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动/静态条件下串珠及串晶结构对成纤维细胞行为的影响

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动/静态条件下串珠及串晶结构对成纤维细胞行为的影响

作者：李晓婧东华大学

学位级别：硕士

瘢痕/纤维化是常见的伤口愈合和组织损伤并发症,给患者带来严重的生理、心理和经济负担。瘢痕/纤维化形成的原因是炎症细胞和成纤维细胞-肌成纤维细胞分化的持久性和功能性超出了正常范围。成纤维细胞是产生和维持细胞外基质(ECM)的主... 详细信息

瘢痕/纤维化是常见的伤口愈合和组织损伤并发症,给患者带来严重的生理、心理和经济负担。瘢痕/纤维化形成的原因是炎症细胞和成纤维细胞-肌成纤维细胞分化的持久性和功能性超出了正常范围。成纤维细胞是产生和维持细胞外基质(ECM)的主要细胞,可以转变为具有强收缩性的肌成纤维细胞影响胶原蛋白沉积,影响伤口愈合进程和质量。因此了解修复过程中各种生化和物理信号对成纤维细胞行为的影响格外重要。静电纺丝是一种简单有效的微/纳纤维成型技术,此外,细胞在体内经受各种力学刺激,如拉伸、压缩等,因此在体外引入适当力学刺激进行细胞-植入物培养可以更好地模拟体内天然微环境。基于此,本课题采用静电纺丝技术结合溶液结晶方法制备了具有不同表面拓扑结构的聚己内酯(PCL)纤维支架,探究动/静态条件下拓扑结构对成纤维细胞黏附、增殖和分化的影响,最后通过动物实验验证体外试验合理性和不同纤维支架的体内诱导再生效果,为加快组织愈合和减少瘢痕纤维支架的设计提供参考。主要研究内容和结论如下:(1)不同表面拓扑结构纤维支架的制备。通过调节电纺参数制备光滑和串珠结构纤维,P12和P6,结合溶液结晶方法制备具有不同片晶密度的串晶结构(SK)和串珠串晶结构(BSK)纤维支架。随着结晶稀溶液PCL质量分数增加,SK和BSK的结晶度、粗糙度增大,断裂强度和弹性模量增加。尤其是BSK改善了P6缺陷结晶结构的力学性能,适当片晶密度(P6-SK1)和过密(P6-SK2)BSK纤维支架的弹性模量分别是P6(1.04±0.22 MPa)的2和3倍。(2)探究了体外动/静态条件下不同表面拓扑结构对成纤维细胞增殖、分化和纤维化基因表达的影响。细胞活/死染色和增殖结果显示,所有纤维支架具有良好生物相容性。免疫荧光染色结果也表明,不同表面拓扑结构对细胞基因/蛋白质的表达具有一定影响,P6-SK1和适当片晶密度(P12-SK1)纤维支架可以减少整合素的表达,且具有较低的转化生长因子-β1(TGF-β1)和α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达。(3)构建大鼠腹部皮下包埋试验,验证体内外试验相关性和纤维支架体内诱导再生效果。从组织学H&E和Masson染色以及q PCR结果来看,所有样品均具有较好的组织相容性,无明显炎症,显示出良好的组织向内生长情况。与P6和P12相比,SK和BSK纤维支架炎症细胞层薄,ECM沉积较少,尤其是P6-SK1和P12-SK1,基本无炎症细胞,胶原组织松散,TGF-β1和α-SMA表达低,表明P6-SK1和P12-SK1在伤口愈合和抑制瘢痕方面具有一定作用。综上所述,本课题制备了具有不同结构的电纺纤维支架,其在调控成纤维细胞行为,如增殖、黏附和分化等方面具有显著影响,且动态培养条件可以更好地模拟体内微环境,为体内筛选更合适的植入物,同时为结构-力学-细胞的机理探究以及后续组织/器官再生和修复中减少瘢痕和加速伤口愈合方面的研究提供指导和借鉴。

