静电纺纳米纤维包覆纱及其组织工程应用研究

发布时间：2020-07-02 10:40

【摘要】：静电纺纳米纤维以其具有模拟细胞外基质(ECM)结构与功能的作用,已在组织工程支架材料领域得到广泛研究。传统随机排列纳米纤维支架显示出较低的机械强力,缺少足够的生物地形指引,而定向纳米纤维的应用优势凸显。目前,人们通常将纳米纤维束/纱与各种纺织技术如编织、针织、非织等相结合来构建不同结构的三维(3D)组织工程支架,而基于3D定向纳米纤维的支架将具有更加明显的使用优势,可以通过优化电纺技术和后加工处理,以及结合其他组织工程支架的构建方法进行制备。本课题为了扩展定向纳米纤维在血管、肌肉、骨、神经等组织工程支架方面的应用,提出采用纳米纤维包覆纱作为组织工程支架材料的新方法。本课题设计了一种制备纳米纤维包覆纱的新型静电纺丝设备,将定向聚己内酯(PCL)纳米纤维包覆在芯纱医用级聚乙醇酸(PGA)多股线上,制备出定向纳米纤维包覆纱(A-PCLs)。首先,研究了纺丝溶剂的性质对纺丝工艺的影响,探讨出在纺丝电压15 kV,接收距离15 cm条件下,PCL溶解在三氯甲烷/N,N-二甲基甲酰胺(TCM/DMF 70/30)10wt%溶剂中,纺丝工艺最佳。其次,改进了原有自制包覆纱装置,引入同步齿轮驱动使制备更加稳定,采用电场模拟及实验观察确定最佳的平行铝片跨距为3cm。最后构建了包覆模型,在控制卷绕速度为30 rpm条件下,只改变同步齿轮转速,速度控制在300,500,700rpm条件下制备出三种A-PCLs支架(300-PCLs,500-PCLs,700-PCLs)。利用电镜观察表面形态,并测试了包覆纱的机械强度和孔隙率。结果表明:A-PCLs支架纳米纤维直径及孔径分布差异不大,但A-PCLs支架较无序排列纳米纤维包覆纱(R-PCLs)有较大的孔径。A-PCLs中PCL纳米纤维直径分布均匀,其表面纳米纤维排列角分别为10°,35°,85°,且能很好的包覆于芯纱表面,形成核壳结构。与芯纱相比,孔隙率从19%增至90%,断裂强度与断裂伸长率得到明显提高(290 MPa至372 MPa;19%至28%),亲水性也相应提升。将BALB/3T3细胞在A-PCLs上进行培养,并对生长细胞进行形态分析和MTT测试,研究确定其体外生物学性能。细胞培养3天通过显微镜及电镜观察,A-PCLs支架相比于芯纱更利于BALB/3T3细胞生长,生长在三种A-PCLs支架(300-PCLs,500-PCLs,700-PCLs)上的细胞呈梭型,排列角度分别沿10°,35°和85°排列,而R-PCLs上的细胞为无规则椭圆状。MTT结果显示,A-PCLs支架生物活性较强,相比芯纱及R-PCLs具有显著性差异。
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ340.64;R318.08

【参考文献】