聚己内酯/胶原/丝素复合微纳米纤维支架的制备及其性能研究

作     者：乔玉洁 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宏志

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：聚己内酯 胶原 丝素 复合微纳米纤维支架 肝细胞培养 

摘      要：肝细胞体外培养技术的发展对于肝脏组织工程的研究有着重要的意义,其中,三维支架培养作为肝细胞体外培养的一种有效方法受到研究者的重视。目前,由天然高分子和合成高分子通过静电纺丝技术制备成的微纳米纤维支架广泛用于组织工程方面,然而纤维支架应用在肝细胞体外培养上的研究较少。天然高分子胶原与丝素混合静电纺丝制备的微纳米纤维膜已经被研究证明可以用于肝细胞培养,但仍然存在一些不足限制了实际应用:静电纺丝制备的胶原/丝素纤维膜较脆,易收缩变形,纤维稳定性有所不足;传统纤维膜的孔径较小,结构致密,不利于细胞进入支架内部形成三维培养。为了解决上述提到的问题,将聚己内酯与胶原/丝素进行混合,通过静电纺丝制备聚己内酯/胶原/丝素复合微纳米纤维支架,对组成成分比例进行调控,并通过探针阵列收集器以及制备纳米纤维气凝胶的方法构建大孔径复合纤维支架,期望能应用于肝细胞体外培养。本论文开展的主要工作如下:(1)通过静电纺丝技术制备了PCL/COL/SF复合微纳米纤维膜。复合纤维膜经过戊二醛蒸汽交联后能保持纤维基本形态。随着PCL含量的增加,纤维直径减小,复合纤维膜的力学性能增强,其中,质量比为30:70时的复合纤维膜力学性能最佳,断裂应力和应变分别为11.07 MPa和56.3%,聚己内酯的添加能有效地改善胶原/丝素纤维膜的脆性,提高复合纤维膜的稳定性。接触角测试及HepG细胞粘附和增殖实验说明,PCL/COL/SF复合微纳米纤维膜的生物相容性较好,其中质量比为30:70、50:50的复合纤维膜细胞粘附和增殖情况最佳。结合对复合纤维膜的微观形貌、理化性能和生物性能分析,表明质量比为30:70的静电纺丝PCL/COL/SF复合微纳米纤维膜性能良好,能成为良好的载体应用在肝细胞培养上。(2)通过使用探针阵列收集器制备出大孔径静电纺丝PCL/COL/SF复合微纳米纤维支架。与传统平板收集器制备的无序支架相比,利用探针收集器得到的纤维支架表现为纤维规则排列,具有较大的孔径和孔隙率,其中,6×6阵列纤维支架的孔径范围和孔隙率最大能达到10-25μm和91.1%。支架的亲水性较传统无序支架有所提高,接触角从75.3°减小到40°左右。细胞粘附和增殖实验说明阵列支架具有良好的生物相容性,且孔径较大的支架更有利于肝细胞迁移和渗透,尤其是6×6阵列支架表现出较好的细胞粘附和增殖能力,细胞形态以及三维生长倾向,表明其有作为体外肝细胞三维培养支架的潜力。(3)采用构建纳米纤维气凝胶的方法,通过对已经制备出的大孔径纤维材料进行粉碎、分散、冷冻干燥及交联后,制备出大孔径三维结构的PCL/COL/SF复合微纳米纤维支架。三维复合纤维支架经过戊二醛蒸汽交联后结构稳定,纤维之间粘连在一起,形成大孔(5-35μm)和小孔(1-3μm)并存的多孔结构,大孔径平均尺寸为19.29μm,有利于肝细胞渗透生长,并且支架具有间距不同的片层结构,多孔及片层结构构建成了大孔径三维纤维支架。细胞培养实验结果表明,所制备的三维纤维支架有利于肝细胞迁移和内层复式生长,肝细胞在体外三维纤维支架培养可以获得更好的肝细胞功能表达,表明大孔径三维复合纤维支架有潜力作为三维载体培养肝细胞以实现肝细胞体外三维培养。