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新型磁性纳米水凝胶的制备表征及其生物学测试研究

发布时间:2020-06-11 18:19
【摘要】:目的因软骨细胞及骨细胞迁徙能力低下,且再生能力及增生能力差,导致软骨组织损伤的修复成为难题,软骨组织工程技术作为近年来热门研究课题,有望为软骨组织损伤提供满意的修复效果。软骨组织工程中仿生支架材料是一个重要的组成部分,目前仍存在诸如力学强度弱、细胞粘附能力弱和生物活性较差等诸多缺点。本实验旨在制备由四氧化三铁(Fe_3O_4)、聚乙烯醇(PVA,polyvinyl alcohol)和Ⅱ型胶原等原材料构建的新型磁性纳米水凝胶。将Fe_3O_4、PVA和Ⅱ型胶原按不同质量比例制备出的新型磁性纳米水凝胶进行生物力学、孔隙率、含水率、细胞相容性等检测,期待筛选出原材料质量比例最佳的新型磁性纳米水凝胶,能够为软骨组织缺损的临床治疗工作提供解决方案。方法1.利用反复融化-冷冻循环和发泡-冷冻冰晶分离法将不同的质量比的PVA与Ⅱ型胶原(10:1,10:0.75,10:0.50,10:0.25和10:0)为原材料制备出不成组分质量比的水凝胶基质,在电子显微镜下对各组水凝胶表征进行观察,并测试各组水凝胶的生物力学性能。2.固定PVA与Ⅱ型胶原的质量比为10:0.50,引入不同质量比的Fe_3O_4(Fe_3O_4/PVA/Ⅱ型胶原质量比分别为0:10:0.50.0.25:10:0.50,0.50:10:0.50,0.75:0:0.50和1:10:0.50),制备出不同组分比例的新型磁性纳米水凝胶,分别进行电镜下的微观表征扫描、生物力学测试、孔隙率、含水率、CCK-8实验、体外降解测试和红外光谱分析测试。结果1.未引入Fe_3O_4情况下,单纯的PVA与Ⅱ型胶原制备出的c-e组的水凝胶基质在电镜下的微观表征均表现出孔隙结构,无明显差异性,在杨氏模量力学测试中,PVA与Ⅱ型胶原质量比为10:0.50的水凝胶表现出更加优异的抗压缩性能。含水率和孔隙率的测试中,c-e组的含水率和孔隙率均85%,组间比较无显著统计学差异(P0.05),a,b组的含水率和孔隙率明显小于其它各组,有显著的统计学差异(P0.05)。2:微观表征:成功制备出5组不同Fe_3O_4质量比例的Fe_3O_4/PVA/Ⅱ型胶原水凝胶,在电镜下扫描均可观察到均匀的孔隙结构,无明显差异性。3.生物力学测试:不同组分比例的Fe_3O_4/PVA/Ⅱ型胶原水凝胶均表现出一定的抗压缩能力,并且随着Fe_3O_4组分质量的升高,水凝胶的抗压缩能力也得到提高,Fe_3O_4的含量与水凝胶的抗压缩能力成正相关。4.孔隙率与含水率:5组不同组分比例的Fe_3O_4/PVA/Ⅱ型胶原水凝胶的孔隙率与含水率均80%,Fe_3O_4/PVA/Ⅱ型胶原质量比为0.50:10:0.50的水凝胶具有更好的溶胀性能。5.CCK-8:5组不同组分比例的Fe_3O_4/PVA/Ⅱ型胶原水凝胶在第1天的细胞增值结果无统计学差异:(P㧐0.05));第3天、第7天时,各组水凝胶支架上的细胞增殖结果表现出差异化,具有统计学意义(P0.05),其中Fe_3O_4/PVA/Ⅱ型胶原质量比为0.50:10:0.50的新型磁性纳米水凝胶具有更好的细胞增殖结果。6.体外降解实验:随着体外降解时间的延长,各组新型磁性纳米水凝胶大体颜色逐渐变浅、灰暗,厚度逐渐变薄;各组新型磁性纳米水凝胶的质量较为稳定地丢失,各组之间的质量丢失情况无明显的统计学差异性(P0.05)。7.红外光谱分析:各组新型磁性纳米水凝胶材料均含有PVA,Ⅱ型胶原Fe_3O_4的存在。PVA,Ⅱ型胶原Fe_3O_4的的分布较均匀。结论PVA与Ⅱ型胶原质量比为10:0.50时可制备出性能最优的水凝胶基质仿生支架材料,Fe_3O_4/PVA/Ⅱ型胶原质量比为0.50:10:0.50时可制备出综合性能最优的新型磁性纳米水凝胶,此新型磁性纳米水凝胶具有良好的微观孔隙结构、生物力学性能和溶胀性能及细胞相容性。本实验下一步可进行进一步的细胞增殖和动物体内实验,以进一步为此新型磁性纳米水凝胶应用于软骨组织工程的可行性。
【图文】:

微观形貌,水凝胶,直径,真空冷冻干燥


红外光谱测试:将各组新型磁性纳米水凝胶用刀片切成直径 12mm,高度为2mm 左右的片状,置于真空冷冻干燥箱中干燥 72 小时候去除水分。置于红外光谱仪上进行光谱分析。每组新型磁性纳米水凝胶取 3 个单体样本进行实验。2.2.7 数据分析本实验所得数据采用 SPSS21.0 软件进行分析,,各样本组间数据采用卡方检验,设定 P<0.05 具有统计学意义。3 结果3.1 水凝胶基质的性能测试结果扫描电镜观察 :a-e 组水凝胶基质随机各选取了 3 个样品进行电镜扫描,b-e 组均表现出疏松多孔的微观形貌特征疏松多孔的网状结构,大孔与微孔穿插分布,大孔隙直径大小不等 10-100um,孔数量较大孔多,直径多在 20-50um 之间;a 组未观察到明显的多孔结构。

模型图,材料样本,水凝胶,杨氏模量


安徽医科大学硕士学位论文力学性能测试 :a-e 组水凝胶基质随机各选取了 5 个样品进行杨氏模测试(图 2)。图 3 所示为各组水凝胶基质的杨氏模量模型图。由图 3Ⅱ型胶原含量的减少,水凝胶基质的杨氏模量指数先是逐渐提高,c 组型胶原质量比为 10:0.50)的杨氏模量指数达到最高,随后随着Ⅱ型胶减少水凝胶基质的杨氏模量指数出现下降趋势,P<0.05 具有统计学
【学位授予单位】:安徽医科大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:R318.08

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本文编号:2708276

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