质量分数也固定为4%，置于磁力搅拌器上中速搅拌12 h，超声振荡15 min，使纳米羟基磷灰石在氯仿中分散均匀。③纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合电纺液的配制：将一定体积的纳米羟基磷灰石/氯仿悬浮液与纯聚羟基丁酸酯/氯仿溶液按比例混合(表1)，使纳米羟基磷灰石在纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯混合物中的质量百分比分别为10%、20%和30%。将混合后的复合悬浊液置于磁力搅拌器上中速搅拌 12 h，超声振荡巧15 min，使纳米羟基磷灰石在电纺液中均匀分布。④纯聚羟基丁酸酯电纺液的配制：纯聚羟基丁酸酯气电纺溶液即为质量分数4%的聚羟基丁酸酯/氯仿溶液。

气流-高压静电纺丝的参数设定：实验所选用气流-高压静电纺丝的参数设定，是在前序实验对纯聚羟基丁酸酯及10%纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯支架气流-高压静电纺丝参数摸索的基础上确定的。具体参数设定如下：喷丝头内径为0.24 mm，电纺液的加载速度为 0.5 mL/min，电压为29 kV，氮气气体流量为10 L/min，接收距离为20 cm，每片盖玻片的接收时间为4 min。最后将呈无纺布状态的气电纺纤维支架连同盖玻片一起置于真空干燥箱内过夜。
扫描电镜观察气电纺支架的形貌和结构：将样本表面喷金后用扫描电镜观察其表面形态，扫描电镜工作电压为20 kV。
傅里叶变换红外光谱分析：用傅里叶变换红外光谱仪对样品的化学组成进行测定。
X射线衍射分析：材料的晶相分布利用X射线衍射仪进行检测。
热学性能分析：用差示扫描量热仪分析样品的热学性能：样品取用量为5 mg左右，升温扫描，升温范围为 30-200 ℃，升温速率10 ℃/min。
表面润湿性：采用静滴接触角/界面张力测量仪以静态液滴法测量样品的表面接触角，实验液体为去离子水5 μL，每一样本表面取5个不同的点进行测量。
主要观察指标：不同比例电纺纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯支架材料样本的电镜形态、基团、晶相分布、热学性能及表面接触角。
统计学分析：实验结果采用Microsoft Office Excel 2003软件进行数据分析并绘图。

