模拟细胞外基质电纺仿生构建复合多级生物支架的研究

作     者：窦涌 

作者单位：桂林理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：欧俊

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：组织工程 生物支架 静电纺丝 细胞外基质多级结构 

摘      要：为了实现结构和成分上的共同仿生,促进细胞较好的增殖生长及向材料内部的迁移,本文应用了近年来研究较多的静电纺丝方法对几种生物医用高分子材料共混纳米纤维的纺制进行了实验研究。通过调节支架材料的微观结构和纤维组成,应用共纺技术制备得到290±149nm聚乙烯醇(PVA)/壳聚糖(CS)纤维、2.14±1.14μm聚己内酯(PCL)/明胶(Gel)纤维以及两种直径纤维混合的多级结构支架材料。聚乙烯醇的加入大大改善了壳聚糖的可纺性,随着聚乙烯醇含量的提高,纤维形貌变得更好、平均直径更细、分布更集中。而在二元体系中加入适量二甲基亚砜(DMSO)、表面活性剂吐温80(Twain 80)以及极性溶剂甘油(glycerin)后,体系的可纺性进一步提高,其对形貌的改善也显而易见;将亲水性的明胶引入聚己内酯纤维支架内部,混合纤维支架的纤维直径随着明胶的加入增大,接触角测试显示支架表面的亲水性也随着明胶含量的增加而显著增加。采用红外光谱(FT-IR)、差热分析法(DSC)、热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)研究了复合纳米纤维微细结构的差异。结果都表明本实验成功地制备了多组分的复合纳米纤维。此外,复合纳米纤维水溶性实验显示,交联剂戊二醛在一定程度上都改善了纤维的抗水性能。最后,通过倒置显微镜、扫描电镜(SEM)以及MTT法观察细胞在共混纳米纤维上的生长状况,并与静电纺单组份纤维相比较,结果表明CS的加入有利于细胞的黏附、生长及增殖。相比纯PCL纳米纤维支架,细胞在PCL/Gel共混微米纤维支架上生长和繁殖的数量反而较少,细胞与支架之间作用力较弱,Gel的加入引起纤维直径变化,对细胞影响更加明显;SEM观察到细胞可深入微米/纳米混合的多级结构支架内层生长,较之于单纯的纳米和微米纤维支架更有利于细胞增殖,并伴有丝状伪足的出现。MTT结果也显示了微米/纳米复合纤维支架更利于细胞增殖,和扫描电镜的结果相符;生物性能测试结果说明骨间质干细胞(BMSCs)在纳米纤维膜支架上生长良好。本研究表明,经过一定比例复合改性后,成功制备了物理化学和生物性能优良的PCL/Gel、PVA/CS共混材料。静电纺丝技术制得的多级复合纤维支架具备贯通孔结构,较高的孔隙率更适于细胞黏附和生长,在组织工程支架材料方面具有广阔的应用前景。