編織型復(fù)合神經(jīng)再生導(dǎo)管支架的設(shè)計(jì)、制備及性能研究.pdf

1、周圍神經(jīng)缺損后的再生和功能恢復(fù)一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的熱門問題。近年來，采用人工神經(jīng)導(dǎo)管支架，尤其是可生物降解的神經(jīng)導(dǎo)管支架誘導(dǎo)和促進(jìn)神經(jīng)再生被國內(nèi)外許多學(xué)者認(rèn)為是一個(gè)切實(shí)可行的方法，逐漸成為研究的熱點(diǎn)。神經(jīng)導(dǎo)管支架作為植入物，不僅要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，避免神經(jīng)再生的過程中出現(xiàn)管壁坍塌等阻礙再生神經(jīng)生長的現(xiàn)象，還要具備良好的生物相容性，保證在體內(nèi)盡量不引起或者少引起不良反應(yīng)，同時(shí)又便于細(xì)胞的粘附和增值。因此，如何使神經(jīng)導(dǎo)管支架同時(shí)具備上述特

2、性，成為了神經(jīng)導(dǎo)管支架設(shè)計(jì)、制備和研究的關(guān)鍵。
　　本文從周圍神經(jīng)的再生過程入手，設(shè)計(jì)了一種內(nèi)外分工不同、以編織工藝為主制備的復(fù)合型神經(jīng)再生導(dǎo)管支架。外部支架的主要作用是支撐神經(jīng)再生空間，保護(hù)再生組織；內(nèi)部支架的主要作用則為模擬基質(zhì)橋的連接功能，為神經(jīng)再生細(xì)胞提供吸附的遷移的場所。在此設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，分別對外部支架的編織材料和涂層材料、內(nèi)部支架的編織材料進(jìn)行了選擇，并提出為了進(jìn)一步提高內(nèi)部支架材料的生物相容性，需要對材料進(jìn)行表面改性。

3、然后著重設(shè)計(jì)了內(nèi)部支架的結(jié)構(gòu)，確定了內(nèi)部支架中小管的形態(tài)、放置位置，并以內(nèi)部支架的表面積為優(yōu)化參數(shù)，通過理論計(jì)算確定小管根數(shù)為7根時(shí)，內(nèi)部支架的表面積最大，確定了新型導(dǎo)管支架的最終設(shè)計(jì)方案。
　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案，內(nèi)部支架材料需要通過改性來提高生物相容性。因此本文對內(nèi)部支架的候選編織材料，即PGA、PLA和PGLA（90:10）纖維進(jìn)行改性研究，并選擇最優(yōu)改性方案來決定內(nèi)部支架的編織材料和改性方案。本文嘗試堿處理，氧化處理和超聲波化學(xué)

4、處理三種未曾被用于改性PGA、PLA和PGLA纖維的改性方法，并詳細(xì)研究其對纖維性能的影響。
　　堿處理表面改性方法選用的試劑為NaOH。預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三種纖維的斷裂強(qiáng)度和接觸角都隨著 NaOH濃度和處理時(shí)間的增加而降低，改性后的纖維無明顯的細(xì)胞毒性，符合對生物材料的細(xì)胞毒性要求。通過掃描電鏡、紅外光譜、X衍射和DSC分析比較堿處理前后纖維的形態(tài)、分子基團(tuán)和纖維結(jié)構(gòu)變化，推斷出堿處理表面改性過程中纖維發(fā)生的變化：大分子的酯鍵在堿

5、性條件下發(fā)生水解，使大分子鏈變短，生成了更多的端羧基和端羥基，同時(shí)也使得結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu)部分破壞，造成了纖維強(qiáng)力的降低，但增加了纖維表面的親水性和細(xì)胞的吸附力。以NaOH處理時(shí)間，NaOH濃度和纖維種類三種因素，每個(gè)因素選取三種水平來進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，對纖維的機(jī)械性能和親水性能進(jìn)行研究。綜合考慮后，確定試驗(yàn)的最佳工藝條件為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的NaOH溶液，處理PGLA纖維5min。經(jīng)堿處理表面改性后，三種纖維在降解過程中表觀形態(tài)變化加劇，表面變得更

6、加粗糙，凸點(diǎn)增加，部分伴有凹槽的出現(xiàn)，纖維不均性增加。細(xì)胞生物相容性實(shí)驗(yàn)顯示堿處理改性主要提高了細(xì)胞在材料上的粘附性，而細(xì)胞的增殖影響不大。總體來說，堿處理表面改性會使纖維斷裂強(qiáng)度下降，但能夠改善纖維的親水性能和細(xì)胞生物相容性。
　　氧化處理表面改性方法首先分別用NaClO、K2Cr2O7和H2O2作為處理試劑對纖維進(jìn)行處理。預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步揭示了三種試劑的濃度和處理時(shí)間對纖維拉伸斷裂強(qiáng)度和接觸角的影響，并證明改性后的纖維無明顯的細(xì)

