电纺薄膜胀大工艺制备三维形状可控的组织工程支架研究

发布时间：2020-07-07 05:14

【摘要】：组织工程支架能够为细胞提供生长繁殖环境,并诱导细胞形成具有特定几何外形的组织,它是组织工程的重要组成部分。理想支架需要具备多孔的三维立体结构,为组织或器官中细胞的粘附、增殖和代谢提供空间。本文提出了一种具有复杂外形的三维组织工程支架的制备方法:电纺薄膜胀大工艺,研究了三维支架制备中工艺参数的影响规律,并开展了体外细胞实验。本文的主要研究内容如下:1、提出了制备复杂三维组织工程支架的静电纺丝薄膜胀大工艺。首先,将覆盖有硼氢化钠的聚己内酯(Polycaprolactone,PCL)电纺薄膜置入三维打印机制造的模具中并装配;然后将装配体置于甲醇中,经毛细作用硼氢化钠与甲醇会在薄膜内部发生反应,生成的氢气将PCL薄膜胀大;最后,在模具的约束下形成三维组织工程支架。本文成功制造出不同复杂形状的三维支架,包括半球形、内部中空的圆柱形、骨头外形、半月板外形以及卡通人物大白外形的支架。2、系统研究了三维支架制备中工艺参数对电纺薄膜胀大过程的影响规律。采用L27(313)正交表设计了有交互作用的正交试验研究了 PCL溶液浓度、纺丝电压、注射泵流速、溶液喷头到接收装置的距离、纺丝时间以及硼氢化钠的质量等工艺参数对胀大效果的影响。结果表明,因素影响强弱次序为:PCL的浓度电压硼氢化钠的质量纺丝时间溶液喷头到接收装置的距离注射泵流速;最优胀大条件为:PCL的浓度为8 wt%,电压为15 kV,流速为4 mL/h,溶液喷头到接收装置的距离为20 cm,纺丝时间为60 min,硼氢化钠的质量为5 g;在该最优条件下获得的三维支架的高度高达24 mm。3、针对所制备的三维支架开展体外细胞实验。用L929小鼠成纤维细胞测试了二维薄膜支架、自由胀大三维支架和可控胀大三维支架的细胞毒性、生物相容性和粘附能力。结果表明,通过硼氢化钠胀大工艺制造的三维支架具有良好的生物相容性和细胞粘附性;利用可控三维支架培养细胞到第7天时的增殖结果显示其光密度(Optical Density,OD)值为2.732,比二维电纺薄膜支架提升了 21%。同时,本文通过生物三维打印技术提出了一种支架形状及细胞类型、位置皆可控的“细胞-支架”复合物支架制造的新思路。本文所取得的上述研究成果,解决了传统静电纺丝方法无法制造三维组织工程支架的瓶颈难题,为医学研究和临床应用中三维支架的制造提供了新工艺,具有广阔的应用前景。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ340.64;R318.08
【图文】：

静电纺丝,支架,连通支,高孔隙率

论文得了具有高孔隙率和内部高连通支架［２３］。由于挤出机的共混是高温熔一些致孔剂（如：氯化纳颗粒）破碎，最终影响泡孔尺寸与分布，导能。为了解决这一问题，Ｐｅｎｇ等研发了叶片塑化输送装置，并利用该及分布均匀的支架［２４］。逡逑？？？？＃？邋ＳＣＦ邋ｆｌｏｗ逦Ｉ逡逑

原理图,静电纺丝,膝关节半月板,不锈钢模具

＾邋ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ逡逑调逡逑图１．１邋（ａ）微孔注射成型机的装配示意图：（ｂ）大孔隙支架的ＳＥＭ图像；（ｃ）小孔隙支架的ＳＥＭ图像逡逑１．２．２静电纺丝技术逡逑静电纺丝技术是一种能迅速制备纳米纤维的技术，其具有设备筒单、操作简易以及生逡逑产效率高等优点，在诸多领域有着广泛的应用，如：制备生物医用材料、纳米材料、过滤逡逑用材料以及传感器等［２５］。通过静电纺丝技术制备的纳米纤维拥有独特的纳米结构特性，因逡逑而被用于制备ＭＥＭＳ结构、柔性电子、导电纳米纤维、医用支架等方向的研究越来越广逡逑泛。逡逑目前，静电纺丝法也是制备组织工程支架所使用的一种较为广泛的方法。研究者们对逡逑静电纺丝制备组织工程支架的研究主要为了获得在微观上具有适合的孔隙率和高连通性，逡逑在宏观上具有特定的三维形状的组织工程支架［２６＿２８］。根据静电纺丝纤维制备过程可以将对逡逑其的研究方向分为三类：（１）纺丝材料（如：改变纺丝材料，或者添加致孔剂等）［２９，３０］；逡逑６逡逑

框架图,三维支架,微观形貌,支架

如：Ｃｈｅｎ以胶原蛋白和硫酸肝素为打印材料，制备了具有孔隙均匀、高孔隙率的支架逡逑实验结果表明，利用该材料制备的支架有利于细胞粘附和生长，同时又能提供较高力逡逑学性能，其中抗压强度可达３０８．９ｋＰａ，支架的宏观及微观形貌如图１．３所示。逡逑９逡逑

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