讨论

在静电力拉伸作用下得到纤维的方法称为静电纺丝，又称电纺。自20世纪80年代以来，随着纳米技术的发展，这项能够以相对较为简便方法获得亚微米、甚至纳米级纤维的技术日渐受到重视。静电纺丝的基本原理为：聚合物溶液或熔体置于外加电场时，溶液或熔体中不同的离子或分子中具有极性的部分将向不同的方向聚集，即阴离子或分子中的富电子部分将向阳极的方向聚集，而阳离子或分子中的缺电子部分将向阴极的方向聚集。对于一个悬挂于金属毛细管口的液滴来说，当阳极插入聚合物溶液时，液滴的表面应该是布满了受到阳极排斥作用的阳离子或分子中的缺电子部分，溶液表面的分子受到了指向阴极的电场力，与溶液的表面张力方向相反。当电场强度超过某一临界值时，液滴中带电部分克服表面张力从毛细管中喷出，在毛细管顶端形成一股带电的喷射流，射流被不断拉细，最终形成超细纤维^[12-13]。
纺丝工艺的理想目标是^[14]：所得纤维直径均匀并可以控制；纤维表面无缺陷或缺陷可以控制；能够得到连续的单股纤维。虽然纺丝装置并不复杂，但要达到这些目标并不容易。这是因为在电纺过程中，电纺液的性质，如溶液的黏度、溶液浓度及溶液的导电性等，纺丝过程参数，如电场强度、喷丝头与收集板间的距离等，以及周围环境的湿度、温度等诸多因素均会对所形成的纤维性状造成影响[^15-18]。首先，聚合物溶液只有在适当的黏度下才能被电纺成纤维，聚合物溶液黏度太低，产物中存在大量颗粒，在收集板上将得不到连续的纤维；黏度太高则无法从喷丝头喷出且容易堵塞喷丝头。不同的聚合物溶液具有不同的电纺黏度范围。在没有射流分裂的情况下，溶液黏度是影响纤维直径的一个重要参数，溶液黏度越高所得的纤维的直径越大。当固体聚合物溶于溶剂中时，溶液的黏度部分取决于聚合物浓度。其次，在静电力作用下，电纺溶液必须要克服表面张力才能从喷丝头喷出，因此对于电纺而言存在着一个聚合物临界电压，使其所受静电力大于液体的表面张力。临界电压的大小与电纺溶液的浓度、黏度和表面张力有关。最后，电纺液的喷射流到达收集板，完成静电纺丝过程，因此要在收集板上得到聚合物的连续纤维，就要求喷丝头与收集板之间有足够的距离，保证聚合物喷射流中的溶剂能够在喷射流到达收集板之前挥发掉(或熔体能够固化)。
本实验将纳米羟基磷灰石与聚羟基丁酸酯按不同比例混合后进行气流-高压静电纺丝，结果表明直到纳米羟基磷灰石含量达到30%时，仍可以得到连续的超细纤维，证实了采用气流-高压静电纺丝技术制备纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维的可行性；在其他气电纺参数一定的条件下，由于电纺液中聚羟基丁酸酯的含量减少导致溶液的浓度降低，因此所得到的纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维的直径均较纯聚羟基丁酸酯纤维的直径小，这与上述的研究结果一致。而3组复合纤维相比，随着复合溶液中纳米羟基磷灰石比重的增加纤维直径又随之增加，但直径分布趋于一致，这是因为电纺溶液中纳米羟基磷灰石含量的增加使得在喷射流拉伸及溶剂挥发过程中，更多的纳米羟基磷灰石分布、突出于纤维表面，且分布趋于均匀，导致纤维直径及表面粗糙度的增加。同时，由于纳米羟基磷灰石的亲水性较好，所以复合纤维支架的表面亲水性得以提高。
一般认为，在结晶聚合物的静电纺丝过程中，由于喷射流的比表面积极大，溶剂快速挥发，纤维迅速固化，取向链段的结晶时间很短，结晶过程可能受到阻碍，导致聚合物纤维的结晶度降低[19-20]。但在本实验中由各组样品的差示扫描量热曲线可以看出，聚羟基丁酸酯气电纺纤维的熔点与其溶液流延膜的熔点相同，但熔限变窄，气电纺纤维中聚羟基丁酸酯的结晶度较高，这说明在本实验的气电纺丝过程中，溶剂快速挥发使聚羟基丁酸酯结晶受阻的现象没有出现。这可能是因为：对于溶液流延膜来说，在溶液结晶过程中，由于聚羟基丁酸酯的结晶性很强，晶体之间存在竞争作用，不完善晶体的成长将受到其附近的较完善的晶体的限制，不能充分结晶，因此溶液流延膜样品中，结晶的完善程度差别较大，在DSC曲线上表现为熔融峰较宽，在X射线衍射谱图上表现为除了2θ=15°附近的2个主要的结晶衍射峰之外还有多个高角度的宽衍射峰。但在气电纺丝过程中，喷射流极小的直径限制了结晶的扩散，晶体间的竞争作用也随之受到限制，同时在高压静电和氮气气流的双重拉伸作用下，链段的取向使结晶成核速率明显加快，进一步提高了聚羟基丁酸酯的结晶速率，这使得聚羟基丁酸酯可以在纤维固化之前充分结晶。另外拉伸取向还可以使分子链有序排列，因而结晶的规整程度较高。结果表现为差示扫描量热曲线上熔融峰变窄，以及X射线衍射谱图上只有低角度处的结晶衍射峰，高角度处的衍射峰几乎完全消失。同样的现象在静电纺聚羟基丁酸酯纳米纤维的实验中也观察到过[21]。
但是，对于气电纺纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维支架而言，本实验的差示扫描量热及X射线衍射结果显示，随着纳米羟基磷灰石的加入及其含量的增加，复合纤维中聚羟基丁酸酯的结晶度随之降低，表现为各组复合纤维支架的熔点与纯聚羟基丁酸酯纤维支架的熔点基本一致，但熔融峰增宽，结晶熔融焓随着纳米羟基磷灰石含量的增加而降低；以及X射线衍射谱图上聚羟基丁酸酯结晶馒头峰的出现。这说明复合纤维中纳米羟基磷灰石晶相的存在，显著阻碍了聚羟基丁酸酯的结晶过程，且纳米羟基磷灰石的含量越大，这种阻碍作用越强，使得复合纤维中的聚羟基丁酸酯结晶度显著降低。球晶的大小和结晶度的高低直接影响高聚物的力学性能。一般来讲，球晶越大结晶度越高，材料的韧性越差。聚羟基丁酸酯属于高度结晶聚合物，球晶尺寸大，结晶度高导致聚羟基丁酸酯的韧性较差[22]。由此可以推测，本实验中纳米羟基磷灰石与纳米羟基磷灰石的复合可以降低复合纤维中聚羟基丁酸酯的结晶度，有利于改善聚羟基丁酸酯的力学脆性。但关于气电纺纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维中聚羟基丁酸酯的结晶变化、纳米羟基磷灰石的复合比例及纳米羟基磷灰石的分布对气电纺纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维支架力学性能的实际影响还有待进一步深入研究。
综上所述，本实验将纳米羟基磷灰石粉体与聚羟基丁酸酯复合，通过气流-高压静电纺丝技术成功制备了分别含有10%、20%和30%纳米羟基磷灰石的纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维支架，证实了气流-高压静电纺丝技术制备纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯复合纤维支架的可行性，复合纤维中纳米羟基磷灰石的含量越高纤维表面越粗糙，纤维支架的表面润湿性越好。将纳米羟基磷灰石与聚羟基丁酸酯复合进行静电纺丝，可以降低复合纤维中聚羟基丁酸酯相的结晶度及结晶规整程度，而且聚羟基丁酸酯相的结晶度有随着纳米羟基磷灰石含量的增加而降低的趋势。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯骨组织工程支架的制备及性能表征

Fabrication and properties of nano-hydroxyapatite/poly(3-hydroxybutyrate) ultrafine-fibrous scaffolds for bone tissue engineering

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