PLA和PHB混合涂層在模擬體液中的降解行為

何 欣，朱 宇，黃晶晶，曹利萍

（重慶理工大學，重慶 400054）

PLA和PHB在人體內可無毒降解為CO2和H2O[1]，有良好的生物相容性[2]。但PLA疏水性較強，會降低生物相容性，且降解周期難控制[3]；PHB耐熱性差、加工性能差[4]，限制了PHB與PLA在生物醫學領域的應用。

PLA或PHB涂層的性能都有一定缺陷，本實驗通過制備PHB/PLA混合溶液，獲得PLA/PHB涂層；測試塔菲爾曲線和研究降解行為，對PHB/PLA涂層進行表征，為可降解高分子材料方面的研究提供新策略。

1 材料與實驗步驟

1.1 實驗儀器和試劑

實驗儀器包括接觸角測量儀、電化學工作站，試劑包括三氯甲烷、氯化鎂、三水合磷酸氫二鉀、碳酸氫鈉、氯化鈉、三羥甲基氨基甲烷、氯化鉀、聚乳酸、聚β-羥基丁酸酯。

1.2 PHB/PLA樣品和SBF的制備

分別配制1% PLA溶液和1% PHB溶液后混勻，配制成1% PLA/PHB溶液。將配制好的PLA/PHB溶液敷涂，制得PHB/PLA涂層。

稱取0.228 g三水合磷酸氫二鉀、7.996 g氯化鈉、0.071 g硫酸鈉、0.278 g氫化鈣、0.350 g碳酸氫鈉、0.224 g氯化鉀、6.057 g三羥甲基氨基甲烷、0.305 g氯化鎂于燒杯中，定容至1 L，調節pH為7.4，制得SBF。

1.3 涂層的表征

1.3.1 接觸角的測量

設置水滴參數為2 μL并預運行后放置樣品，將液體滴到待測平面上，進行接觸角的測量，平行測定3次。根據計算出的數據，繪制圖像并觀察混合涂層的親水性與疏水性。

1.3.2 電化學檢測

用電化學工作站測試樣品塔菲爾曲線，樣品為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑為輔助電極。在模擬體液中檢測，掃描電位為-1.5～0.6 V，掃描速率為0.01 V/s。

1.4 降解測試

在37 ℃恒溫的模擬體液中，對樣品進行降解測試。參考羅玲[5]的方法，對降解液中PHB溶液濃度進行分析，了解涂層的降解行為。

2 結果與討論

2.1 親疏水性分析

涂層的降解會改變涂層表面的親水性和疏水性，隨著降解時間的延長，滴落的水珠在涂層表面形成的圓形液餅高度逐漸降低、角度逐漸減小（見圖1），表明試樣由疏水性轉為親水性，產生降解行為。

圖1 接觸角變化曲線

2.2 涂層成分分析

含有PLA/PHB的試樣在模擬體液中浸泡不同時間后，所測得的塔菲爾曲線如圖2所示。腐蝕電壓越正，耐腐蝕性越強。由圖2可知，3 h時，涂層的腐蝕電壓為-1.023 0 V，是所有樣品中腐蝕電壓最小的，表明此時涂層在模擬體液中發生嚴重腐蝕。在第3天時，腐蝕電壓為-0.237 3 V，耐腐蝕能力最好，相對3 h時的樣品，腐蝕電壓正移，涂層的耐腐蝕能力得到提高。因此，涂層在模擬體液中的浸泡時間越長，涂層的耐腐蝕性就越強。

2.3 降解實驗分析

浸泡不同時間的PLA/PHB混合涂層在模擬體液中pH的變化情況如圖3所示。由圖3可知，隨著降解時間的延長，涂層中的PHB降解為CO2和H2O，使溶液的酸性提升、pH逐漸降低。

通過紫外檢測PHB的質量，判斷涂層的降解程度，溶液中PHB的濃度與其吸光度成正比。由圖3可知，PHB的質量隨降解時間的延長而降低。

圖2 塔菲爾曲線

圖3 PHB質量、pH與時間變化的關系曲線

3 結語

主要研究了PLA/PHB涂層在模擬體液中的降解行為。隨著降解時間的延長，涂層的親水性增強，耐腐蝕性增強。在降解過程中，溶液的pH降低，涂層中PHB的質量減少，說明其在模擬體液中的降解情況良好。PLA和PHB材料的應用前景廣闊，但疏水性、生物降解速率和降解周期的控制是一大難題。