研究背景：

聚（羟基链烷酸酯）（PHA）是由多种微生物以细胞内颗粒的形式合成的生物聚合物，作为碳和储能材料，是生物相容性和可生物降解的热塑性塑料，具有良好的机械性能和可调的形态，可被认为是适合组织工程应用的生物材料。生产PHA支架的技术中大多数是基于聚合物在有毒溶剂中的溶解，最近，相当多的无溶剂技术引起了极大的兴趣，如热成型、挤出、注塑、选择性激光烧结（SLS）和熔融沉积建模（FDM）。选择性激光烧结（SLS）和FDM属于3D打印技术;这些技术可以直接根据单个数字设计生成3D对象。FDM的原理是聚合物挤出，SLS的原理是聚合物粉末床熔融。但是使用FDM处理PHA是一个挑战。然而，PHA（主要是聚（3-羟基丁酸酯）（PHB））在熔体加工过程中具有低热稳定性并且降解迅速的问题。分子量的下降可能非常剧烈，以至于最终的机械性能通常不能满足理论预期。最重要的挑战是PHA热处理窗口的改进及其实际应用。为了提高PHA的熔体稳定性，使用了不同的策略，包括掺入稳定剂，填料，交联添加剂和抗水解剂或与其他聚合物混合。然而，分子量的降低仍然可能发生，这种降低将取决于加工条件。

研究内容：

本研究旨在评估商用PHA的热性能和热稳定性，以及它们是否适合通过熔融沉积建模加工支架。但由于聚合物生产商给出的限制，PHA的化学结构通常未知或无法发表。所以，布尔诺理工大学的阿德里安娜·科瓦尔奇克研究的重点是：1）不同商业PHA的热学和流变学特性的调查和比较，2）评估其对FDM的适用性，3）通过FDM处理支架并评估其热性能，机械性能，细胞毒性和合成胃液中的降解。由于PLA属于FDM常用的热塑性塑料，因此将PHA支架的性能与PLA支架进行了比较。

主要研究结果：

1、PLA、PHB、PHBV和PHBH的DSC（a）冷却和（b）后续加热扫描。

2、聚乳酸（PLA）和聚羟基链烷酸酯（PHB、PHBH和PHBV）球形貌的偏振光光学显微照片。从熔体冷却后，在室温下以20°C min-1拍摄显微照片。

3、测定PHBH Tm0的Hoffman-Weeks图。

4、通过TGA获得的PLA、PHB、PHBV和PHBH的样品重量与温度的关系。

5、PLA和PHA在用于长丝挤出的加工温度下的复合粘度与频率的关系图。

6、3D打印的（a）PHBH支架和（b）PLA支架。

7、PLA和PHBH长丝（fil）和支架（scaf）的机械性能。

8、根据ISO 10993-5标准与参考细胞的相对数量。虚线突出显示了根据EN ISO 10993-5要求评估的关键生存能力，其中活力>0.8表示没有细胞毒性。

9、直接在PLA和PHBH支架上培养的NIH / 3T3显微照片。a）参考;B）PLA;C）涂有明胶的PLA;D） PHBH;E） 涂有明胶的PHBH。

10、生物聚合物在37°C下体外在合成胃液中水解，样品为35×21×0.34毫米。

11、样品在合成胃液中非生物降解之前（0天）和非生物降解后（52天）首次加热DSC图。

12、应用于PHBH和PLA降解的一阶动力学线性化模型。

研究结论：

在这项工作中，研究了不同聚（羟基链烷酸酯）在生物医学中具有潜在应用的适用性。在研究的不同PHA中，已经发现聚（羟基丁酸-共羟基己酸酯）具有足够的热稳定性和流变性能，可用于FDM。PHB和PHBV热降解的评估表明，这些聚合物在重复熔融加工过程中易感且显著降解。PHBH制备的长丝的流变学和机械性能证实，它们足以进行熔融沉积建模。

FDM制备的PHBH支架具有良好的机械和粘弹性。这些支架没有显示出细胞毒性。细胞增殖方面的细胞相容性显示出显著差异，因为PLA支架不允许细胞在其表面增殖，而PHBH支架表面允许细胞增殖与组织培养塑料相当。与PLA支架相比，PHBH促进了模型消化液中更高的细胞增殖和更快的非生物降解。可以得出结论，PHBH具有优异的性能，可用作支架的材料。这些结果表明，PHBH可以扩大用于熔融沉积建模的可生物降解聚合物的供应，在体液中提供优异的生物相容性和生物降解性。

参考文献：

Properties of scaffolds prepared by fused deposition modeling of poly(hydroxyalkanoates)

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.06.022