聚己內(nèi)酯組織工程支架制備及其性能研究.pdf

1、組織工程學(xué)是一門涉及醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)以及工程力學(xué)的交叉性學(xué)科，旨在再生制造人體器官以幫助病人康復(fù)。組織工程支架在組織工程中扮演著很重要的角色，它主要用以模仿細(xì)胞原本的生存環(huán)境，即細(xì)胞外基質(zhì)。細(xì)胞外基質(zhì)的主要作用是為細(xì)胞提供足夠的結(jié)構(gòu)支持，并對(duì)細(xì)胞間的信號(hào)傳遞產(chǎn)生影響。組織工程支架的主要特性包括:高孔隙率、合適的泡孔尺寸、內(nèi)部連通的泡孔、足夠的機(jī)械強(qiáng)度，合適的表面化學(xué)性能，合適的表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及合理的降解速率等。靜電紡絲技術(shù)所制

2、備的納米纖維具有以上特征，因此被廣泛研究和應(yīng)用于組織工程領(lǐng)域。目前為止，大量研究主要關(guān)注的是納米纖維的制造工藝、材料、宏觀取向以及纖維直徑等方面對(duì)于細(xì)胞行為的影響，而對(duì)于纖維表面形貌特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究較少，尤其是關(guān)于表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面。
　　本論文開展了一系列實(shí)驗(yàn)，在納米纖維內(nèi)部晶體形貌特征研究的基礎(chǔ)上，研究了聚己內(nèi)酯納米纖維表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞行為的影響。另外，也開展了關(guān)于微注塑發(fā)泡成型技術(shù)制造多孔狀支架材料的實(shí)驗(yàn)。本論文主要工作

3、分為以下四個(gè)部分:
　　第一部分實(shí)驗(yàn)采用一種特殊的接收裝置成功得到了各向異性（即定向排列）的納米纖維膜。研究了平行板電極間距對(duì)納米纖維的影響。使用DSC和二維廣角X射線等儀器研究了纖維內(nèi)部的結(jié)晶情況。結(jié)果顯示各個(gè)間距所得的纖維結(jié)晶度變化不大，但對(duì)熔融溫度有一定影響?；诰奂簝?nèi)酯纖維的X射線衍射結(jié)果，得到了納米纖維內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示在單根納米纖維內(nèi)部存在次級(jí)結(jié)構(gòu)，即納米纖絲結(jié)構(gòu)，數(shù)十根納米纖絲沿纖維軸向排列形成了單根聚己內(nèi)酯納

4、米纖維。
　　第二部分研究了聚乳酸/聚己內(nèi)酯納米復(fù)合材料纖維內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)以及加入氧化石墨烯對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)的影響。研究了聚乳酸/聚己內(nèi)酯的相分離和氧化石墨烯的選擇性局部分散現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示氧化石墨烯傾向局部分散于極性較小的組分相中，并且其分散與組分材料無(wú)關(guān)。在PLA基體加入少量PCL，PLA的結(jié)晶度得到提高，反之亦然。對(duì)比各自純料的納米纖維的結(jié)晶情況，氧化石墨烯的加入抑制了PCL結(jié)晶卻促進(jìn)了PLA的結(jié)晶。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，氧化石墨烯

5、的選擇性局部分散促進(jìn)了小體積比例組分的結(jié)晶，而抑制了大體積比例組分的結(jié)晶程度。實(shí)驗(yàn)還顯示加入氧化石墨烯之后，纖維內(nèi)部部分晶體排列方向發(fā)生變化。綜合各項(xiàng)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)加入氧化石墨烯后兩種組分的結(jié)晶度接近各自純料纖維的結(jié)晶度，從而表明復(fù)合材料吸收了兩種組分的優(yōu)點(diǎn)，克服了兩種組分各自的缺點(diǎn)，從而有利于提高復(fù)合材料的性能，為其作為新型的組織工程支架材料提供了基礎(chǔ)。
　　第三部分研究了用靜電紡絲聚己內(nèi)酯納米纖維進(jìn)行自誘導(dǎo)結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)過程各

6、個(gè)因素的影響。實(shí)驗(yàn)成功制備了聚己內(nèi)酯自誘導(dǎo)串晶結(jié)構(gòu)。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)特征與人體內(nèi)膠原蛋白纖維近似。研究了溶液濃度與串晶幾何特征的關(guān)系，結(jié)果顯示溶液濃度對(duì)串晶尺寸和串晶晶片之間的周期距離有決定性影響，周期距離與初始濃度呈線性關(guān)系。通過實(shí)時(shí)觀察的手段，得到了“kebab”的形成過程的圖像。實(shí)驗(yàn)同時(shí)研究了脊纖維材料對(duì)串晶形成的影響，結(jié)果表明串晶結(jié)構(gòu)的形成受脊纖維材料種類和內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)的影響。生物學(xué)測(cè)試顯示，帶有串晶結(jié)構(gòu)的納米纖維具有良好的生

7、物相容性，納米纖維表面的串晶的形成改變了纖維的表面積-體積比，從而促進(jìn)了細(xì)胞的黏附與增殖。
　　第四部分研究微發(fā)泡成型技術(shù)和化學(xué)發(fā)泡技術(shù)聯(lián)合制備多孔狀結(jié)構(gòu)材料的制備工藝，并對(duì)所制得樣品的性能進(jìn)行了表征。通過發(fā)泡和瀝濾技術(shù)成功得到了相互連通的多孔狀結(jié)構(gòu)。泡孔率約為70％，泡孔大小約為35微米。通過分析得到了泡孔相互連通的原理，以及發(fā)泡和瀝濾技術(shù)的泡孔率貢獻(xiàn)比例等。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，所得多孔材料可以用作軟骨組織工程支架。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)