硕士论文-基于静电纺丝技术组织工程支架的生物相容性研究

东华大学硕士学位论文基于静电纺丝技术组织工程支架的生物相容性研究姓名：王培伟申请学位级别：硕士专业：生物化学与分子生物学指导教师：莫秀梅;王红声20071201基于静电纺丝技术组织工程支架的生物相容性研究作者：王培伟学位授予单位：东华大学相似文献(10条)1.学位论文李罡气电纺蚕丝蛋白纳米纤维的制备与组织工程研究2005随着纳米技术的发展，一维纳米材料的制备技术-高压静电纺丝技术受到人们越来越多的关注。由于通过该技术得到的亚微米、纳米纤维无纺织物相较生物材料的其他结构形式，在生物医学领域具有如下一些独特的优点。①特殊的三维多孔结构，空隙完全相互贯通，且对液体有极好的滤过性，对满足细胞的营养和代谢需求具有先天的优势；②由于具有超过其他形式材料的比表面积，对于细胞的粘附和功能性蛋白的附着亦提供了良好的条件；③现在的高压静电纺丝工艺已经可以制成多层、多孔、多相以及中空的纳米纤维，为解决生物材料有机无机相复合、梯度结构的形成、药物缓释和力学强度不足等问题提供了物质基础；④由于在几何尺寸上与生物体内的支持组织的微观结构上存在一致性，所以电纺工艺提供了一种模仿天然细胞外基质的手段，许多学者尝试将其作为组织工程支架材料。而四川大学纺织研究所独创的气流-高压静电纺丝装置的出现无疑为亚微米、纳米纤维的制备提供了更多的实现途径。本课题选取了具有良好力学性能和生物性能，并且来源丰富的天然生物材料蚕丝作为实验对象，旨在研究蚕丝蛋白的静电纺丝性能，获得纳米级的蚕丝蛋白纤维；并通过高压静电纺丝及气流高压静电纺丝工艺对蚕丝纤维进行加工，探讨在两种工艺条件下，在不同电压、纺丝液浓度、电极间距离、气体流量等因素的影响下，蚕丝蛋白纤维的成丝条件，探索蛋白基生物材料的电纺加工条件；同时通过对传统的高压静电纺丝和气流-高压静电纺丝的比较，进一步明确后者的特点及适用范围，为该工艺的完善和提高提供依据。实验发现，通过高压静电纺丝工艺和气流-高压静电纺丝工艺均制成了纳米级蚕丝蛋白纤维，纤维的平均直径在100nm以下。通过延长喷丝时间，得到了纳米级蚕丝蛋白纤维无纺布。在高压静电纺丝工艺中，蚕丝蛋白纤维的直径随纺丝电压的升高而降低，当纺丝液中蛋白浓度提高时纤维的直径增加，而延长电极间的距离也同样导致纤维直径增加。同时在气流-高压静电纺丝工艺中，随着气体流量的增加纤维的直径逐渐降低；而且气电纺时所得纤维间的粘连和珠粒形成要低于同等纺丝条件下的电纺组，但是在10cm纺丝距离时，该特征并不明显。在气流-高压静电纺丝工艺中，电极间距离对纺丝结果的影响并不大，电极距离从10cm增加到20cm时，电纺组的纤维直径明显增加，而气电纺组的纤维平均直径没有差异(P＞0.05)。所以在气电纺的情况下，可以在同等电压条件下，采用更大的纺丝距离，从而有利于延长纤维的拉伸距离，使纤维内部分子链的排列更加有序，有利于改善纤维的几何特征与力学性能。但是气流与电场作用如何相互配合，以达到最优的纺丝效果还有待进一步的研究。此外，蚕丝蛋白纺丝液中加入聚合物聚乙烯醇(PVA)后可以减低丝蛋白纺丝液中使用的蛋白浓度，而达到与纯蛋白纺丝液相似的效果，说明可以在蛋白基生物材料中中添加其他聚合物来提高材料电纺成丝的性能，或者提高材料的几何或力学性能。人体多内数细胞是贴壁细胞，细胞必须与材料发生适当的粘附，才能进行铺展、分化和增殖。无论在体外，还是体内，直接也是最先与组织细胞相接触并发生作用的是材料表面，因此细胞与材料表面的粘附以及随后的铺展和增殖对评价组织工程支架材料的性能都具有相当重要的意义。因此，本课题通过激光共聚焦显微镜、扫描电镜、MTT等方法，对间充质来源的人牙龈成纤维细胞、SD大鼠骨髓基质细胞、以及人脐静脉血管内皮细胞株(ECV-304)，以及上皮来源的人口腔鳞状细胞癌细胞株KB在气电纺蚕丝蛋白超细纤维无纺织物表面的早期粘附和增殖进行考察，希望能对该材料在组织工程领域的应用潜能进行评价。实验中，除了KB细胞外，人牙龈成纤维细胞、大鼠骨髓基质细胞、人脐静脉血管内皮细胞株ECV-304均对电纺蚕丝蛋白无纺织物表现出良好的亲和性。在对细胞早期粘附性进行检测时发现细胞在材料表面4h即具备了稳定的粘附，并有部分细胞开始在材料表面铺展，铺展细胞数与粘附细胞数的比率从35.78％-75.9％，显示了电纺蚕丝蛋白纤维无纺织物良好的生物性能。