7、胞毒性。其中,以H2O2表面改性后的纖維細(xì)胞毒性最小，因此選用H2O2表面改性法作為三種氧化處理表面改性法中最有效的方法進(jìn)行深入研究。H2O2表面改性過程中纖維發(fā)生的變化：H2O2的氧化能力將纖維大分子表面的羥基或烷烴基氧化成極性更強(qiáng)的羧基，而羧基的形成既能增加分子間氫鍵力，使得纖維強(qiáng)度上升，又能增加纖維表面對水分子的吸附力。以H2O2溶液濃度，處理時(shí)間和纖維種類三種因素，每個(gè)因素選取三種水平來進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，對纖維的機(jī)械性能和親水性能進(jìn)

8、行研究，最終確定試驗(yàn)的最佳工藝方案為用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O2溶液，處理 PGLA纖維20min。經(jīng)H2O2處理改性后，三種纖維在降解過程中表面變得更加粗糙，凸點(diǎn)增加，纖維不均性增加。細(xì)胞生物相容性實(shí)驗(yàn)顯示，H2O2處理改性提高了細(xì)胞在材料上的粘附性，促進(jìn)細(xì)胞增殖，改善纖維的細(xì)胞生物相容性?？傮w來說，在工藝條件合適的情況下，H2O2處理改性可以提高纖維的斷裂強(qiáng)度，同時(shí)改善纖維的親水性能和細(xì)胞生物相容性。
　　超聲波化學(xué)表面改性法

9、是利用超聲波和化學(xué)試劑聯(lián)合作用的方法。無水乙醇/多聚磷酸混合溶液被選為處理試劑。預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步揭示了無水乙醇/多聚磷酸體積比和處理時(shí)間對纖維拉伸斷裂強(qiáng)度和接觸角的影響，并證明改性后的纖維無明顯的細(xì)胞毒性，并對細(xì)胞的增殖有一定的促進(jìn)作用。超聲波化學(xué)表面改性過程中纖維發(fā)生的變化：利用超聲波的空化作用，使多聚磷酸分子均勻地分散于混合溶液與纖維表面并發(fā)生反應(yīng)，纖維表面大分子酯鍵部分水解，生成了更多的端羧基和端羥基，從而增加了纖維表面的親水性和粗

10、糙度。另外,空化作用產(chǎn)生的羥基自由基,加速纖維表面的質(zhì)子化,提高纖維的表面自由能。以無水乙醇/多聚磷酸體積比，超聲波功率、處理時(shí)間和纖維種類四種因素，每個(gè)因素選取三種水平來進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，對纖維的機(jī)械性能和親水性能進(jìn)行研究，確定試驗(yàn)的最佳工藝方案為溶液的無水乙醇/多聚磷酸體積比為1:1，超聲波處理功率250W，處理時(shí)間6min，處理纖維為PGLA纖維。經(jīng)超聲波化學(xué)處理改性后，纖維在降解過程中表面光潔度變差，但是較為均勻。細(xì)胞生物相容性實(shí)驗(yàn)

11、顯示，超聲波化學(xué)處理改性提高了細(xì)胞在材料上的粘附性，促進(jìn)細(xì)胞增殖，改善纖維的細(xì)胞生物相容性?？傮w來說，在工藝條件合適的情況下，超聲波化學(xué)處理改性可以提高纖維的斷裂強(qiáng)度，同時(shí)改善纖維的親水性能和細(xì)胞生物相容性。
　　根據(jù)纖維改性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取改性效果最佳的H2O2改性方案，根據(jù)設(shè)計(jì)方案制備新型神經(jīng)導(dǎo)管支架，并進(jìn)行性能測試。導(dǎo)管支架的性能測試結(jié)果表明，新型復(fù)合神經(jīng)再生導(dǎo)管支架結(jié)構(gòu)均勻穩(wěn)定；內(nèi)管的平行排列不僅為神經(jīng)再生提供了良好的通道

12、，定向引導(dǎo)軸突的生長，其疏松的結(jié)構(gòu)和較大的孔隙也為細(xì)胞的粘附和生長提供良好的空間，為物質(zhì)的交換提供了適宜的環(huán)境。壓縮性能也優(yōu)于未經(jīng)過涂層的單層導(dǎo)管支架和具有涂層的單層導(dǎo)管支架兩種對比結(jié)構(gòu)的支架，其形態(tài)結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。
　　綜上所述，本文對新型復(fù)合神經(jīng)再生導(dǎo)管支架設(shè)計(jì)、選材、制備和性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并對其編織材料的改性方法進(jìn)行了有益的嘗試，為進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化神經(jīng)導(dǎo)管支架的結(jié)構(gòu)和性能及PGA、PLA和PGLA