关键词：伤口愈合串晶结构串珠串晶结构成纤维细胞动态力学

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串晶结构纤维的制备与应用

东华大学学报（自然科学版） 2021年第5期47卷 18-29页

作者：李晓婧焦勇杰刘来俊李超婧王富军王璐东华大学纺织面料技术教育部重点实验室上海201620 东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心上海201620 东华大学纺织学院上海201620

结晶状态广泛存在于纤维材料中,结晶结构可以改变纤维的表面形貌、力学行为。调控纤维结晶状态可以得到结构均匀和性能优异的高分子聚合物。串晶结构是一种新型结晶结构,因制备工艺简单、表面粗糙度高、易于官能团化等优势被广泛应用于... 详细信息

结晶状态广泛存在于纤维材料中,结晶结构可以改变纤维的表面形貌、力学行为。调控纤维结晶状态可以得到结构均匀和性能优异的高分子聚合物。串晶结构是一种新型结晶结构,因制备工艺简单、表面粗糙度高、易于官能团化等优势被广泛应用于生物医学、传感器、过滤等领域。然而目前串晶结构成型机理尚未统一,且制备方法与所得结构间的关系尚不明确。对串晶结构的成型机理、制备方法及结构特性进行综述,同时总结串晶结构纤维材料在各领域的应用,为后续功能性材料设计以及性能调控提供新的思路和方法,拓宽串晶结构的应用领域。

关键词：串晶结构溶液结晶应力诱导熔融加工生物医用

骨修复用串晶结构PCL/β-TCP复合纤维膜的制备及性能

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东华大学学报（自然科学版） 2020年第5期46卷 719-726页

作者：张天添刘来俊蒋冠森李凌晨李超婧王璐王富军东华大学纺织学院上海201620 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室上海201620 杭州锐健马斯汀医疗器材有限公司浙江杭州311199

为探究纤维表面结构对骨修复相关性能的影响,结合静电纺丝和溶液诱导结晶法制备了串晶(shish-kebab,SK)结构微纳米纤维膜。通过改变聚己内酯(PCL)溶液的质量分数,得到了具有不同片晶尺寸的SK结构的PCL/β-磷酸三钙(β-TCP)复合纤维膜。... 详细信息

为探究纤维表面结构对骨修复相关性能的影响,结合静电纺丝和溶液诱导结晶法制备了串晶(shish-kebab,SK)结构微纳米纤维膜。通过改变聚己内酯(PCL)溶液的质量分数,得到了具有不同片晶尺寸的SK结构的PCL/β-磷酸三钙(β-TCP)复合纤维膜。对复合纤维膜的形貌、比表面积、接触角、力学和生物性能进行测试与评价。结果表明,相比PT10复合纤维膜,质量分数为1.0%的PCL溶液制备的SK结构(PT10-SK1.0)复合纤维膜,其亲水性和力学性能得到明显改善,同时具有优异的生物活性及生物相容性,在骨修复领域具有潜在的应用价值。

关键词：骨修复静电纺丝复合纤维膜串晶结构片晶尺寸

“微-纳”PCL纤维支架多级结构对巨噬细胞极化状态的调控

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东华大学学报（自然科学版） 2023年第2期49卷 1-8,23页

作者：张荣妍李晓婧李超婧王富军王璐东华大学纺织学院上海201620 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室上海201620

为探究纤维基材料的孔径和表面形貌对巨噬细胞极化表型的影响,结合静电纺丝技术和溶液诱导结晶法制备不同孔径的微-纳多级结构聚己内酯(polycaprolactone,PCL)纤维支架。通过微观形貌分析及水接触角、拉伸性能和生物性能测试分别评价支... 详细信息

为探究纤维基材料的孔径和表面形貌对巨噬细胞极化表型的影响,结合静电纺丝技术和溶液诱导结晶法制备不同孔径的微-纳多级结构聚己内酯(polycaprolactone,PCL)纤维支架。通过微观形貌分析及水接触角、拉伸性能和生物性能测试分别评价支架的形貌、润湿性、力学性能及其调控的巨噬细胞极化表型。结果表明:大直径的纤维支架比小直径的纤维支架的孔径大、刚度低,更有利于巨噬细胞向M2型极化(抑炎表型)。相比光滑的纤维支架,具有串晶结构的大孔径纤维支架能够促进巨噬细胞分泌抑炎细胞因子IL-4,并减少促炎因子IL-6的分泌。

