化学修饰的石墨烯改性三维多孔壳聚糖支架的研究

发布时间：2018-03-02 22:24

本文选题：石墨烯膜　切入点：壳聚糖支架　出处：《吉林大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：组织再生工程关乎人类自身健康和生活质量,一直是科学界研究的重要领域。作为交叉学科,组织再生工程需要在遵从生命科学、工程学、化学、材料科学的基本原则和方法的基础上,研究开发能够全部或者部分恢复患者缺失病变器官组织功能的新技术。其中,作为要素之一的支架材料,一直是科学研究者们关注的热点问题。在过去的几十年里,材料科学家们不断的努力,已经开发出了具有多种性质的新型支架。壳聚糖作为一种具有高分子量的天然聚阳离子聚合物材料,可以通过甲壳素的脱乙酰化来制备。壳聚糖不仅原料来源广泛,而且具有诸多特殊的性质,因此在生物医学领域被广泛研究应用。首先,采用传统的冷冻干燥技术可以将壳聚糖制备成为具有连通孔结构的多孔支架;其次,壳聚糖的化学结构特点决定了其易于修饰,能够通过具有pH依赖性的静电相互作用与聚阴离子物质非共价连接。此外,壳聚糖生物可降解,而且生物相容性好、人体免疫抗原性低、具有良好的广谱抗菌性。作为组织工程支架,三维多孔壳聚糖存在力学性能低、稳定性差的问题,往往难以承担高负重结构,限制了在软骨、骨一体化方面的应用。21世纪被人们称之为“碳世纪”,石墨烯作为碳材料家族的一位重量级成员,在世界舞台上大展拳脚,是当之无愧的材料科学界明星。石墨烯因其独特的物理化学和生物学特性,不仅在能源、电子和复合材料等领域得到广泛研究与应用,近些年来,在生物医学各个领域,包括作为组织工程支架材料方面的应用研究也越来越受到科研人员的关注。作为二维基底的涂层材料,石墨烯及其衍生物呈现出很好的细胞相容性,支持哺乳动物细胞黏附、增殖以及分化行为;然而作为三维结构的改性涂层的研究鲜见报道。相比于二维结构,细胞在三维多孔网络立体支架中更易于细胞养分传输和代谢产物的排泄,是细胞生长的理想结构。石墨烯具有易于通过共价或非共价作用与其它材料相互作用的特性,从而形成具有新奇结构、形貌及性质的复合材料,实现调控多种生物学过程的功用。为此,本论文设想将化学修饰的石墨烯涂覆于三维多孔壳聚糖孔壁上,充分发挥石墨烯大表面积和形貌特点,以及优异的力学性能和生物学特性,实现对壳聚糖支架基体的改性。本论文的结构安排如下:论文第二章主要介绍了采用浸渍法和热还原方法,制备化学修饰的石墨烯与三维壳聚糖的复合支架,并对材料的物理化学性质进行了表征。实验结果表明,石墨烯膜成功地涂覆在了基体表面,在不改变壳聚糖基体成分及结构的前提下,成倍增加了基体的抗压强度,改变了基体表面的微观形貌。在第二章的基础上,论文的第三章对所制备的复合支架进行了细胞相容性和生物可降解特性的评价。实验结果表明:无论是纯壳聚糖支架,还是石墨烯修饰的支架,均具有很好的细胞相容性;石墨烯涂层更加有助于哺乳细胞的生长,并且细胞的生长状况呈现出与石墨烯涂层厚度相关的变化规律。在生理盐水中,所有支架组均能长期保持较稳定状态,石墨烯改性的壳聚糖支架更加稳定。由于壳聚糖的分子量等均会影响其生物学性质,论文第四章初步研究了壳聚糖分子量及溶液浓度对三维支架物理化学性质的影响情况。实验结果表明,分子量的增加以及壳聚糖溶液浓度的提高均会导致壳聚糖分子混乱度的升高,从而引起结晶度的下降。在相同的分子量下,随着壳聚糖溶液浓度的升高,壳聚糖的孔隙率以及吸水率均出现不同程度的下降。总的来讲,本论文基于石墨烯基材料独特的结构、形貌及物理化学和生物学性质,采用所提出的低温阶梯热还原技术,制备了具有表面改性涂层的三维多孔壳聚糖支架的表面改性涂层。研究结果表明,化学修饰的石墨烯膜可以有效提高壳聚糖支架的抗压强度。相比于支架单体,种植于复合支架的哺乳动物细胞具有更高的活性。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O636.1;R318.08

【参考文献】