再生丝素蛋白/左旋聚乳酸—聚已内酯共聚物复合纳米纤维膜支架的制备及性能研究

论文摘要

本文首先通过静电纺丝法制备天然交联剂京尼平交联再生丝素蛋白纳米纤维多孔膜，并对其形貌、结构以及力学性能进行研究。发现随着京尼平含量的增加，纳米纤维直径逐渐变大，形貌变得粗细不均，且交联程度逐渐增大，材料的热性能逐渐提高，常温下的力学性能也逐渐增强。当京尼平含量为10%时其力学性能较好，其断裂强度为19.6MPa，但对于断裂伸长率的提高效果并不明显。体外细胞培养实验表明京尼平的加入对于L929细胞无毒副作用。为了进一步提高静电纺丝素蛋白纳米纤维膜的力学性能，以满足不同组织工程支架的要求，选用了高聚物左旋聚乳酸-聚己内酯共聚物[P（LLA-CL）]与丝素蛋白按不同混比共混，利用静电纺丝法制备左旋聚乳酸-聚己内酯共聚物[P（LLA-CL）]/丝素蛋白共混纳米纤维膜。结果表明，随着随着丝素蛋白含量的减少，纤维直径变大，均匀度变差。随着P（LLA-CL）含量的增多，共混膜的热性能提高，力学性能也提高较多，但由于P（LLA-CL）的憎水性，材料的细胞相容性受到一定的影响。为了提高材料的力学性能同时能保持较好的生物相容性，通过同轴静电纺丝法制备丝素蛋白/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜，并将为了进一步提高复合纤维膜的力学性能，将材料的芯层中混入多壁碳纳米管（MWCNTs），并探讨了MWCNTs的含量对于其力学性能的影响，结果表明，随着MWCNTs含量的增多，其热性能提高，当MWCNTs的质量分数为1.0%时，MWCNTs在纳米纤维中分散较均匀，其纳米膜的力学性能也最好，且MWCNTs的混入有利于提高纳米膜的生物相容性。最后，通过对皮层、芯层浓度以及芯层纺丝流率等参数的探讨，得出制备形貌较好的丝素蛋白/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜的最佳工艺参数：皮层浓度为8%，芯层浓度为2%，芯层纺丝流率为0.008mL/min。而提高芯层浓度或者芯层纺丝流率都能提高材料的力学性能，当芯层混入1.0%的MWCNTs时，材料的力学性能较好，断裂强度为18.7MPa，断裂伸长率为50%。并通过细胞实验表明，丝素蛋白/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维支架有利于细胞的粘附和生长，因此在组织工程支架领域具有一定的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 组织工程支架
• 1.3 静电纺丝
• 1.3.1 静电纺丝原理
• 1.3.2 影响静电纺丝的因素
• 1.3.3 同轴静电纺丝
• 1.4 丝素蛋白的静电纺丝以及在组织工程支架中的应用
• 1.4.1 丝素蛋白的组成、构象及性质
• 1.4.2 静电纺丝素蛋白的物理及化学改性
• 1.4.2.1 混入碳纳米管等无机物进行改性
• 1.4.2.2 混入胶原蛋白、明胶、壳聚糖、异源丝素蛋白及丝胶等天然高聚物
• 1.4.2.3 与多种无机物和有机物复合
• 1.4.2.4 通过交联剂进行改性
• 1.4.2.5 制备核壳结构进行改性
• 1.4.2.6 利用水蒸气、醇类对纳米纤维进行处理
• 1.4.2.7 利用等离子体进行表面处理
• 1.4.2.8 改变收集装置
• 1.5 左旋聚乳酸聚己内酯共聚物[P（LLA-CL）]研究现状
• 1.6 目前存在的问题及课题的提出
• 1.7 本课题的重点内容
• 第二章 京尼平交联静电纺丝素蛋白纳米纤维膜的制备及性能
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 京尼平交联静电纺丝素蛋白纳米纤维膜的制备
• 2.3 京尼平交联丝素蛋白电纺膜结构及性能表征
• 2.3.1 表面形貌测试
• 2.3.2 FT-IR 红外分析
• 2.3.3 XRD 分析
• 2.3.4 交联度测定
• 2.3.5 力学性能测试
• 2.3.6 生物相容性测试
• 2.3.6.1 L929 细胞的粘附与增殖
• 2.3.6.2 细胞形貌观察
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 京尼平交联静电纺丝素蛋白纳米纤维形貌分析
• 2.4.2 京尼平交联静电纺丝素蛋白纳米纤维的结构分析
• 2.4.2.1 交联度测试
• 2.4.2.2 京尼平交联静电纺丝素蛋白纳米纤维膜的红外光谱分析
• 2.4.2.3 京尼平交联静电纺丝素蛋白纳米纤维膜的 X 射线衍射谱图分析
• 2.4.3 交联机理
• 2.4.4 京尼平交联静电纺丝素蛋白纳米纤维膜的力学性能
• 2.4.5 京尼平交联丝素蛋白纳米纤维膜的生物相容性
• 2.4.5.1 京尼平交联丝素蛋白纳米纤维膜上细胞粘附情况
• 2.4.5.2 京尼平交联丝素蛋白纳米纤维膜上细胞增殖情况
• 2.5 本章小结
• 第三章 静电纺再生丝素蛋白/P（LLA-CL）共混纳米纤维膜的制备及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 静电纺再生丝素蛋白/P（LLA-CL） 共混纳米纤维膜的制备
• 3.3 共混纤维形貌、结构表征和力学及生物性能测试
• 3.3.1 表面形貌测试
• 3.3.2 热重测试
• 3.3.3 FT-IR 波谱分析
• 3.3.4 拉伸测试
• 3.3.5 生物相容性测试
• 3.3.5.1 L929 细胞的粘附与增殖
• 3.3.5.2 细胞形貌观察
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 静电纺再生丝素蛋白/P（LLA-CL） 共混纳米纤维膜的形貌