人牙龈成纤维细胞、大鼠骨髓基质细胞、人脐静脉血管内皮细胞株ECV-304在一周的观察期内，在电纺蚕丝蛋白纤维无纺织物表面均表现出良好的增殖活性，随时间的延长，MTT比色值逐渐上升，且较对照组有一定的优势。通过本课题的研究说明蚕丝蛋白有良好的电纺加工性能，制成了纳米级纤维无纺布，细胞在该无纺布表面具有良好的粘附性，并能正常铺展、增殖。表明该材料作为组织工程支架材料的良好潜质。2.期刊论文何创龙.黄争鸣.张彦中.刘玲.韩晓建.鲁亚南静电纺丝法制备组织工程纳/微米纤维支架-自然科学进展2005,15(10)静电纺丝是一种简便易行的新型组织工程多孔支架制备方法,电纺支架具有独特的微观结构和适当的力学性能.由于具有与天然细胞外基质相近的纳米级结构,电纺支架能够仿生细胞外基质的结构特点,使之有望成为理想的组织工程支架.文中介绍了静电纺丝和同轴静电纺丝的基本原理和发展过程、电纺支架的加工方法和结构特点以及电纺纤维的定向收集技术,阐述了各种天然和合成聚合物纳/微米电纺支架在软骨、骨、血管、心脏、神经等组织工程领域的应用,并展望其应用前景.3.期刊论文房乾.陈登龙.姚清华.李敏.FANGQian.CHENDeng-long.YAOQing-hua.LIMin静电纺丝在组织工程支架材料制备中的应用-福建师范大学学报（自然科学版）2008,24(1)综述了静电纺丝的基本原理和过程参数,重点描述了静电纺丝及同轴共纺技术在组织工程支架材料领域的应用,最后对电纺技术在组织工程支架材料领域应用中存在的问题和面临的挑战进行了讨论.4.学位论文唐春怡溶液性质对静电纺丝的影响及纳米纤维增强透光复合材料的研究2008静电纺丝技术是一种简单实用的连续制备纳米纤维的方法。纳米纤维具有优良的机械力学性能、极大的比表面积和长径比，因而被广泛应用于组织工程支架材料、催化剂、纳米复合材料、光电材料等领域。本论文采用静电纺丝技术制备纳米纤维，主要开展了以下方而的研究：(1)探讨了溶剂组成、溶液浓度/粘度、喷丝口孔径和分子量对醋酸纤维素(CA)静电纺丝的影响。与单一溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)或丙酮比较，2:1丙酮/DMAc混合溶剂更适合于醋酸纤维素纳米纤维的制备。研究表明喷丝口孔径大小影响纤维的直径分布。随着CA分子量增加，纤维形貌从大颗粒纺锤状珠串，逐渐转变为含少量圆锥形珠串纤维，直至粗细比较均匀且无缺陷的纤维。(2)应用丙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮/DMF三种溶剂体系，研究了苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)的静电纺丝，制得了直径可达170nm的纳米纤维。研究发现制备直径均匀、光滑无珠缺陷SMA纳米纤维的最佳丙酮/DMF溶剂体积比为2:1。(3)通过静电纺丝制备了一系列组分比例不同的CA/聚氨酯(PU)复合纳米纤维。选择性去除任一组分后，产物能够很好地保持纤维状结构，并且直径明显减小；纤维的无孔洞结构说明CA和PU分散均匀，形成了连续共生纳米复合纤维材料。CA/PU复合纳米纤维结合了CA和PU组分的优异特性，体现了优良的力学性能。(4)利用纳米纤维制备了透光良好的纳米纤维增强复合材料。当纤维素纳米纤维的直径为280nm，即使其在复合膜中的含量高达40％时，纤维素纳米纤维/聚乙烯醇(PVA)复合膜的透光率高达85％，而且具有优异的拉伸强度和杨氏模量，两者分别约为66MPa和3.2GPa。5.期刊论文孙金凤.尹东芳.何庆华.SunJin-feng.YinDong-fang.HeQing-hua聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯多孔水凝胶义眼台及静电纺丝包裹物的生物相容性能评价-中国组织工程研究与临床康复2009,13(34)背景:聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯水凝胶目前已安全应用于人工角膜和人工晶体的制作,但尚无将其应用于义眼台的研究.