蛛丝蛋白/聚乳酸电纺纤维的制备和性能研究

论文摘要

本论文针对合成高分子聚乳酸材料机械强度不足和亲水性差的缺点,开展蛛丝蛋白/聚乳酸复合电纺纤维作为组织工程支架的研究。其中,所采用的可生物降解的聚乳酸无毒,并且具有良好的生物相容性;蛛丝作为共混剂具有优异的力学性能、良好的生物相容性及细胞亲和性等优点。因此,可预见该支架在组织缺损的治疗方面具有广阔的应用前景。本论文首先采用静电纺丝法制备蛛丝蛋白/聚乳酸复合电纺纤维。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)、接触角测量仪(CA)和万能力学实验机对蛛丝蛋白/聚乳酸复合纤维进行表征。实验结果表明:当复合纤维膜中的蛛丝蛋白含量(质量分数)达到15%以上时,蛛丝蛋白在纤维中出现连续相分布;当蛛丝含量达到25%时,复合纤维平均直径可达到216±54nm;结果表明,与天然蛛丝相比,再生的蛛丝薄膜中蛋白质的β折叠结构明显增多,而经电纺工艺后蛋白质的螺旋结构增加;通过将蛛丝蛋白引入到聚乳酸纤维中,聚乳酸纤维的表面亲水性和拉伸性能得到了明显提高。其次,本论文通过X射线衍射仪(XRD)、TEM和FTIR测试,考察了溶剂、电场和压力对蛛丝蛋白结晶和结构的影响。实验结果表明:蛛丝蛋白/聚乳酸混合乳液在外加电场下无论是自然条件缓慢挥发溶剂成膜,还是电纺时快速挥发溶剂形成的纤维膜,蛛丝蛋白都将趋向形成SilkⅠ型结晶结构;将电纺纤维膜加压后,蛛丝蛋白晶体取向度得到进一步增强。最后,通过体外降解实验,初步考察蛛丝蛋白/聚乳酸复合纤维与聚乳酸电纺纤维的降解情况,并分析电纺纤维膜体外降解的影响因素。体外降解实验结果表明:降解过程中纤维膜逐渐失重、降解介质的pH值逐渐降低、聚合物的数均分子量逐渐减小、纤维的形态发生了明显的变化,且通过将蛛丝蛋白引入到聚乳酸纤维中,其复合纤维膜的亲水性明显提高,加速了聚乳酸纤维的降解。同时我们考察了电纺纤维膜的细胞毒性,实验表明:细胞在蛛丝蛋白/聚乳酸复合电纺纤维膜上增殖正常,复合纤维膜的体外细胞毒性较低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 组织工程
• 1.1.1 组织工程的历史背景
• 1.1.2 组织工程的研究方法与内容
• 1.1.3 组织工程支架材料的生物相容性
• 1.2 组织工程支架及支架材料
• 1.2.1 组织工程支架的作用
• 1.2.2 组织工程支架材料
• 1.3 静电纺丝法制备高分子多孔支架
• 1.3.1 静电纺丝装置与原理
• 1.3.2 电纺过程的影响因素
• 1.3.3 电纺支架的体外降解
• 1.3.4 目前的研究焦点和存在的问题
• 1.4 本课题研究意义及目的
• 1.5 本课题的研究内容和技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 第2章 蛛丝蛋白/聚乳酸电纺纤维的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验试剂及仪器设备
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 实验设计及流程
• 2.3.2 静电纺丝操作过程
• 2.4 蛛丝蛋白/聚乳酸电纺纤维的性能表征
• 2.4.1 SEM
• 2.4.2 TEM
• 2.4.3 FTIR
• 2.4.4 DSC
• 2.4.5 接触角测试
• 2.4.6 力学测试
• 2.5 实验结果
• 2.5.1 SEM观察纤维形貌
• 2.5.2 TEM
• 2.5.3 FTIR
• 2.5.4 DSC
• 2.5.5 接触角（CA）测试结果
• 2.5.6 力学测试结果
• 2.6 本章小节
• 第3章 蛛丝蛋白结构及结晶性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验试剂与仪器
• 3.3 实验方法
• 3.4 材料检测
• 3.4.1 复合电纺纤维加压前后的形貌
• 3.4.2 FTIR
• 3.4.3 XRD
• 3.4.4 TEM
• 3.5 实验结果
• 3.5.1 电纺纤维加压前后的形貌
• 3.5.2 FTIR
• 3.5.3 XRD
• 3.5.4 TEM和ED表征
• 3.6 结果讨论与蛋白质结构变化模拟
• 3.7 本章小节
• 第4章 复合纤维的体外降解与生物毒性评价
• 4.1 引言
• 4.2 实验试剂与仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 磷酸盐缓冲溶液的配置
• 4.3.2 体外降解实验的准备
• 4.3.3 细胞毒性评价
• 4.4 材料检测
• 4.4.1 体外降解的表征
• 4.4.2 细胞毒性评价
• 4.5 降解实验结果
• 4.5.1 pH
• 4.5.2 SEM
• 4.5.3 重量损失
• 4.5.4 分子量
• 4.6 细胞毒性实验结果
• 4.6.1 显微镜分析
• 4.6.2 SEM结果
• 4.7 本章小节
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文