复合型高分子人工胆管的制备及性能的研究

发布时间：2019-05-12 11:21

【摘要】：近年来人工血管、人工关节、心脏瓣膜、疝气补片等替代物已应用于临床并充分显示其修复器官损伤的极大优越性,而人工胆管的研究仍明显滞后。在医学上,病变的胆总管切除后胆道的修复或重建问题一直是胆道外科的主要难题之一。根据临床需求,人工胆管及其胆管替代物的研究越来越引起重视。由于生物高分子材料无毒,具有良好的生物相容性和力学性能等,目前采用生物高分子材料制备的人工胆管对失去功能的胆管进行修复与重建已成为相关领域的研究热点。本文从不可降解复合型人工胆管的制备、可降解人工胆管和支撑支架的制备及静电纺丝法制备胆管支架三个方面展开研究。首先采用等离子体改性技术及热处理和涂覆工艺制备了以聚四氟乙烯(PTFE)为基础材料、能达到临床要求的复合型人工胆管,进行了相关动物实验的研究,以此作为初步的试探研究;然后通过浇铸-浸渍法及熔融纺丝工艺制备了以聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)为材料的可降解人工胆管支架及胆管支撑支架;最后利用静电纺丝法分别制备了无序和有序的PLLA/PCL复合纤维支架,通过表面修饰等方法对纤维支架进行了亲水化的改性,并通过培养胆管上皮细胞评估支架与细胞的相容性。主要研究内容及工作如下:1.采用低温等离子体技术改性聚四氟乙烯表面,讨论了不同处理气体、处理功率和处理时间对聚四氟乙烯表面粗糙程度、化学基团及亲水性的影响。研究发现,经过不同条件的等离子体处理后,PTFE表面粗糙度有不同程度的增加。经过等离子处理后,PTFE表面的氟碳比发生了变化;尤其是经过氦等离子体处理后,膜表面引入了含氧的极性基团,提高了PTFE膜的表面活性。在相同条件下,氦气等离子体对PTFE膜的亲水性改善最为明显。2.对以上经过氦等离子体处理的PTFE膜进行丙烯酸接枝,研究了氦等离子体预处理PTFE表面后接枝丙烯酸对其表面性能的改变。结果发现在PTFE膜表面形成了一层亲水性的膜,并且该方法将永久的含氧活性基团引入了PTFE膜的表面,避免了等离子体改性膜表面性质不稳定的缺点,而且膜表面的亲水性得到极大改善。3.采用聚四氟乙烯作为制备人工胆管的材料,对聚四氟乙烯生料管进行热拉伸、高温热定型、等离子体处理和氟橡胶涂覆等工艺制得了复合型人工胆管,对其结晶性能、表面结构、表面接触角、管的渗透性能以及力学拉伸性能进行了研究,结果显示,通过对聚四氟乙烯管表面进行等离子体表面处理,能有效地改善其表面的粘结性能和亲水性能;PTFE材料经过拉伸以及热定型处理后,结晶性能发生变化,对聚四氟乙烯管表面改性能够提高氟橡胶的涂覆能力,有效地封闭管表面的孔隙,减弱人工胆管的水渗透性能;而通过热拉伸及热定型后,拉伸强度成倍增加;涂覆氟橡胶的管状试样的拉伸强度随涂覆厚度的增加而增大,断裂伸长率也增加。4.通过对以上制备的复合型人工胆管在猪活体内进行动物实验发现:复合型人工胆管在活猪体内放置90天后仍有良好张力、密封性,管内未见胆汁沉积物,病理及透射电镜提示周围组织无明显炎性改变,作为胆管替代物无胆漏及胆管狭窄发生。5.应用浸渍法、熔融纺丝和纤维编织法分别制得了 PLA/PCL胆管支架以及组织工程胆管支撑支架。结果发现,不同的质量配比对PLA/PCL共混试样的形貌、结晶性能、热性能及力学性能等有影响。共混体系中PLA相和PCL相的相容性不好。热失重的测试为熔融纺丝以及DSC测试提供了温度区间参考。PCL的加入提高了材料整体的韧性。并且,不同拉伸温度和拉伸倍数对共混纤维的力学性能有很大的影响。编织得到的PLA/PCL生物可降解管状支撑支架的最大径向支撑力已经可以和目前常用的金属支架相媲美。6.通过静电纺丝法制备了PLLA/PCL无序纤维支架,通过对纤维支架进行一系列的表征测试及胆管上皮细胞的相容性实验,初步探讨了其在组织工程人工胆管支架材料领域的应用前景。纺丝溶液中PLLA与PCL的配比对生成的亚微米级纤维的形貌有较大的影响。PLLA与PCL的质量配比会对静电纺所得复合纤维膜的结晶性能产生影响;纤维膜的失重率和吸水率随着PCL含量的增加而减少。降解30天后的纤维变得粗细不均,部分纤维发生断裂,呈现杂乱的堆积。7.通过对PLLA/PCL复合纤维膜进行等离子体改性及接枝明胶,改善了材料表面的亲水性能。结果表明,经过氦等离子体改性的纤维表面变粗糙。经过等离子体预处理,明胶能够在纤维表面均匀铺展,明胶接枝后的纤维表面形成了网状结构。氦等离子体处理后的样品暴露于空气中时在表面上引入了氧元素和极少量的氮元素;而接枝明胶的纤维膜在其表面有酰胺键形成。动态接触角数据显示改性后的纤维膜的亲水性有了很大的改善。细胞相容性实验证实,PLLA/PCL纤维膜适合胆管上皮细胞的生长,而改性接枝明胶的纤维膜由于亲水性的改善更有利于胆管上皮细胞的黏附和生长。8.利用静电纺转轴法制备了 PLLA/PCL有序纤维支架。辊筒的卷绕速度对静电纺纤维的表面形貌及性能有很大影响。随着辊筒表面线速度的提高,纤维排列的有序度逐渐增加,复合纤维的直径逐渐减小;辊筒卷绕速度的增大明显地提高了有序纤维膜在晶区的取向度,并影响着纤维的结晶度。辊筒卷绕速度的增大,使得纤维的储能模量明显增加,而损耗正切的峰值逐渐减小。取向纤维膜的降解速率要低于静止接收的纤维膜的降解速率,在降解时间相同的情况下,纤维膜的失重率随着卷绕接收速度的提高而依次减少。细胞相容性证实,取向纤维支架能有效地模拟细胞外基质的结构和性能,适合胆管上皮细胞的生长增殖。最后利用等离子处理及明胶接枝改性来改善其亲水性能,通过氧气等离子体处理以及明胶接枝改性后,明胶接枝到了材料表面,改性后的纤维膜具有了明显的亲水性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R318.1;TQ340.64

【参考文献】

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