具有管中管結(jié)構(gòu)復(fù)合神經(jīng)導(dǎo)管的制備及材料性能研究.pdf

1、隨著神經(jīng)損傷發(fā)生率的大幅度上升，神經(jīng)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(jīng)導(dǎo)管作為一種新的治療方法應(yīng)運(yùn)而生。神經(jīng)導(dǎo)管組織工程支架可以為神經(jīng)的生長(zhǎng)提供良好的微環(huán)境，理想的神經(jīng)導(dǎo)管還能促進(jìn)受損神經(jīng)的愈合或?yàn)樯窠?jīng)的生長(zhǎng)提供導(dǎo)向作用。本文設(shè)計(jì)了一種管中管新構(gòu)型的神經(jīng)導(dǎo)管，詳細(xì)討論了各部分材料的基本性能，對(duì)管中管結(jié)構(gòu)神經(jīng)導(dǎo)管的可行性進(jìn)行初步探索，期望復(fù)合結(jié)構(gòu)的神經(jīng)導(dǎo)管會(huì)對(duì)神經(jīng)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(shì)，能夠從納米尺度來模仿天然細(xì)胞外基質(zhì)，被廣泛地應(yīng)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(shù)制備神經(jīng)導(dǎo)管的外管支架，通過旋轉(zhuǎn)接收裝置、優(yōu)化紡絲參數(shù)，制備得到仿細(xì)胞外基質(zhì)的有序納米纖維支架，作為細(xì)胞生長(zhǎng)的支撐，促進(jìn)細(xì)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(dǎo)管的有效途徑，在制備管內(nèi)部纖維導(dǎo)管時(shí)采用濕法紡絲技術(shù)。
　　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(jìn)、材料組合、表面改性等，系統(tǒng)地研究評(píng)價(jià)了這類材料用作神經(jīng)修復(fù)組織工程材料的力學(xué)性能、細(xì)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(duì)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(shù)對(duì)纖維表

4、面親水性的影響，并通過等離子改性方法誘導(dǎo)纖維表面接枝明膠，以增強(qiáng)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(jī)溶劑中，但僅溶解于甲酸能夠得到表面光滑、粗細(xì)均勻的納米級(jí)纖維;通過轉(zhuǎn)軸法可以成功制備得到PBC有序納米纖維，隨著旋轉(zhuǎn)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(jié)晶度以及力學(xué)性能都有所增大。
　　2.為了進(jìn)一步提高外管有序納米纖維的力學(xué)性能。首先通過酸解法制備得到納米級(jí)

5、甲殼素晶須，然后將其與PBC進(jìn)行共混復(fù)合，通過靜電紡絲法制備得到納米級(jí)復(fù)合纖維，研究發(fā)現(xiàn)利用酸解法制得的甲殼素晶須的長(zhǎng)度范圍為180-680nm，直徑分布范圍為15-30nm，平均長(zhǎng)徑比為14.7，且將晶須分散到甲酸中24h后對(duì)表面形貌的觀察發(fā)現(xiàn)，在短時(shí)間內(nèi)甲酸并不會(huì)影響到晶須形貌，為下一步實(shí)驗(yàn)提供了依據(jù);對(duì)將不同含量的晶須添到PBC中制得復(fù)合納米纖維的研究表明，當(dāng)晶須含量為5.0wt％時(shí)，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(jié)晶度、熱穩(wěn)定性及力學(xué)性能得到顯著提高。之后采用低溫等離子技術(shù)對(duì)表面進(jìn)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(jīng)細(xì)胞RSC96的黏附與增殖。
　　3.采用高密度殼聚糖(HCS)來制備導(dǎo)管內(nèi)部的中空纖維。首先研究了HCS質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及溫度等對(duì)紡絲漿液穩(wěn)定性的影響;而后進(jìn)行濕法紡絲制備了中空纖維，并對(duì)HCS中空纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和熱性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，HCS的固含量為

7、5wt％時(shí)，紡絲過程順利進(jìn)行，擠出的漿液在凝固浴中形成的初生纖維結(jié)構(gòu)均勻，不會(huì)出現(xiàn)斷絲情況。紡絲溫度應(yīng)控制在20-30℃;凝固浴濃度為3wt％時(shí)所得的中空纖維熱力學(xué)及結(jié)構(gòu)性能較好。因此，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究中，將采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt％HCS紡絲漿液，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(qiáng)HCS中空纖維的力學(xué)和電學(xué)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(lián)法對(duì)碳管進(jìn)行表面修飾得到f-MWNTs。然后與HCS進(jìn)行混合制得復(fù)合中空纖維，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究分析。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過表面修飾得到的f-MWNTs的管身變得平直，纏結(jié)狀態(tài)也有所緩解，且在水中的分散性就明顯優(yōu)于MWNTs;對(duì)復(fù)合中空纖維的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)f-MWNTs的含量達(dá)到0.5wt％時(shí)，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(fù)合纖維的拉伸強(qiáng)度和彈性模量均達(dá)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(fù)合纖維的電導(dǎo)率也增加。經(jīng)過等離子預(yù)處理和明膠接枝改性后，復(fù)合膜在各個(gè)壓力下的水通量都有了明顯的提高，且更有利于細(xì)胞的黏附與增殖。
　　5.管中管結(jié)構(gòu)的神經(jīng)導(dǎo)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(jié)構(gòu)，內(nèi)部填充中空纖維，得到內(nèi)部通道不同的導(dǎo)管。對(duì)導(dǎo)管的壓縮性能的研究表明，5-通道神經(jīng)導(dǎo)管在形變量為25％時(shí)，負(fù)荷力高達(dá)201cN，完全能夠滿足神經(jīng)導(dǎo)管徑向支撐力