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，并對細(xì)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(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于細(xì)胞行為的影響，而對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)