氧化石墨烯/壳聚糖导电活性支架的制备及其性能研究

作     者：陈道玉 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜丽丽

授予年度：2018年

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

主      题：心肌组织工程 导电支架 细胞外基质 

摘      要：心脏疾病已经成为危害人类健康和导致人类死亡的主要疾病,约占所有人类死亡原因的15%。由于心肌细胞的自我增殖能力较弱,缺乏足够的再生能力,因此,心肌细胞一旦受损,几乎不可能自然恢复,并且在受损的心肌组织表面会引起瘢痕组织沉积,造成心肌功能丧失而危及生命。目前,针对心脏疾病的常用治疗方法包括药物治疗、介入治疗、外科手术治疗等等,但是这些方法都无法解决受损心肌组织的恢复问题和供体来源不足问题,存在明显的局限性。体外构建可体内移植的工程化心肌组织,修复与重建受损心肌的组织工程策略,为解决心脏疾病治疗中的局限性问题带来了新的希望。此外,心肌组织具有独特的电生理特性,心肌内分布着交织成网状的具有电传导功能的组织结构。因此,开发具有电传导特性及适宜的力学特性的组织工程支架材料,对模拟体内心肌的导电微环境,构建工程化心肌组织具有十分重要的研究意义。本文将壳聚糖(Chitosan,CS)和氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)两种材料复合,应用冷冻干燥法制备了具有导电活性的多孔支架,用于心肌组织工程。系统研究了GO浓度对GO/CS导电活性支架物理特性及生物学特性的影响。结果表明,随着GO浓度的增加,GO/CS导电活性支架的孔隙率逐渐减小,当浓度为600 mg/L时,与对照组孔隙率具有显著性差异,其余各组没有显著性差异,均可以保证氧气和营养物质的流通;随着GO浓度的增加,GO/CS导电活性支架的溶胀比逐渐减小,600 mg/L的GO/CS导电活性支架的溶胀比与对照组溶胀比具有显著性差异,所有GO/CS导电活性支架均表现出很强的吸水和保水性;随着GO浓度的增加,GO/CS导电活性支架的电导率增加,150mg/L GO/CS支架的电导率为1.4×10 S·cm与已经报道的心脏组织的电导率1×10 S·cm相近;MTT结果显示,随着GO浓度的增加,GO/CS导电活性支架的毒性增加,当浓度为600 mg/L时,支架的细胞毒性最大,此时细胞活率最低(53.3%),不能用于组织工程。因此,研究确定GO/CS导电活性支架中适宜的GO浓度为150 mg/L。此外,本文以心肌细胞H9C2细胞为种子细胞,GO/CS为支架材料,评估了GO/CS导电活性支架对体外培养H9C2细胞的粘附、心肌特异性蛋白和基因表达的影响。结果表明,与对照组CS支架相比,GO/CS导电活性支架不仅可以促进心肌细胞粘附和细胞外基质的形成,而且可以促进心肌细胞特异性蛋白和基因(cTnT、CX-43)的表达,这提示GO/CS导电活性支架可以促进心肌细胞的成熟。