关键词：巨噬细胞极化静电纺纤维支架孔径串晶结构

超薄微注塑等规聚丙烯制品形态结构及注射速度的影响分析

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高分子材料科学与工程 2015年第1期31卷 120-125,132页

作者：王利霞李爽王心超卞宁蒋林李倩申长雨郑州大学橡塑模具国家工程研究中心河南郑州450002 郑州大学微纳成型技术国家级国际联合研究中心河南郑州450001

针对100μm和200μm厚的2种超薄微制品,采用单因素实验,对等规聚丙烯微注塑制品的形态结构进行研究,并分析注射速度对超薄微注塑制品形态结构的影响。研究结果表明,超薄微注塑制品中呈现出2种典型的形态结构,200μm微制品厚度方向呈现... 详细信息

针对100μm和200μm厚的2种超薄微制品,采用单因素实验,对等规聚丙烯微注塑制品的形态结构进行研究,并分析注射速度对超薄微注塑制品形态结构的影响。研究结果表明,超薄微注塑制品中呈现出2种典型的形态结构,200μm微制品厚度方向呈现出纯剪切层的无芯结构,剪切层内为明显的Shish-Kebab结构;100μm厚微制品内部形态为含大比例柱晶结构的皮芯结构;广角X射线衍射结果显示无芯结构内形态沿流动方向呈现高度取向,且β晶含量微弱。含柱晶层皮芯结构的取向也较明显,且结构中有明显β晶存在。注射速度对超薄微注塑制品的形态结构、结晶度和取向度都有重要的影响,存在临界注射速度,当注射速度小于该临界速度时,制品内部结晶度、取向度随着注射速度的提高而提高。

关键词：微注塑成型形态结构注射速度串晶结构柱晶结构

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多尺度纤维支架的结构调控与性能

中国修复重建外科杂志 2019年第4期33卷 479-485页

作者：李奇薇李超婧王富军胡思寒王璐东华大学纺织学院纺织面料技术教育部重点实验室上海201620

目的构建不同形貌的多尺度纤维支架,探究不同形貌结构对支架物理性能及血液和细胞相容性的影响。方法静电纺聚己内酯[poly(ε-caprolactone),PCL]/聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)双组分纤维(PCL∶PVP质量比分别为8∶2和5∶5)... 详细信息

目的构建不同形貌的多尺度纤维支架,探究不同形貌结构对支架物理性能及血液和细胞相容性的影响。方法静电纺聚己内酯[poly(ε-caprolactone),PCL]/聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)双组分纤维(PCL∶PVP质量比分别为8∶2和5∶5),并通过浸提PVP组分制备表面多孔纤维支架,根据聚合物质量比分别标记为PCL-P8、PCL-P5。另外采取溶液诱导结晶方式在PCL纤维表面形成串晶结构(shish-kebab,SK),调控结晶时间制备不同尺寸的PCL-SK纤维支架。以表面光滑的PCL纤维支架作为对照,取两种不同纤维形貌的PCL多尺度纤维支架,采用场发射扫描电镜、接触角测试、差示扫描量热仪(differential scanning calorimeter,DSC)进行性能表征;取新西兰大白兔静脉血,采用溶血和凝血实验表征支架的血液相容性;采用细胞计数试剂盒8(cell counting kit 8,CCK-8)法检测猪髂动脉内皮细胞(pig iliac artery endothelial cell,PIEC)在支架上的增殖情况,评价支架的生物相容性。结果场发射扫描电镜观察显示PCL/PVP双组分纤维提取PVP后,表面出现多孔形貌;此外,通过溶液诱导成功制备出呈现周期排列的SK结构,且结晶时间越长,片晶尺寸和周期距离越大。接触角和DSC检测示,与表面光滑的PCL纤维支架相比,PCL表面多孔和PCL-SK纤维支架的结晶度增加,PCLSK纤维支架疏水性增加,而PCL表面多孔纤维支架的疏水性无明显变化。溶血实验显示,PCL表面多孔和PCLSK纤维支架的溶血率均高于PCL纤维支架,根据美国材料与试验协会(ASTM)F756-08标准评价,所有支架均为非溶血材料,均适用于血液接触型材料。凝血实验显示培养5、10 min时,PCL表面多孔和PCL-SK纤维支架的凝血指数均高于单纯PCL纤维支架。CCK-8法检测示两种多尺度纤维支架均比PCL纤维支架更有利于PIEC增殖。结论以静电纺技术为基础,采用溶液诱导和共混物相分离方法可以构建不同形貌的多尺度纤维支架,不仅可以调控支架的表面物理化学性能,且多尺度纤维支架具有良好的血液和生物相容性,在组织工程领域具有较高的应用潜能。