• 3.4.2 SF/P（LLA-CL）共混纳米纤维膜分子结构测试
• 3.4.3 SF/P（LLA-CL）共混纳米纤维膜热重分析
• 3.4.4 SF/P（LLA-CL）共混纳米纤维膜力学性能测试
• 3.4.5 SF/P（LLA-CL）共混纳米纤维膜生物相容性能测试
• 3.4.5.1 共混纳米纤维膜上细胞的粘附性能
• 3.4.5.2 共混纳米纤维膜上细胞的增殖性能
• 3.5 本章小结
• 第四章 静电纺多壁碳纳米管/P（LLA-CL）纳米纤维膜的制备与性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 试样的制备
• 4.2.3.1 MWCNTs 的表面功能化处理
• 4.2.3.2 MWCNTs/ P（LLA-CL）纳米纤维膜的制备
• 4.3 材料结构表征及性能测试
• 4.3.1 表面形貌测试
• 4.3.2 透射电镜（TEM）表征
• 4.3.3 热重分析
• 4.3.4 拉伸测试
• 4.3.5 生物相容性测试
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 MWCNTs/ P（LLA-CL）纳米纤维表面形貌分析
• 4.4.2 MWCNTs 在 P（LLA-CL）纳米纤维的分散情况分析
• 4.4.3 MWCNTs/ P（LLA-CL）纳米纤维膜热性能分析
• 4.4.4 MWCNTs/ P（LLA-CL）纳米纤维膜的力学性能测试
• 4.4.5 MWCNTs/ P（LLA-CL）纳米纤维膜的生物相容性评价
• 4.4.5.1 L929 在 MWCNTs/ P（LLA-CL）纳米纤维膜上的粘附情况
• 4.4.5.2 L929 在 MWCNTs/ P（LLA-CL）纳米纤维膜上的增殖情况
• 4.5 本章小结
• 第五章 再生丝素蛋白/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜的制备和性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 同轴静电纺 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜的制备
• 5.2.3.1 再生丝素蛋白的制备
• 5.2.3.2 纺丝液的配制
• 5.2.3.3 同轴静电纺丝
• 5.3 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜结构与性能的测试与表征
• 5.3.1 表面形貌表征
• 5.3.2 透射电镜 TEM 分析
• 5.3.3 纤维断面分析
• 5.3.4 结构表征
• 5.3.5 力学性能测试
• 5.3.6 生物相容性测试
• 5.3.6.1 L929 细胞的粘附与增殖
• 5.3.6.2 细胞形貌观察
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 不同芯层浓度对 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜形貌与性能影响
• 5.4.1.1 不同芯层浓度对 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜的形貌影响
• 5.4.1.2 不同芯层浓度对 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜的结构影响
• 5.4.1.3 不同芯层浓度对 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜的力学性能影响
• 5.4.2 不同皮层浓度对 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜形貌与性能影响
• 5.4.2.1 不同皮层浓度对 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜的形貌影响
• 5.4.2.2 不同皮层浓度下 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜的透射电镜图
• 5.4.2.3 不同皮层浓度对 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜力学性能影响
• 5.4.3 不同芯层纺丝流率对皮芯结构纳米纤维膜的形貌、结构与性能影响
• 5.4.3.1 不同芯层纺丝流率对皮芯结构纳米纤维膜的形貌影响
• 5.4.3.2 不同芯层纺丝流率下皮芯结构纳米纤维膜的透射电镜图
• 5.4.3.3 不同芯层纺丝流率对皮芯结构纳米纤维膜的结构影响
• 5.4.3.4 不同芯层纺丝流率对皮芯结构纳米纤维膜力学的性能影响
• 5.4.4 SF/ MWCNTs 增强 P（LLA-CL）皮芯结构纳米纤维膜的形貌、结构及性能
• 5.4.4.1 SF/MWCNTs 增强 P（LLA-CL）皮芯结构纳米纤维膜的形貌与结构
• 5.4.4.2 SF/MWCNTs 增强 P（LLA-CL）皮芯结构纳米纤维膜的力学性能
• 5.4.5 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜的生物相容性
• 5.4.5.1 SF/P（LLA-CL）皮芯结构复合纳米纤维膜上细胞的粘附性能
• 5.4.5.2 皮芯结构复合纳米纤维膜上细胞的增殖性能
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