用静电纺丝制得的纤维,目前在生物医学领域,包括组织工程支架、表面敷料、药物缓释、医用绷带、呼吸面罩等方面已被广泛应用,但作者尚未查到应用于义眼台包裹物的相关报道.目的:实验制备改性聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯水凝胶义眼台和静电纺丝聚氨酯薄膜作为义眼台的包裹物,评价其生物学性能.设计、时间及地点:随机对照动物实验,于2007-04/12在解放军总医院眼科实验室完成.材料:用甲基丙烯酸-β-羟乙酯和甲基丙烯酸甲酯的聚合物单体加入NaCl成孔剂制备多孔水凝胶义眼台;静电纺丝法制备聚氨酯包裹膜:体积分数为75%乙醇浸泡制备同种异体巩膜包裹物.方法:①刺激实验:选取18只Wistar大鼠,随机分为2组,在大鼠脊柱两侧各选4min×4mm面积的去毛区,一组使用水凝胶义眼台材料,一组使用静电纺丝法聚氨酯薄膜材料,包扎固定4h后除去斑贴物,对实验部位的红斑和水肿反应评分.②流式细胞仪检测实验:另取30只Wistar大鼠随机分为3组,分别行静电纺丝聚氨酯薄膜包裹聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯多孔水凝胶义眼台植入术、同种异体巩膜包裹聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯多孔水凝胶义眼台植入术、无包裹的单纯多孔水凝胶义眼台植入术.于术前1d、术后1,7,14,21,28d采尾静脉全血检测T淋巴细胞亚群CD4+,CD8+的百分比.主要观察指标:实验部位的红斑和水肿反应,CD4+/CD8+的比值.结果:刺激实验显示两种支架材料均未引起动物皮肤明显刺激,符合标准;流式细胞仪检测实验结果表明与植入前相比,各组外周血T淋巴细胞亚群CD4+/CD8+的比值在术后14,21,28d差异均无显著性意义(P0.05);眼内植入实验无肉芽肿发生及义眼台排出.结论:静电纺丝聚氨酯薄膜包裹的水凝胶义眼台具有优良的生物相容性.6.学位论文郭超Ⅰ型胶原蛋白-P3/4HB组织工程瓣膜无纺复合支架的体外构建及表征分析2008第一部分、静电纺丝技术构建P3/4HB无纺支架及其对细胞生物学行为的影响。目的：运用静电纺丝技术构建P3/4HB无纺支架，探讨支架拓扑结构对肌成纤维细胞生长的影响。方法：采用静电纺丝技术制备具有不同纤维直径、孔径的微米和亚微米级P3/4HB无纺支架，接种大鼠肌成纤维细胞，体外培养1周后行扫描电镜观察，沉淀法及MTT法分别检测各支架上的细胞黏附及增殖情况。结果：大鼠肌成纤维细胞在直径为1.24μm，孔径为38.3μm的微米级电纺支架上8小时的黏附率为50.37％，体外培养7天后细胞增殖数为3.54×105个/ml，与直径为0.58μm的亚微米支架上细胞增殖无明显差异，但后者细胞黏附率仅为43.30％，且限制了细胞在支架上的内向性生长，直径为57.8μm的微米支架细胞增殖数均较前二种支架低。结论：电纺支架的纤维直径和孔径等拓扑结构对肌成纤维细胞的生长具有重要的调节作用，微米电纺支架是一种适合肌成纤维细胞生长的理想三维多孔支架。第二部分、氧等离子体表面改性P3/4HB无纺支架及其对细胞粘附性的影响。目的：研究氧等离子体表面改性对P3/4HB无纺支架的作用。方法：氧等离子体改性P3/4HB无纺支架，改性的效能通过检测接触角及X射线光电子能谱分析进行结构表征，接种大鼠肌成纤维细胞，检测细胞黏附率以进行功能表征，并检测改性前后支架最大应力变化。结果：等离子体改性后的P3/4HB无纺支架表面氧含量增加了12.1％，C-O（C-OH）峰、COOR（COOH）峰分别增加0.2％、6.2％，接触角下降了44°，而最大应力无明显变化，改性后支架细胞黏附率较预处理组为高。结论：氧等离子体处理P3/4HB支架，可在支架表面引入-OH、-COOH等活性基团，改善材料亲水性，提高细胞黏附力，并为进一步共价接枝生物活性单体创造了条件。第三部分、Ⅰ胶原蛋白化学接枝P3/4HB体外构建组织工程复合支架。目的：构建Ⅰ型胶原蛋白-P3/4HB复合支架，并探讨其对细胞生长的影响。方法：