关键词：多尺度纤维支架多孔表面串晶结构细胞增殖血液相容性

双向拉伸聚丙烯薄膜在有机二氧化硅颗粒共存下的结晶结构和形态

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中国塑料 2018年第6期32卷 65-71页

作者：张敏常欢李东立许文才付亚波北京印刷学院印刷包装材料与技术北京市重点实验室北京102600

通过乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)对纳米二氧化硅(SiO_2)颗粒进行表面处理,然后与聚丙烯(PP)熔融共混制备了一种PP/纳米SiO_2/EVA共混物,并且以此为原料制备了一种表层改性的双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜。采用扫描电子显微镜分析表层的表... 详细信息

通过乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)对纳米二氧化硅(SiO_2)颗粒进行表面处理,然后与聚丙烯(PP)熔融共混制备了一种PP/纳米SiO_2/EVA共混物,并且以此为原料制备了一种表层改性的双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜。采用扫描电子显微镜分析表层的表面和其断面特殊的形貌,通过X射线衍射仪测试分析了改性薄膜结晶度、分子取向、晶粒尺寸,利用正电子湮没谱验证了改性薄膜中空穴的存在,研究结晶结构和形态与溶剂残留之间的关系。结果表明,相比于未改性的PP薄膜,在双向拉伸的情况下,改性后的BOPP薄膜中具有较高的结晶度和较小的晶粒尺寸,并且具有致密的表层结构和网状纤维束结构,这些特殊结构使得乙酸乙酯溶剂在薄膜中的扩散系数和溶解度减小,薄膜的力学性能得到显著提高。

关键词：聚丙烯薄膜串晶结构溶解度扩散系数

PCL纤维直径及粗糙表面对巨噬细胞行为影响的研究

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PCL纤维直径及粗糙表面对巨噬细胞行为影响的研究

作者：张荣妍东华大学

学位级别：硕士

由于疾病或创伤导致组织功能障碍且自体无法完成修复时,再生医学领域将生物材料植入体内,触发机体的先天再生机制协助恢复受损组织。但是材料植入时会不可避免地在组织周围形成创口,触发炎症反应。巨噬细胞是宿主免疫系统对植入材料炎... 详细信息

