具有管中管結構復合神經導管的制備及材料性能研究.pdf

1、隨著神經損傷發(fā)生率的大幅度上升，神經移植已不能很好地滿足需要，新方向的探索變得尤為重要，神經導管作為一種新的治療方法應運而生。神經導管組織工程支架可以為神經的生長提供良好的微環(huán)境，理想的神經導管還能促進受損神經的愈合或為神經的生長提供導向作用。本文設計了一種管中管新構型的神經導管，詳細討論了各部分材料的基本性能，對管中管結構神經導管的可行性進行初步探索，期望復合結構的神經導管會對神經再生起到積極作用。
　　通過靜電紡絲法制備得到的

2、納米纖維，由于具有較高的孔隙率、較大的比表面積及高表面能等優(yōu)勢，能夠從納米尺度來模仿天然細胞外基質，被廣泛地應用于組織工程支架材料、傷口敷料及藥物載體等方面。因此本文首先采用靜電紡絲技術制備神經導管的外管支架，通過旋轉接收裝置、優(yōu)化紡絲參數，制備得到仿細胞外基質的有序納米纖維支架，作為細胞生長的支撐，促進細胞的遷移及增殖。另外，濕法中空纖維成型是一步法連續(xù)制備中空纖維導管的有效途徑，在制備管內部纖維導管時采用濕法紡絲技術。
　　本

3、文選用脂肪族聚碳酸丁二脂(PBC)、甲殼素納米晶須(ChW)、高密度殼聚糖(HCS)及表面功能化的多壁碳納米管(f-MWNTs)作為基本支架材料，通過靜電紡絲接收裝置的改進、材料組合、表面改性等，系統地研究評價了這類材料用作神經修復組織工程材料的力學性能、細胞相容性及降解性能等。主要研究工作如下:
　　1.通過靜電紡絲法制備無規(guī)和有序PBC納米纖維，研究了接收線速度對納米纖維基本性能的影響。之后研究了低溫等離子表面改性技術對纖維表

4、面親水性的影響，并通過等離子改性方法誘導纖維表面接枝明膠，以增強纖維表面的生物相容性。研究表明，PBC可以均勻地溶解于甲酸、DMF、六氟異丙醇及氯仿等有機溶劑中，但僅溶解于甲酸能夠得到表面光滑、粗細均勻的納米級纖維;通過轉軸法可以成功制備得到PBC有序納米纖維，隨著旋轉線速度的增大，纖維的排列有序度、晶區(qū)及分子鏈的取向度、結晶度以及力學性能都有所增大。
　　2.為了進一步提高外管有序納米纖維的力學性能。首先通過酸解法制備得到納米級

5、甲殼素晶須，然后將其與PBC進行共混復合，通過靜電紡絲法制備得到納米級復合纖維，研究發(fā)現利用酸解法制得的甲殼素晶須的長度范圍為180-680nm，直徑分布范圍為15-30nm，平均長徑比為14.7，且將晶須分散到甲酸中24h后對表面形貌的觀察發(fā)現，在短時間內甲酸并不會影響到晶須形貌，為下一步實驗提供了依據;對將不同含量的晶須添到PBC中制得復合納米纖維的研究表明，當晶須含量為5.0wt％時，制得的納米纖維表面光滑、直徑分布均勻且隨著晶須

6、的加入結晶度、熱穩(wěn)定性及力學性能得到顯著提高。之后采用低溫等離子技術對表面進行改性處理并用明膠接枝以賦予纖維表面新的生物相容性，使其親水性得到了很大的提高，且更有利于神經細胞RSC96的黏附與增殖。
　　3.采用高密度殼聚糖(HCS)來制備導管內部的中空纖維。首先研究了HCS質量分數以及溫度等對紡絲漿液穩(wěn)定性的影響;而后進行濕法紡絲制備了中空纖維，并對HCS中空纖維的化學結構、晶體結構和熱性能進行了研究。結果表明，HCS的固含量為

7、5wt％時，紡絲過程順利進行，擠出的漿液在凝固浴中形成的初生纖維結構均勻，不會出現斷絲情況。紡絲溫度應控制在20-30℃;凝固浴濃度為3wt％時所得的中空纖維熱力學及結構性能較好。因此，在后續(xù)的實驗研究中，將采用質量分數為5wt％HCS紡絲漿液，以質量分數為3wt％的NaOH-乙醇溶液作為凝固浴制備中空纖維。
　　4.采用碳納米管來增強HCS中空纖維的力學和電學性能。為了提高碳管在HCS溶液中的分散性及與HCS基體之間的相容性，通

8、過表面沉積交聯法對碳管進行表面修飾得到f-MWNTs。然后與HCS進行混合制得復合中空纖維，并對其性能進行了研究分析。研究發(fā)現，經過表面修飾得到的f-MWNTs的管身變得平直，纏結狀態(tài)也有所緩解，且在水中的分散性就明顯優(yōu)于MWNTs;對復合中空纖維的研究發(fā)現當f-MWNTs的含量達到0.5wt％時，f-MWNTs在HCS基體中的分布最為均勻，中空纖維的斷面形貌也最為致密;且復合纖維的拉伸強度和彈性模量均達到最大值，分別為9.33MPa和

9、2.34GPa;在含水率相同的條件下，隨著碳管含量的增加復合纖維的電導率也增加。經過等離子預處理和明膠接枝改性后，復合膜在各個壓力下的水通量都有了明顯的提高，且更有利于細胞的黏附與增殖。
　　5.管中管結構的神經導管外層通過將靜電紡有序納米纖維沿一定直徑的芯棒卷繞成管狀結構，內部填充中空纖維，得到內部通道不同的導管。對導管的壓縮性能的研究表明，5-通道神經導管在形變量為25％時，負荷力高達201cN，完全能夠滿足神經導管徑向支撐力