一种生物活性PCL基“自适配”形状记忆聚合物支架的制备

以下实验的总体目标是制备一种形状记忆聚合物（SMP）支架，该支架能够自行贴合不规则的颅颌面缺损，以促进骨整合（osteointegration）和愈合。该目标首先通过溶剂浇铸和聚己内酯二丙烯酸酯（polycaprolactone di acrylate）的光化学固化，形成融合的盐模板来实现。在盐模板上形成的支架具有骨传导所需的高连通孔隙结构。

第二步，将支架涂覆多巴胺聚合物，以提供生物活性。接下来，用温热的生理盐水处理支架，使其能够压配植入不规则模型中。通过压配结果、扫描电子显微镜成像以及体外羟基磷灰石形成情况评估缺陷修复效果，结果显示存在自适配性差、孔隙连通性不足及生物活性较低等问题。

与现有方法（如自体移植）相比，该技术的主要优势在于其可实现贴合性植入，从而关键性地促进骨整合与骨愈合。本实验操作由本实验室的博士研究生 Lindsey Nail 示范。开始制备支架时，首先将氯化钠通过 425 µm 筛网过筛，并将 1.8 克过筛后的氯化钠分四次加入一个 3 升的玻璃瓶中；随后缓慢加入 146 毫克去离子水，同时用金属刮刀搅拌混合。

每次添加后，盖上离心管盖，用纸巾包裹，并将其垂直放入离心管中。离心15分钟后，打开管盖，让溶液过夜自然干燥。按照文本方案合成P-C-L-D-A后，在玻璃小瓶中配制含有每毫升氯甲烷150毫克P-C-L-D-A的浸解溶液，盖上瓶盖，用铝箔包裹，涡旋混合1分钟。

接下来，准备光引发剂溶液：在玻璃小瓶中加入115毫克DMP和1毫升乙烯基、2-苯基乙醇，混匀。再次盖紧瓶盖，用铝箔包裹，并涡旋震荡1分钟。用移液器将光引发剂溶液加入到水解液中，制成体积分数为15%的混合溶液，再将小瓶涡旋震荡1分钟。

接下来，用铝箔包裹装有盐模板的离心管，加入光引发剂与单体混合物，直至完全覆盖盐模板。盖紧管盖，用纸巾包裹后垂直放入离心管中。以离心机离心10分钟。

接下来，取下锡箔，打开小瓶盖，将溶液暴露于紫外光下照射三分钟。然后让溶液在空气中干燥过夜，划痕并折断玻璃，用镊子取下瓶口部分。将支架转移至等体积的水-乙醇溶液中，浸泡四天，每天更换溶液。

最后，取出 SMP 支架并在空气中干燥过夜。首先应用聚多巴胺涂层时，将一根 20 号针头插入 SMP 支架约一半深度，然后将一根导线缠绕在针座上。将支架浸入 200 毫升正在搅拌的多巴胺溶液中，并通过将导线固定在烧杯边缘，使针座保持在液面以上。

接下来，将注射器插入针头座中，拉动活塞以从支架中去除空气。待完全脱气后，使支架保持浸没状态静置16小时。从溶液中取出支架，并移除针头。

然后用去离子水冲洗支架，并在室温下真空烘箱中干燥24小时。将支架置于85摄氏度的干燥烘箱中加热一小时。最后，取出支架并使其冷却至室温。

首先，通过在厚度为五毫米的刚性塑料板上钻出一个平均直径约为六毫米的不规则孔洞，制备缺损模型。然后将形状记忆聚合物（SMP）支架浸入盛有去离子水的烧杯中，水温约为60摄氏度，持续两分钟。使用镊子 manipulating 支架形状，检测其是否明显软化。

用镊子将软化的支架从水中取出，并用手将其压入缺损模型中。让支架冷却至室温，然后从缺损模型中取出。观察新固定的临时形状，以直观评估其浇注情况、相互连通性及尺寸大小。

首先，用镊子将 SMP 支架浸入液氮中一分钟。然后用干净的刀片沿支架中部将其切开。接着，将其中一半支架的断裂面朝上固定在样品台。

使用碳胶带将支架镀上金和铂合金，镀层深度约为4纳米。将样品载入扫描电镜，然后在10至15千伏的加速电压下采集图像，以表征其体外生物活性。

首先使用洁净的刀片沿圆柱形SMP支架的圆形边缘将其切成两半。将其中一半支架放入含有30毫升模拟体液的试管中，14天后将试管置于37摄氏度的静止水浴中。从试管中取出支架，使其在空气中干燥24小时。

接下来，使用碳导电胶带将支架的切割面朝上固定在电子显微镜的样品台上。然后，用金和铂合金对支架表面进行溅射镀膜，镀层深度约为4纳米。与之前相同，将样品装入扫描电镜中，并在10至15千伏的加速电压下采集图像。

在60摄氏度加热后，SMP支架会变得可塑形，并可置入缺损模型中。冷却至室温后，取出SMP支架，其将保持新的固定临时形状。扫描电子显微镜图像显示了未涂层SMP支架的孔隙结构以及高度相互连通的形貌。

聚多巴胺包覆的形状记忆聚合物支架的生物活性通过扫描电镜图像中孔隙内羟基磷灰石的形成得以证实。观看本视频后，您应充分了解如何通过在盐模板颗粒上进行溶剂浇铸并结合溶出工艺，制备具有生物活性的自适配形状记忆聚合物支架，以及如何应用聚多巴胺涂层。