由于疾病或创伤导致组织功能障碍且自体无法完成修复时,再生医学领域将生物材料植入体内,触发机体的先天再生机制协助恢复受损组织。但是材料植入时会不可避免地在组织周围形成创口,触发炎症反应。巨噬细胞是宿主免疫系统对植入材料炎症反应的主导免疫细胞,它的表型转换是决定炎症反应走向的关键,而这种表型的改变高度依赖于周围组织的形貌结构。因此,合理设计移植生物材料的物理形貌结构,使生物材料与宿主免疫系统产生积极地相互作用,将免疫反应导向有利于组织再生的方向,是实现组织修复的关键。采用电纺技术制备的纤维支架具有尺寸易调（如纤维直径、孔径）、结构可控（如粗糙度、纤维取向、刚度）、高模拟体内细胞外基质等优点,在再生医学领域具有独特优势。基于此,本课题采用电纺技术和诱导结晶法制备了的微-纳多级结构的PCL纤维支架,探索孔径、粗糙度和刚度变化对巨噬细胞极化状态和rBMSCs的成骨分化效果的影响。同时,采用大鼠皮下移植试验探索微-纳多级结构的PCL纤维支架在体内的炎性反应和组织再生情况。本课题旨在探究静电纺纤维支架微-纳多级结构与炎症反应的关系,为组织再生纤维支架的结构设计提供新思路。主要研究内容及结论如下:（1）PCL微-纳多级结构纤维支架的制备与理化性能。通过电纺技术制备了具有不同直径的3种光滑纤维支架（P10、P12、P15）,再通过溶液诱导结晶法在光滑纤维支架表面进一步构建了纳米突起的串晶结构（P10-SK、P12-SK、P15-SK）。扫描电镜观察显示,随着溶液质量分数的增加,纤维直径由0.45 μm（P10组）增至11.57 μm（P15组）,使得纤维支架的孔径由1.78 μm（P10-SK）增至12.50μm（P15）。原子力显微镜测试表明,具有串晶结构的纤维支架表面粗糙度（Sa）均处于亚微米级别。接触角测试表明,串晶结构能够改善PCL纤维支架的疏水性。力学测试结果表明,随着纤维直径和孔径的增加,纤维支架的弹性模量降低,其中P15组具有最低刚度,分别为P15的5.62 MPa和P15-SK的6.68 MPa。（2）具有微-纳多级结构PCL纤维支架对巨噬细胞行为的影响。细胞活/死荧光染色表明,6种纤维支架生物相容性好。ELISA分析表明,串晶结构能够促进抑炎因子IL-4的分泌,P15-SK能够减少促炎因子IL-6的分泌。细胞免疫荧光染色分析表明,相比小孔径和高刚度的纤维支架,大孔径和低刚度的P15呈现出最多的M2型巨噬细胞极化。（3）微-纳多级结构PCL纤维支架上的巨噬细胞对干细胞成骨分化的影响。ALP活性和矿化结节染色结果表明,相比平滑结构,串晶结构表现出更高的ALP活性,更能促进干细胞的成骨分化。（4）动物实验分析。苏木精-伊红（HE）染色表明,大孔径、低刚度的纤维支架（P15、P15-SK）能够减少巨噬细胞的聚集和异物巨细胞（FBGC）的形成。马松三色（MT）染色表明,胶原在大孔径、低刚度的纤维支架（P15、P15-SK）上沉积更少,胶原结构呈网状分布,密度低,表现出良好的组织再生效果。qPCR结果分析,大孔径、低刚度的纤维支架（P15、P15-SK）促进抑炎基因IL-10的表达,抑制促炎基因IL-6的表达;相比于平滑的纤维支架,具有SK结构的纤维支架（P10-SK、P12-SK、P15-SK）在降低炎症方面有积极影响。

关键词：巨噬细胞极化静电纺丝串晶结构纤维直径刚度

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聚合物气体辅助注射成型制品的形态结构

高分子通报 2008年第11期 1-11页

作者：杨斌杨伟杨鸣波黄莉郑国强李倩申长雨四川大学高分子科学与工程学院高分子材料工程国家重点实验室成都610065 郑州大学材料科学与工程学院橡塑模具国家工程技术研究中心郑州450002

作为一种由常规注射成型发展起来的聚合物加工技术,气体辅助注射成型具有节约原材料、缩短成型周期以及提高制品性能等优点,已得到广泛的应用。由于气辅成型过程是一个在刚、柔双重约束界面条件下进行的多相复杂体系的多次流动过程,因... 详细信息

作为一种由常规注射成型发展起来的聚合物加工技术,气体辅助注射成型具有节约原材料、缩短成型周期以及提高制品性能等优点,已得到广泛的应用。由于气辅成型过程是一个在刚、柔双重约束界面条件下进行的多相复杂体系的多次流动过程,因而其形态结构的形成、发展和演化要远比常规注塑成型复杂。然而在气辅成型的形态结构方面,国内外的研究一直以来开展得较少。近年来,作者在聚合物及其共混物、复合材料气辅成型制品的形态结构方面已开展了广泛的研究工作,本文对这些工作和一些重要结果作了总结,并简要分析了成型过程中剪切场对形态演化的影响,最后对该研究方向的发展趋势作了展望。

关键词：聚烯烃气辅注射成型形态剪切场串晶结构