聚己內酯組織工程支架制備及其性能研究.pdf

1、組織工程學是一門涉及醫(yī)學、生物學、材料學、化學以及工程力學的交叉性學科，旨在再生制造人體器官以幫助病人康復。組織工程支架在組織工程中扮演著很重要的角色，它主要用以模仿細胞原本的生存環(huán)境，即細胞外基質。細胞外基質的主要作用是為細胞提供足夠的結構支持，并對細胞間的信號傳遞產(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、內部連通的泡孔、足夠的機械強度，合適的表面化學性能，合適的表面拓撲結構以及合理的降解速率等。靜電紡絲技術所制

2、備的納米纖維具有以上特征，因此被廣泛研究和應用于組織工程領域。目前為止，大量研究主要關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于細胞行為的影響，而對于纖維表面形貌特征和內部結構的研究較少，尤其是關于表面拓撲結構方面。
　　本論文開展了一系列實驗，在納米纖維內部晶體形貌特征研究的基礎上，研究了聚己內酯納米纖維表面拓撲結構對細胞行為的影響。另外，也開展了關于微注塑發(fā)泡成型技術制造多孔狀支架材料的實驗。本論文主要工作

3、分為以下四個部分:
　　第一部分實驗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部的結晶情況。結果顯示各個間距所得的纖維結晶度變化不大，但對熔融溫度有一定影響?；诰奂簝弱ダw維的X射線衍射結果，得到了納米纖維內部的晶體結構。結果顯示在單根納米纖維內部存在次級結構，即納米纖絲結構，數(shù)十根納米纖絲沿纖維軸向排列形成了單根聚己內酯納

4、米纖維。
　　第二部分研究了聚乳酸/聚己內酯納米復合材料纖維內部的晶體結構以及加入氧化石墨烯對其晶體結構的影響。研究了聚乳酸/聚己內酯的相分離和氧化石墨烯的選擇性局部分散現(xiàn)象。實驗結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關。在PLA基體加入少量PCL，PLA的結晶度得到提高，反之亦然。對比各自純料的納米纖維的結晶情況，氧化石墨烯的加入抑制了PCL結晶卻促進了PLA的結晶。實驗進一步表明，氧化石墨烯

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

6、個因素的影響。實驗成功制備了聚己內酯自誘導串晶結構。通過對比發(fā)現(xiàn)其結構特征與人體內膠原蛋白纖維近似。研究了溶液濃度與串晶幾何特征的關系，結果顯示溶液濃度對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系。通過實時觀察的手段，得到了“kebab”的形成過程的圖像。實驗同時研究了脊纖維材料對串晶形成的影響，結果表明串晶結構的形成受脊纖維材料種類和內部晶體結構的影響。生物學測試顯示，帶有串晶結構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，從而促進了細胞的黏附與增殖。
　　第四部分研究微發(fā)泡成型技術和化學發(fā)泡技術聯(lián)合制備多孔狀結構材料的制備工藝，并對所制得樣品的性能進行了表征。通過發(fā)泡和瀝濾技術成功得到了相互連通的多孔狀結構。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)泡和瀝濾技術的泡孔率貢獻比例等。力學性能測試結果表明，所得多孔材料可以用作軟骨組織工程支架。細胞實驗結